CN114715799A - 群塔***及群塔吊运路径优化方法 - Google Patents

群塔***及群塔吊运路径优化方法 Download PDF

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CN114715799A CN202210497572.XA CN202210497572A CN114715799A CN 114715799 A CN114715799 A CN 114715799A CN 202210497572 A CN202210497572 A CN 202210497572A CN 114715799 A CN114715799 A CN 114715799A
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刘世涛
陈公正
史云飞
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Abstract

本发明公开了群塔***及群塔吊运路径优化方法，属于塔机自动控制技术领域，本发明要解决的技术问题为如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本，采用的技术方案为：包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置。

Description

群塔***及群塔吊运路径优化方法
技术领域
本发明涉及塔机自动控制技术领域，具体地说是一种群塔***及群塔吊运路径优化方法。
背景技术
塔机是建筑工作中关键的机械设备，在楼宇修建的场所塔吊随处可见，可以有效的节省人力、降低建设成本和提高施工进度。但由于塔机驾驶室位置较高，塔机操作员视野受到很大限制，场地又内存在建筑、障碍物的遮挡，经常出现盲吊、隔山吊的情况，驾驶员仅能结合地面人员的指令，凭经验进行工作，盲目性、操作难度高，存在一定安全隐患，与此同时，塔机驾驶员在狭小的高空驾驶室中长时间重复劳动，容易出现疲劳，且群塔作业需要多个驾驶员依次吊运货物，一旦出现货物中途丢失等问题难以实时追踪。另外塔机吊运作业仍然为一塔一驾驶员，在部分塔吊工作时，由于顺序运输，后续驾驶员可能存在等待接货的时间，在等待闲置时可认为是驾驶员的无效工作时间，等待时间增加则可认为工作效率降低，同时相对增加了塔机驾驶员的人力成本。
故如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种群塔***及群塔吊运路径优化方法，来解决如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种群塔***，包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；塔机机械结构是由若干单个塔机组成的群塔；
智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置；智能控制手持端用于采用3G/4G/5G或WIFI模块与塔机主体双向高速通信；3D全息影像装置用于将塔机主体传输来的状态数据和智能控制手持端的状态数据经过计算后，通过有线或者无线通信传输至显示屏并显示。
其中，塔机主体还包括驾驶室和操纵杆。
作为优选，所述塔机主体上还设置有360°全景摄像头和3d或平面激光雷达，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达分别电连接塔机端控制器，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达通过3G/4G/5G或WIFI模块与智能控制终端双向高速通信。
更优地，所述360°全景摄像头位于塔机主体上，3d激光雷达位于探测边界的四周，平面激光雷达和枪型/球型摄像头位于群塔塔体相应位置。
更优地，所述传感器包括重力传感器(检测吊重)、高度传感器(检测吊钩高度)和风速风向传感器。
作为优选，智能控制手持端内置高性能微处理器，智能控制手持端连接有加速度传感器或陀螺仪、GPS RTK定位模块、电池及充电电路、摇杆、按钮、LCD触摸屏和相应接口；其中接口包括USB接口、以太网接口和RS-485接口。
一种群塔吊运路径优化方法，该方法具体步骤如下：
S1、建立三维空间坐标下群塔施工场地的三维网格模型，并生成网格节点集合并生成坐标矩阵(以n*m区域为例，生成m*n的0矩阵)；
S2、根据步骤S1生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法，获得塔机标准节在地面的安装坐标及其他参数；
S3、根据施工场地内的障碍物以及网格节点集合，生成障碍物点集U0；
S4、获取直角坐标下吊运起点S的坐标以及吊运终点G的坐标，分别为(XS,YS,ZS)和(XG,YG,ZG)；
S5、根据吊运起点S、吊运终点G、网格节点集合、障碍物点集U0以及预设的吊运路径规划策略，规划吊运起点S至吊运终点G的吊运路径。
作为优选，所述步骤S2中生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法具体如下：
S201、根据步骤S1生成的网格节点集合确定群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)，并将不可用位置的坐标生成不可用坐标数组；
S202、根据步骤S201群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)设定Q个转运站区域(区域粗略接力点，后续步骤精确)，将坐标矩阵对应位置赋予变量1，其余可用坐标仍赋值为0；
S203、将步骤S201生成的不可用坐标数组带入到步骤S1生成的坐标矩阵内，将坐标矩阵对应位置赋予变量2，其余坐标保持不变；
S204、将通过步骤S202和步骤S203赋值完成的坐标矩阵，对坐标矩阵内为0的数实现全覆盖(实现整个区域可全覆盖化)且确认转运站的精确位置，实现使得所有转运站(接力点)距离相邻所有塔机标准节在地面的安装坐标位置相同；
S205、得到所有塔机标准节在地面的安装坐标，确定塔机臂长，根据塔机所需工作高度确定塔机标准节数量，待标准节数量确认完毕后进行确认相邻塔机是否处于不同高度(防碰撞)：
如不符合，则重新确定标准节数量；
S206、待所有数据初步确定后进行校核，判断是否符合要求：
若不符合要求，则退回S201步骤重新开始，直到校核通过。
更优地，所述步骤S5中的吊运路径的最优化方法具体如下：
S501、在步骤S206完成后，进行货物优先级的分级(手动/自动)，将货物的重要程度分为n级，多路径同时在一个塔机点工作时，将按照货物优先级的顺序进行顺序吊运，当出现同等优先级设置时，按照先到先得的顺序进行顺序吊运(手动控制)或近者先得的顺序进行优先调运(自动控制)；
S502、利用广度优先搜索算法(Breadth First Search)将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法；
S503、确定最优化路径后得到依次控制所需塔机，由单人对整体路径所有塔机进行依次控制，直到到达目标站点(目的地)。
更优地，所述步骤S503中的单人对整体路径所有塔机进行依次控制具体如下：
S5031、由各需求站点持智能控制手持端(手持PDA)进行呼叫后台，确认所需货物并进行发单；
S5032、针对后台货运单获取出库位置及下料位置(坐标)，待货物到达出库位置(发货点)即可进行发货，同时后台针对分配到此单的塔机驾驶员提出转运提醒；
S5033、若塔机驾驶员3D全息影像装置连接正常，身份核验无误后，等待货物到达预定发货点即可向塔机驾驶员发出提醒，3D全息影像装置配套投影装置开启工作，同时后台开启摇杆权限，开始该单转运；其中，身份核验无误具体为：后台输入身份验证码，若多次输入错误或验证失败，则该单会自动改发到其余在线驾驶员中；预定发货点是指手动确认或使用电子标签确认，当电子标签中内置定位模块显示发货点与物体距离为5m内，或发货人员利用智能控制手持端进行确认；
S5034、陀螺仪实时监控塔机驾驶员操控货物的位置，针对货物路线开启实时导航功能，即以固定时间间隔获取货物所在位置并与后台模拟轨迹进行对比：
当存在20m外的较大误差时，群塔***会自动提示报警并对驾驶员状态进行确认；
当误差达到50m时，群塔***会自动报警并冻结该订单；
当塔机存在失控风险时，即出现3D全息影像装置停止实时图像传输的情况、驾驶员权限被非授权情况下接管或塔机传感器数据异常的情况，群塔***会自动冻结该订单，此时该订单优先级为最高优先级(顶级)，并自动将货物安置到最近的储存点(安全点)等待外部接管，待专业人员处置后输入授权码另行恢复操控，当线路正常时，当驾驶员把货物从n-1中转站吊装到第n中转站时，群塔***会自动切换驾驶员至下一塔机视角，待货物装卸完成后开启下一塔机控制，直至该货物到达指定地点。
更优地，所述步骤S502中利用广度优先搜索算法(Breadth First Search)将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法具体如下：
S5021、根据发货点起始位置数据，以发货点为圆心，固定长度为半径(eg：全工地最长塔机旋转直径)搜索得到附近所有塔机旋转中心的位置并获得坐标；
S5022、根据塔机旋转中心的位置和发货点位置，确认附近可用塔机(非占用状态，当塔机工作时可认定为占用状态)中心距起始位置的距离，将距离从小至大排序，选出所有可能的塔机作为第一塔机群组，确认第一塔机群组内各个第一塔机位置；
S5023、根据第一塔机的位置以第一塔机的旋转中心为圆心，以固定距离(第一塔机的直径)为半径搜索第二塔机旋转中心，将搜索到的所有塔机作为第二塔机备选方案，将各个第二塔机备选方案旋转中心与第一塔机旋转中心进行计算，若两塔机中心直线距离大于两个塔机半径之和，即可将该备选方案确定为第二塔机；
S5024、根据所有第二塔机位置，计算得到第二塔机列表，第二塔机列表包括步骤S5023内所有符合计算要求的塔机，并对第二塔机列表中的塔机与收货地址进行比对：
若收货地址在第二塔机的旋转半径范围内，则搜索结束；
若收货地址未在第二塔机的旋转半径范围内，则进行下一次搜索；
S5025、通过步骤S5023和步骤S5024得到下一塔机的位置并列表，直至搜索到目标收货点；
S5026、通过广度优先算法获取从发货点到收货点的所有可行路径；
S5027、根据目标路径上所有塔机的载货命令数量，计算得到容量矩阵，所述目标路径为所述所有可行路径中的任意一条路径；
S5028、根据目标路径上各个塔机之间的运输所需最短距离，计算得到容量矩阵、距离矩阵和时间矩阵，根据容量矩阵、距离矩阵及时间矩阵从所有可行路径中获取最佳路由；
其中，距离矩阵包括所需塔机数量、单个塔机旋转角度及塔机运行路径；塔机运行路径是指边向中心移动边旋转或直接旋转到角度再移动；时间矩阵是指塔机运输时间及多塔机上下货物所需摆渡时间；容量矩阵是根据目标路径上所有塔机的载货命令数量计算得到的，具体是指单个塔机上面能顺序排布承载的命令数和能同时承载的命令数，比如如果两个路径同时需要利用单个塔机，如果两个货物可以一起运输，那么就叫做同时承载的命令数，顺序承载的命令数就是在这个转运路径之后，还有多少个需要等待的转运命令，就是顺序承载命令。
本发明的群塔***及群塔吊运路径优化方法具有以下优点：
(一)本发明具有增加安全可靠性及提高工作效率，降低人力成本的优点，通过改变现有操纵模式，将按塔机操控改为按行程路径操纵，有效减少了驾驶员人数，节省了大量的人力成本；同时使用3D全息影像装置配套投影装置远程操控，避免驾驶员爬上塔机操纵，节省了驾驶员的体力劳动，使得驾驶员可以更轻松的操纵任务；该装置使用电脑规划转运路径，可以使得转运路径为最优化路径，使得转运效率更高，使得现有条件下货物转运更满足需求；
(二)本发明通过采集塔机运行的参数及视频图像，为驾驶员提供辅助，减少视觉盲区；
(三)本发明智能控制手持端(手持PDA)具有权限控制功能(密码、人脸、指纹等)，其与塔机之间可以进行一对一、多对一、一对多和多对多的控制。
故本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为群塔***的示意图；
附图2为中塔机主体的结构框图；
附图3为智能控制终端结构框图；
附图4为群塔吊运路径优化方法的流程示意图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的群塔***及群塔吊运路径优化方法作以下详细地说明。
实施例1：
如附图1和2所示，本实施例提供了一种群塔***，其结构包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机机械结构是由若干单个塔机组成的群塔；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传。其中，传感器包括重力传感器(检测吊重)、高度传感器(检测吊钩高度)和风速风向传感器。
如附图3所示，本实施例中的智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置；智能控制手持端用于采用3G/4G/5G或WIFI模块与塔机主体双向高速通信；3D全息影像装置用于将塔机主体传输来的状态数据和智能控制手持端的状态数据经过计算后，通过有线或者无线通信传输至显示屏并显示。
本实施例中的塔机主体上还包括驾驶室、操纵杆、360°全景摄像头和3d或平面激光雷达，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达分别电连接塔机端控制器，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达通过3G/4G/5G或WIFI模块与智能控制终端双向高速通信。360°全景摄像头位于塔机主体上，3d激光雷达位于探测边界的四周，平面激光雷达和枪型/球型摄像头位于群塔塔体相应位置。
本实施例中的智能控制手持端内置高性能微处理器，智能控制手持端连接有加速度传感器或陀螺仪、GPS RTK定位模块、电池及充电电路、摇杆、按钮、LCD触摸屏和相应接口；其中接口包括USB接口、以太网接口和RS-485接口。
实施例2：
本实施例提供给了一种群塔吊运路径优化方法，该方法具体步骤如下：
S1、建立三维空间坐标下群塔施工场地的三维网格模型，并生成网格节点集合并生成坐标矩阵(以n*m区域为例，生成m*n的0矩阵)；
S2、根据步骤S1生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法，获得塔机标准节在地面的安装坐标及其他参数；
S3、根据施工场地内的障碍物以及网格节点集合，生成障碍物点集U0；
S4、获取直角坐标下吊运起点S的坐标以及吊运终点G的坐标，分别为(XS,YS,ZS)和(XG,YG,ZG)；
S5、根据吊运起点S、吊运终点G、网格节点集合、障碍物点集U0以及预设的吊运路径规划策略，规划吊运起点S至吊运终点G的吊运路径。为实现上述步骤，可建立直角坐标下施工场地的三维模型，该三维模型可通过倾斜摄影结合图像分析技术或者三维激光扫描建模的方式来建立，其中，倾斜摄影结合图像分析技术的实现过程可包括：(1)在建筑主体及塔机周边布设若干个视频监控摄像头；视频监控摄像头用于采集建筑主体以及塔机周边的现场图像，将视频监控摄像头进行固定安装，便于在图像采集过程中始终保持一个拍摄视角。(2)由视频监控摄像头进行现场图像的采集；(3)对视频监控摄像头所拍摄的现场图像进行图像分析，生成直角坐标下施工场地的三维模型；将现场图像中拍摄到的塔吊、建筑物等进行提取，并根据所在位置、图像尺寸对塔吊、建筑物等按比例还原，最终确定出本实施例的三维模型。
建立了直角坐标下施工场地的三维模型后，再将三维模型转化为三维网格模型，并以设定平面网格精度(例如小于等于1m)确定出网格节点集合。本实施例的三维网格模型是在直角坐标下建立的，可包括：(1)以群塔工作空间的边界作为直角坐标的X,Y轴，沿塔机标准节的方向为Z轴；(2)将所有位置的坐标四舍五入为整数；
为了确保塔机在吊运作业进行的过程中起吊的物品与施工场地中的障碍物不发生碰撞，需要根据网格节点集合以及施工场地内障碍物所在位置、尺寸形状等确定出障碍物点集U0。
同时使用群控***进行控制，3d激光雷达位于探测边界的四周，平面激光雷达和摄像头位于群塔塔体上；3D全息影像装置及配套投影装置、摇杆组、PLC控制器、3d激光雷达、平面激光雷达、摄像头与控制主板相连，控制主板连接PLC控制器，PLC控制器控制群塔塔体。群控***包括：3D全息影像装置及配套投影装置、摇杆组、控制主板、PLC控制器、3d激光雷达、平面激光雷达、群塔塔体、摄像头、陀螺仪；其中：3d激光雷达用于用于监测群塔工作环境，进行三维建图从而建立空间坐标，监测障碍物位置，平面激光雷达用于安装于塔身，监测吊起时是否会与相邻塔机发生碰撞；在控制时，塔机驾驶员者通过3D全息影像装置配套投影装置实时监控被控制的塔机状态，同时控制摇杆组将信号发送至控制主板，控制主板通过控制PLC控制器实现对塔机的姿态调整。
本实施例步骤S2中生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法具体如下：
S201、根据步骤S1生成的网格节点集合确定群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)，并将不可用位置的坐标生成不可用坐标数组；
S202、根据步骤S201群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)设定Q个转运站区域(区域粗略接力点，后续步骤精确)，将坐标矩阵对应位置赋予变量1，其余可用坐标仍赋值为0；
S203、将步骤S201生成的不可用坐标数组带入到步骤S1生成的坐标矩阵内，将坐标矩阵对应位置赋予变量2，其余坐标保持不变；
S204、将通过步骤S202和步骤S203赋值完成的坐标矩阵，对坐标矩阵内为0的数实现全覆盖(实现整个区域可全覆盖化)且确认转运站的精确位置，实现使得所有转运站(接力点)距离相邻所有塔机标准节在地面的安装坐标位置相同；
S205、得到所有塔机标准节在地面的安装坐标，确定塔机臂长，根据塔机所需工作高度确定塔机标准节数量，待标准节数量确认完毕后进行确认相邻塔机是否处于不同高度(防碰撞)：
如不符合，则重新确定标准节数量；
S206、待所有数据初步确定后进行校核，判断是否符合要求：
若不符合要求，则退回S201步骤重新开始，直到校核通过。
本实施例步骤S5中的吊运路径的最优化方法具体如下：
S501、在步骤S206完成后，进行货物优先级的分级(手动/自动)，将货物的重要程度分为n级，多路径同时在一个塔机点工作时，将按照货物优先级的顺序进行顺序吊运，当出现同等优先级设置时，按照先到先得的顺序进行顺序吊运(手动控制)或近者先得的顺序进行优先调运(自动控制)；
S502、利用广度优先搜索算法(Breadth First Search)将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法；
S503、确定最优化路径后得到依次控制所需塔机，由单人对整体路径所有塔机进行依次控制，直到到达目标站点(目的地)。
本实施例步骤S503中的单人对整体路径所有塔机进行依次控制具体如下：
S5031、由各需求站点持智能控制手持端(手持PDA)进行呼叫后台，确认所需货物并进行发单；
S5032、针对后台货运单获取出库位置及下料位置(坐标)，待货物到达出库位置(发货点)即可进行发货，同时后台针对分配到此单的塔机驾驶员提出转运提醒；
S5033、若塔机驾驶员3D全息影像装置连接正常，身份核验无误后，等待货物到达预定发货点即可向塔机驾驶员发出提醒，3D全息影像装置配套投影装置开启工作，同时后台开启摇杆权限，开始该单转运；其中，身份核验无误具体为：后台输入身份验证码，若多次输入错误或验证失败，则该单会自动改发到其余在线驾驶员中；预定发货点是指手动确认或使用电子标签确认，当电子标签中内置定位模块显示发货点与物体距离为5m内，或发货人员利用智能控制手持端进行确认；
S5034、陀螺仪实时监控塔机驾驶员操控货物的位置，针对货物路线开启实时导航功能，即以固定时间间隔获取货物所在位置并与后台模拟轨迹进行对比：
当存在20m外的较大误差时，群塔***会自动提示报警并对驾驶员状态进行确认；
当误差达到50m时，群塔***会自动报警并冻结该订单；
当塔机存在失控风险时，即出现3D全息影像装置停止实时图像传输的情况、驾驶员权限被非授权情况下接管或塔机传感器数据异常的情况，群塔***会自动冻结该订单，此时该订单优先级为最高优先级(顶级)，并自动将货物安置到最近的储存点(安全点)等待外部接管，待专业人员处置后输入授权码另行恢复操控，当线路正常时，当驾驶员把货物从n-1中转站吊装到第n中转站时，群塔***会自动切换驾驶员至下一塔机视角，待货物装卸完成后开启下一塔机控制，直至该货物到达指定地点。
本实施例步骤S502中利用广度优先搜索算法(Breadth First Search)将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法具体如下：
S5021、根据发货点起始位置数据，以发货点为圆心，固定长度为半径(eg：全工地最长塔机旋转直径)搜索得到附近所有塔机旋转中心的位置并获得坐标；
S5022、根据塔机旋转中心的位置和发货点位置，确认附近可用塔机(非占用状态，当塔机工作时可认定为占用状态)中心距起始位置的距离，将距离从小至大排序，选出所有可能的塔机作为第一塔机群组，确认第一塔机群组内各个第一塔机位置；
S5023、根据第一塔机的位置以第一塔机的旋转中心为圆心，以固定距离(第一塔机的直径)为半径搜索第二塔机旋转中心，将搜索到的所有塔机作为第二塔机备选方案，将各个第二塔机备选方案旋转中心与第一塔机旋转中心进行计算，若两塔机中心直线距离大于两个塔机半径之和，即可将该备选方案确定为第二塔机；
S5024、根据所有第二塔机位置，计算得到第二塔机列表，第二塔机列表包括步骤S5023内所有符合计算要求的塔机，并对第二塔机列表中的塔机与收货地址进行比对：
若收货地址在第二塔机的旋转半径范围内，则搜索结束；
若收货地址未在第二塔机的旋转半径范围内，则进行下一次搜索；
S5025、通过步骤S5023和步骤S5024得到下一塔机的位置并列表，直至搜索到目标收货点；
S5026、通过广度优先算法获取从发货点到收货点的所有可行路径；
S5027、根据目标路径上所有塔机的载货命令数量，计算得到容量矩阵，所述目标路径为所述所有可行路径中的任意一条路径；
S5028、根据目标路径上各个塔机之间的运输所需最短距离，计算得到容量矩阵、距离矩阵和时间矩阵，根据容量矩阵、距离矩阵及时间矩阵从所有可行路径中获取最佳路由；
其中，距离矩阵包括所需塔机数量、单个塔机旋转角度及塔机运行路径；塔机运行路径是指边向中心移动边旋转或直接旋转到角度再移动；时间矩阵是指塔机运输时间及多塔机上下货物所需摆渡时间；容量矩阵是根据目标路径上所有塔机的载货命令数量计算得到的，具体是指单个塔机上面能顺序排布承载的命令数和能同时承载的命令数，比如如果两个路径同时需要利用单个塔机，如果两个货物可以一起运输，那么就叫做同时承载的命令数，顺序承载的命令数就是在这个转运路径之后，还有多少个需要等待的转运命令，就是顺序承载命令。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种群塔***，其特征在于，包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；塔机机械结构是由若干单个塔机组成的群塔；
智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置；智能控制手持端用于采用3G/4G/5G或WIFI模块与塔机主体双向高速通信；3D全息影像装置用于将塔机主体传输来的状态数据和智能控制手持端的状态数据经过计算后，通过有线或者无线通信传输至显示屏并显示。
2.根据权利要求1所述的群塔***，其特征在于，所述塔机主体上还设置有360°全景摄像头和3d或平面激光雷达，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达分别电连接塔机端控制器，枪型或球形摄像机、360°全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达通过3G/4G/5G或WIFI模块与智能控制终端双向高速通信。
3.根据权利要求2所述的群塔***，其特征在于，所述360°全景摄像头位于塔机主体上，3d激光雷达位于探测边界的四周，平面激光雷达和枪型/球型摄像头位于群塔塔体相应位置。
4.根据权利要求1或2所述的群塔***，其特征在于，所述传感器包括重力传感器、高度传感器和风速风向传感器。
5.根据权利要求1所述的群塔***，其特征在于，智能控制手持端内置高性能微处理器，智能控制手持端连接有加速度传感器或陀螺仪、GPS RTK定位模块、电池及充电电路、摇杆、按钮、LCD触摸屏和相应接口；其中接口包括USB接口、以太网接口和RS-485接口。
6.一种群塔吊运路径优化方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
S1、建立三维空间坐标下群塔施工场地的三维网格模型，并生成网格节点集合并生成坐标矩阵；
S2、根据步骤S1生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法，获得塔机标准节在地面的安装坐标及其他参数；
S3、根据施工场地内的障碍物以及网格节点集合，生成障碍物点集U0；
S4、获取直角坐标下吊运起点S的坐标以及吊运终点G的坐标，分别为(XS,YS,ZS)和(XG,YG,ZG)；
S5、根据吊运起点S、吊运终点G、网格节点集合、障碍物点集U0以及预设的吊运路径规划策略，规划吊运起点S至吊运终点G的吊运路径。
7.根据权利要求6所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S2中生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法具体如下：
S201、根据步骤S1生成的网格节点集合确定群塔施工场地的可用空余位置，并将不可用位置的坐标生成不可用坐标数组；
S202、根据步骤S201群塔施工场地的可用空余位置设定Q个转运站区域，将坐标矩阵对应位置赋予变量1，其余可用坐标仍赋值为0；
S203、将步骤S201生成的不可用坐标数组带入到步骤S1生成的坐标矩阵内，将坐标矩阵对应位置赋予变量2，其余坐标保持不变；
S204、将通过步骤S202和步骤S203赋值完成的坐标矩阵，对坐标矩阵内为0的数实现全覆盖且确认转运站的精确位置，实现使得所有转运站距离相邻所有塔机标准节在地面的安装坐标位置相同；
S205、得到所有塔机标准节在地面的安装坐标，确定塔机臂长，根据塔机所需工作高度确定塔机标准节数量，待标准节数量确认完毕后进行确认相邻塔机是否处于不同高度：
如不符合，则重新确定标准节数量；
S206、待所有数据初步确定后进行校核，判断是否符合要求：
若不符合要求，则退回S201步骤重新开始，直到校核通过。
8.根据权利要求6或7所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S5中的吊运路径的最优化方法具体如下：
S501、在步骤S206完成后，进行货物优先级的分级，将货物的重要程度分为n级，多路径同时在一个塔机点工作时，将按照货物优先级的顺序进行顺序吊运，当出现同等优先级设置时，按照先到先得的顺序进行顺序吊运或近者先得的顺序进行优先调运；
S502、利用广度优先搜索算法将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法；
S503、确定最优化路径后得到依次控制所需塔机，由单人对整体路径所有塔机进行依次控制，直到到达目标站点。
9.根据权利要求8所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S503中的单人对整体路径所有塔机进行依次控制具体如下：
S5031、由各需求站点持智能控制手持端进行呼叫后台，确认所需货物并进行发单；
S5032、针对后台货运单获取出库位置及下料位置，待货物到达出库位置即可进行发货，同时后台针对分配到此单的塔机驾驶员提出转运提醒；
S5033、若塔机驾驶员3D全息影像装置连接正常，身份核验无误后，等待货物到达预定发货点即可向塔机驾驶员发出提醒，3D全息影像装置配套投影装置开启工作，同时后台开启摇杆权限，开始该单转运；其中，身份核验无误具体为：后台输入身份验证码，若多次输入错误或验证失败，则该单会自动改发到其余在线驾驶员中；预定发货点是指手动确认或使用电子标签确认，当电子标签中内置定位模块显示发货点与物体距离为5m内，或发货人员利用智能控制手持端进行确认；
S5034、陀螺仪实时监控塔机驾驶员操控货物的位置，针对货物路线开启实时导航功能，即以固定时间间隔获取货物所在位置并与后台模拟轨迹进行对比：
当存在20m外的较大误差时，群塔***会自动提示报警并对驾驶员状态进行确认；
当误差达到50m时，群塔***会自动报警并冻结该订单；
当塔机存在失控风险时，即出现3D全息影像装置停止实时图像传输的情况、驾驶员权限被非授权情况下接管或塔机传感器数据异常的情况，群塔***会自动冻结该订单，此时该订单优先级为最高优先级，并自动将货物安置到最近的储存点等待外部接管，待专业人员处置后输入授权码另行恢复操控，当线路正常时，当驾驶员把货物从n-1中转站吊装到第n中转站时，群塔***会自动切换驾驶员至下一塔机视角，待货物装卸完成后开启下一塔机控制，直至该货物到达指定地点。
10.根据权利要求9所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S502中利用广度优先搜索算法将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法具体如下：
S5021、根据发货点起始位置数据，以发货点为圆心，固定长度为半径搜索得到附近所有塔机旋转中心的位置并获得坐标；
S5022、根据塔机旋转中心的位置和发货点位置，确认附近可用塔机中心距起始位置的距离，将距离从小至大排序，选出所有可能的塔机作为第一塔机群组，确认第一塔机群组内各个第一塔机位置；
S5023、根据第一塔机的位置以第一塔机的旋转中心为圆心，以固定距离为半径搜索第二塔机旋转中心，将搜索到的所有塔机作为第二塔机备选方案，将各个第二塔机备选方案旋转中心与第一塔机旋转中心进行计算，若两塔机中心直线距离大于两个塔机半径之和，即可将该备选方案确定为第二塔机；
S5024、根据所有第二塔机位置，计算得到第二塔机列表，第二塔机列表包括步骤S5023内所有符合计算要求的塔机，并对第二塔机列表中的塔机与收货地址进行比对：
若收货地址在第二塔机的旋转半径范围内，则搜索结束；
若收货地址未在第二塔机的旋转半径范围内，则进行下一次搜索；
S5025、通过步骤S5023和步骤S5024得到下一塔机的位置并列表，直至搜索到目标收货点；
S5026、通过广度优先算法获取从发货点到收货点的所有可行路径；
S5027、根据目标路径上所有塔机的载货命令数量，计算得到容量矩阵，所述目标路径为所述所有可行路径中的任意一条路径；
S5028、根据目标路径上各个塔机之间的运输所需最短距离，计算得到容量矩阵、距离矩阵和时间矩阵，根据容量矩阵、距离矩阵及时间矩阵从所有可行路径中获取最佳路由；
其中，距离矩阵包括所需塔机数量、单个塔机旋转角度及塔机运行路径；塔机运行路径是指边向中心移动边旋转或直接旋转到角度再移动；时间矩阵是指塔机运输时间及多塔机上下货物所需摆渡时间；容量矩阵是根据目标路径上所有塔机的载货命令数量计算得到的，具体是指单个塔机上面能顺序排布承载的命令数和能同时承载的命令数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115108470A (zh) * 2022-08-29 2022-09-27 中建八局第二建设有限公司 应用于智能塔机的冗余控制***及方法
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WO2024094178A1 (zh) * 2022-11-04 2024-05-10 北京东土科技股份有限公司 塔吊控制***

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115108470A (zh) * 2022-08-29 2022-09-27 中建八局第二建设有限公司 应用于智能塔机的冗余控制***及方法
CN115108470B (zh) * 2022-08-29 2023-05-02 中建八局第二建设有限公司 应用于智能塔机的冗余控制***及方法
WO2024094178A1 (zh) * 2022-11-04 2024-05-10 北京东土科技股份有限公司 塔吊控制***
CN116789016A (zh) * 2023-08-25 2023-09-22 济南瑞源智能城市开发有限公司 一种智慧工地塔机的运行隐患监控方法及设备
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