智能塔机体感控制系统及智能塔机体感控制方法

技术领域

本发明属于塔式起重机技术领域，具体而言，涉及一种塔机控制方法及控制系统。

背景技术

现有技术中，塔机司机无法准确掌握需要运送的物料与吊钩之间的位置关系，并且在控制塔机时需要一只手操作操作杆控制塔机的回转和变幅小车的运动，另一只手操作吊钩起放杆，这样的操作模式无法精准控制吊钩下放到目标点、效率较低。

发明内容

本发明的目的是至少解决无法精准控制吊钩下放点的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种智能塔机体感控制系统，包括：

单目显示眼镜，所述单目显示眼镜上设置有姿态传感器，用于获取姿态感知信号；

图像采集器，所述图像采集器设置在吊钩上，用于采集所述吊钩上的图像数据传输给所述单目显示眼镜；

控制杆，所述控制杆上设置有用于产生控制信号的功能键集成装置和用于控制所述单目显示眼镜的开关的使能键；

智能处理器，所述智能处理器用于接收和处理所述姿态感知信号、所述控制信号和所述塔机的状态反馈信号。

根据本发明的智能塔机体感控制系统，通过图像采集器将吊钩上的图像数据传递给单目显示眼镜，这样可以更清楚的确定吊钩前后左右以及下方的位置，单目显示眼镜上的姿态传感器获取姿态感知信号并传递给智能处理器用来控制塔机回转和变幅小车的前后运动，控制杆传递给智能处理器控制信号用来控制吊钩的升降与角度，因此，不需要双手分别控制塔机和吊钩，这样更有利于塔机司机操控，进而提升吊钩下放的精准度。

另外，根据本发明的智能塔机体感控制系统，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述控制杆内部设置有微处理器，所述微处理器可在一定距离范围内与所述智能处理器通讯连接。

在本发明的一些实施例中，所述单目显示眼镜上设置有通信模块，所述通信模块可在一定距离范围内与所述微处理器通讯连接。

在本发明的一些实施例中，所述控制杆的顶端设置有摇杆，用于控制所述吊钩的起落和角度方向。

在本发明的一些实施例中，所述控制杆的顶端设置有话筒和扬声器。

在本发明的一些实施例中，所述智能塔机体感控制系统还包括至少一台摄像机。

在本发明的一些实施例中，所述功能键集成装置包括使能键、启动键、解锁键和解绳键。

本发明的第二方面提出了一种智能塔机体感控制方法，该智能塔机体感控制方法应用于上述的智能塔机体感控制系统，包括如下步骤：

S1：操作控制杆打开单目显示眼镜；

S2：采集吊钩上的图像数据；

S3：智能处理器根据采集的图像数据判断物料状态并反馈给单目显示眼镜；

S4：根据单目显示眼镜显示的图像数据和判断结果调整头部姿态和/或操作所述控制杆控制塔机作业。

另外，根据本发明的智能塔机体感控制方法，还可具有如下附加的技术特征：

进一步地，将功能键集成于控制杆上，通过单手控制所述控制杆控制吊钩的升降和角度。

进一步地，在所述步骤S3中，所述物料状态为正常运行、偏离运行轨迹或物料倾斜晃动。

根据本发明的智能塔机体感控制方法，塔机司机打开单目显示眼镜后，吊钩上的图像采集器采集吊钩上的图像数据传递给单目显示眼镜，智能处理器根据采集的图像数据判断物料的状态也传递给单目显示眼镜，塔机司机得到图像数据和物料状态后调整头部姿态和操作控制杆来控制塔机作业，这样更有利于塔机司机操控，进而提升吊钩下放的精准度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的单目显示眼镜的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的控制杆的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的控制杆的正视图；

图4示意性地示出了根据本发明实施方式的控制杆的后视图；

图5示意性地示出了根据本发明实施方式的控制杆的俯视图；

图6示意性地示出了根据本发明实施方式的塔机的结构示意图；

图7为本发明中的智能塔机体感控制方法的流程图。。

附图标记如下：

100为塔机；

10为单目显示眼镜，11为显示屏，12为姿态传感器，13为摄像头；

20为控制杆，21为功能键集成装置，211为通话键，212为启动键，213为急停键，214为解锁键，215为解绳键，216为规划运行键，217为规划运行停止键，218为去起吊点键，219为去落料点键，22为摇杆，23为充电数据口，24为话筒，25为扬声器，26为微处理器，27为使能键；

30为吊钩，31为图像采集器，32为变幅小车。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面” 或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图6所示，根据本发明的实施方式，提出了一种智能塔机100体感控制系统的结构示意图，包括单目显示眼镜10、图像采集器31、控制杆20和智能处理器，图像采集器31设置在塔机100的吊钩30上，图像采集器31将吊钩30上的前后左右以及下方的图像数据传递给单目显示眼镜10，单目显示眼镜10上设置有姿态传感器12，姿态传感器12可以获取单目显示眼镜10上的姿态感知信号并传递给智能处理器，智能处理器根据姿态感知信号来控制塔机100的回转和变幅小车32的前后移动。控制杆20上设置有功能键集成装置21和使能键27，使能键27可以控制单目显示眼镜10的开关，功能键集成装置21根据不同的功能键来向智能处理器发送不同的控制信号，控制信号可以控制塔机100作业尤其是吊钩30的升降和角度。智能处理器还可以根据塔机100传递的状态反馈信号来自动调整塔机100的作业状态。

具体的，姿态传感器12可以设置在单目显示眼镜10的镜框上，也可以设置在镜腿上，之所以将姿态传感器12设置在单目显示眼镜10上，目的是让塔机司机可以通过调整头部的姿态来控制塔机100的轴向转动和变幅小车32的前后移动。塔机司机通过左右旋转头部来控制塔机100的轴向转动，当塔机100转动到合适的位置时，塔机司机的头部与身体之间有一定角度，这时候只需要塔机司机转动身体，让头部回正就可以舒适的操作了。塔机司机通过上下摆头来控制变幅小车32的前后移动，当移动到指定位置时，只需要操作控制杆20来下放吊钩30就可以了，这时候塔机司机可以回正头部，保持一个舒适的状态。将姿态传感器12设置在单目显示眼镜10上，可以进一步提高吊钩30下放的精准度，并且提高塔机司机的工作效率。

还需要理解的是，图像采集器31设置在吊钩30上能让塔机司机更清楚直观的确定吊钩30的位置。当图像采集器31设置在吊钩30上，回传的图像就是吊钩30上的图像，可以清除的显示吊钩30与物料起吊点与落脚点之间的位置，塔机司机通过单目显示眼镜10观看回传的图像数据，会有一种在天上移动的感觉，塔机司机只需要调整头部姿态至工作点位就可以下方吊钩30了。图像采集器31设置在吊钩30上，可以让塔机司机进一步的确定吊钩30的位置，吊钩30下放的精准度得到了进一步的提升。

需要理解的是，塔机司机可以通过控制头部的转动速度和转动角度控制塔机100回转速度与角度和变幅小车32前后运动速度。

需要理解的是，控制杆20内部设置有微处理器26，微处理器26可以在一定范围内与智能处理器通讯连接。智能处理器连接控制杆20内部微处理器26的连接方式可以为无线传输或者5G通信。智能处理器可以将危险警告传递给控制杆20的微处理器26。微处理器26向智能处理器传递控制信号，微处理器26的另一个重要功能是可以使控制杆20无线操作，这样塔机司机就可以拿着控制杆20在施工场地上移动，更有利于观察吊钩30与塔机100的移动，进一步提升操作的精准度。

进一步需要理解的是，单目显示眼镜10上设置有通信模块，通信模块在一定范围内与微处理器26通讯连接。微处理器26将智能处理器传递的危险信号通过通信模块传递给单目显示眼镜10，塔基司机看见单目显示眼镜10上显示的危险信号后可以提前预判危险，防止操作过程中危险的发生。

需要理解的是，控制杆20的顶部设置有摇杆22，功能键集成装置21和摇杆22相结合，用于方便塔机司机单手操作，摇杆22设置在控制杆20的顶部用于方便塔机司机可以用大拇指控制吊钩30的升降及角度。

需要理解的是，控制杆20的顶端还设置有话筒24和扬声器25，方便塔机司机与工友们沟通作业情况，解决了塔机司机需要一只手握着对讲机，另一只手操作的危险情况。

另外，控制杆20的顶端还可以充电数据口23，充电数据口23可以为控制杆20进行充电。

还需要理解的是，控制杆20为一个圆杆，圆杆的周向设置有功能键集成装置21，圆杆的顶部设置有摇杆22。

具体的，功能键集成装置21包括通话键211、启动键212、急停键213、解锁键214、解绳键215、去起吊点键218、去落料点键219、规划运行键216和规划运行停止键217。解锁键214用于解锁控制杆20，防止误操作。长按解锁键214达到3秒，控制杆20解锁。按下通话键211，塔机司机可以与同事沟通。启动键212用于启动塔机100，让塔机100可以作业，急停键213用于让塔机100紧急停止作业。一般来说，启动键212为安全的绿色，急停键213为危险的红色。去起吊点键218用于让智能处理器控制塔机100轴向转动和变幅小车32前后运动到起吊点，去落料点键219用于让智能处理器控制塔机100轴向转动和变幅小车32前后运动到落料点。规划运行键216用于让塔机100根据智能处理器规划的路线自动运行，规划运行停止键217用于塔机司机在发现危险情况或者需要手动操作时停止让智能处理器控制塔机100。解绳键215按下后可以解绳并下放吊钩30。

具体的，智能塔机100体感控制系统还包括至少一台摄像机，这个摄像机可以设置在塔机100的任何位置，来辅助塔机司机观察作业区域。

还需要进一步理解的是，摄像机可以为普通位置设置的摄像机或无人机上搭载的摄像机。无人机通过智能处理器控制飞行轨迹，来观察塔机100的运动方向以及可能遇到的危险。

还需要理解的是，当摄像机的台数增加，就可以更全方位的显示塔机100与吊钩30的位置。具体的，多台摄像机获取的图像可以实时回传给智能处理器，智能处理器通过3D建模软件快速建模，形成塔吊与工作区域的模型，此时单目显示眼镜10就是AR眼镜，可以将模型呈现给塔机司机。塔机司机通过单目显示眼镜10达到了使用AR的效果，塔机司机通过姿态传感器12和控制杆20控制塔机100的运动，下放吊钩30。此时，单目显示眼镜10一定要具备实时通信模块，可以快速的将建模模型中塔机100的运动位置反馈给塔机司机，防止因为延时而导致塔机100轴向转动的角度错误，防止出现安全隐患。当建模完整的呈现给塔机司机时，塔机司机可以在上帝视角完成的看清楚工作场景，这样塔机司机可以评估工作环境的安全参数，及时判断危险。

具体的，多台摄像机也可以仅仅只是单纯地传输图像，比如将摄像机定义为1号摄像机、2号摄像机或3号摄像机，当塔机司机需要观察1号摄像机周边的情况时，只需要切换至1号摄像机的图像即可，当塔机司机需要观察2号摄像机周边的情况时，再切换到2号摄像机的图像。此时单目显示眼镜10应具备图像切换功能，可以方便塔机司机操作。

需要理解的是，单目显示眼镜10的一侧还可以设置有摄像头13，摄像头13的位置可以设置在镜框或镜腿上，最佳的位置是设置在单目显示眼镜10的镜框一侧。摄像头13可以记录塔机司机的视角图像。

具体的，塔机司机的视角图像可以与3D建模重合，进一步确定塔机100的位置和与塔机司机的位置，可以进一步提高建模的精度，进而提高吊钩30的下放精度。

另外，当塔机司机突发疾病不能很好地控制自身姿态的时候，摄像头13会将塔机司机的视角图像回传给智能处理器，智能处理器判断塔机司机处于无行为能力时会立刻终止塔机司机的操作，切换为安全模式。

还需要理解的是，单目显示眼镜10的一侧镜片为显示屏11。单目显示眼镜10如果两边都是显示屏11，不利于塔机司机观察现实情况，因此，单目显示眼镜10的一侧为显示屏11，用于观察图像采集器31传输的吊钩30上的图传数据或3D模型，另一侧为普通镜片，用于观察现实情况。普通镜片上可以叠加UV镜，防止太阳直射，影响塔机司机观察的视角。

另一方面，本发明的实施方式还提供了一种智能塔机100体感控制方法，该智能塔机100体感控制方法应用于上述的智能塔机100体感控制系统，包括如下步骤：

步骤S1：操作控制杆20打开单目显示眼镜10；步骤S2：采集吊钩30上的图像数据；步骤S3：智能处理器根据采集的图像数据判断物料状态并反馈给单目显示眼镜10；步骤S4：根据单目显示眼镜10显示的图像数据和判断结果调整头部姿态和/或操作控制杆20控制塔机100作业。

需要理解的是，功能键集成于控制杆20上了，所以塔机司机可以通过单手控制控制杆20来控制塔机100作业和吊钩30的升降和角度。

另外，步骤S3中的物料状态可以为正常运行、偏离运行轨迹或物料倾斜晃动。当出现偏离运行轨迹或物料倾斜晃动后，智能处理器将危险警告通过单目显示眼镜10告知塔机司机，塔机司机通过调整头部姿态和操作控制杆20控制塔机100作业。

进一步需要理解的是，通过控制头部的转动速度和转动角度控制塔机100回转速度和变幅小车32运动速度。因为头部比较灵活，所以方便控制塔机100回转速度和变幅小车32运动速度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。