起重作业的监测系统、监测方法及作业机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种起重作业的监测系统、监测方法及作业机械。

背景技术

起重机作为一种重要的工程设施，通过起升、变幅、回转等动作，能够对大型物料执行垂直方向和水平方向的移动输运，可以在建筑工地等场景下广泛应用，传统的起重机需要驾驶员在操作仓进行驾驶，依赖于驾驶员的技能和经验，智能化程度低。

目前常用的监控方法是对起重机的力矩、重量、幅度等参数进行监控，以便于在检测出异常时，及时地通过调控机械传动单元总成的相关部分的动作，限定起重机的运行，保证起重机运行的安全性。

但现有的监控技术不能对吊钩的位置信息、被起吊物的空间信息和周围环境信息进行及时有效的监控，对于施工风险的防控仍具有较大的局限性。

发明内容

本发明提供一种起重作业的监测系统，用以解决现有起重机监测手段无法满足施工需求，存在较大风险和局限性的缺陷，通过在吊臂上设置采集设备，实现了对吊钩、被起吊物、吊臂和环境相关信息的获取，进而实现为吊装策略的规划提供支持。

本发明还提供一种起重作业的监测系统的监测方法，用以解决上述技术缺陷，通过检测环境图像、环境深度和吊钩的空间位置，实现对被起吊物吊装作业策略的生成，实现安全作业。

本发明又提供一种作业机械。

根据本发明第一方面提供的一种起重作业的监测系统，包括：调节单元、主控单元、第一采集单元和第二采集单元；

所述调节单元与所述吊臂连接；

所述主控单元、所述第一采集单元和所述第二采集单元分别设置于所述调节单元；

所述第一采集单元与所述主控单元连接，用于采集吊绳和/或吊钩的图像参数；

所述第二采集单元与所述主控单元连接，用于采集吊绳和/或吊钩的距离参数；

其中，所述主控单元根据所述图像参数和所述距离参数生成吊装参数。

具体来说，本实施例提供了一种调节单元、主控单元、第一采集单元和第二采集单元的实施方式，通过将主控单元、第一采集单元和第二采集单元设置于调节单元，实现了一体化设计，并且可通过调节单元调节采集角度，实现多角度采集。

根据本发明的一种实施方式，还包括：第三采集单元，所述第三采集单元与所述主控单元连接，用于采集吊绳和/或吊钩的位置参数。

具体来说，本实施例提供了一种第三采集单元的实施方式，第三采集单元实现了对吊臂、吊绳和吊钩等位置参数的采集，为吊装策略的规划提供了数据支持。

根据本发明的一种实施方式，还包括：第四采集单元，所述第四采集单元与所述主控单元连接，用于采集吊臂、吊绳和吊钩任意一种或几种的角度参数。

具体来说，本实施例提供了一种第四采集单元的实施方式，第四采集单元实现了对吊臂、吊绳和吊钩等角度参数的采集，为吊装策略的规划提供了数据支持。

根据本发明的一种实施方式，还包括：供电单元，所述供电单元与所述主控单元连接，用于为所述主控单元供电。

具体来说，本实施例提供了一种供电单元的实施方式，通过供电模块实现了主控单元的长时间续航。

根据本发明第二方面提供的一种上述的起重作业的监测系统的监测方法，包括：

获取目标采集区域内的环境图像参数，并根据所述环境图像参数生成第一吊装参数；

获取目标采集区域内环境深度参数，并根据所述环境深度参数生成第二吊装参数；

获取吊钩的空间位置参数，并根据所述空间位置参数生成第三吊装参数；

根据所述第一吊装参数、所述第二吊装参数和所述第三吊装参数生成所述吊钩在所述目标采集区域的吊装策略。

根据本发明的一种实施方式，所述获取吊钩的空间位置参数，并根据所述空间位置参数生成第三吊装参数的步骤中，具体包括：

获取所述吊钩的空间位置特征；

获取吊绳的伸出长度特征；

根据所述空间位置特征和所述伸出长度特征确定所述吊钩的空间位置参数。

具体来说，本实施例提供了一种生成第三吊装参数的实施方式，通过吊钩的空间位置特征和吊绳的伸出长度特征，确定了吊钩的空间位置参数，为第三吊装参数的生成提供了数据支持。

根据本发明的一种实施方式，所述根据所述第一吊装参数、所述第二吊装参数和所述第三吊装参数生成所述吊钩在所述目标采集区域的吊装策略的步骤中，具体还包括：

获取所述吊臂的空间角度特征；

获取吊绳的伸出长度特征；

根据所述空间角度特征和所述长度特征生成第四吊装参数；

根据所述第一吊装参数、所述第二吊装参数、所述第三吊装参数和所述第四吊装参数生成所述吊装策略。

具体来说，本实施例提供了一种生成吊装策略的实施方式，通过吊臂的空间角度特征和吊绳的伸出长度特征，确定了关于吊臂和吊钩的第四吊装参数，并根据第四吊装参数生成吊装策略。

根据本发明的一种实施方式，所述根据所述第一吊装参数、所述第二吊装参数和所述第三吊装参数生成所述吊钩在所述目标采集区域的吊装策略的步骤之后，具体还包括：

获取所述目标采集区域内的吊装位置参数；

根据所述吊装策略和所述吊装位置参数确定所述吊钩的吊装轨迹；

获取所述吊钩的即时位置参数，并根据所述即时位置参数与所述吊装轨迹进行判断；

确定所述即时位置参数生成的即时轨迹与所述吊装轨迹之间的偏移率大于偏移阈值，则发出报警。

具体来说，本实施例提供了一种监测吊装策略的实施方式，通过对吊钩的即时位置参数和吊装轨迹进行比对，实现了对被起吊物吊装策略的监测，提升了吊装作业的安全性。

根据本发明第三方面提供的一种作业机械，具有上述的起重作业的监测系统，或者进行吊装时，采用上述的监测方法。

根据本发明的一种实施方式，还包括：吊臂、吊绳、吊钩、卷扬机构、滑轮组和起重主体设备；

所述吊臂设置于所述起重主体设备；

所述卷扬机构设置于所述吊臂或者所述起重主体设备；

所述滑轮组设置于所述吊臂的顶端；

所述吊绳的一端与所述卷扬机构固定连接，所述吊绳的另一端穿过所述滑轮组后，与所述吊钩连接；

所述监测系统设置于所述吊臂。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种起重作业的监测系统、监测方法及作业机械，通过在吊臂上设置采集设备，实现了对吊钩、被起吊物、吊臂和环境相关信息的获取，进而实现为吊装策略的规划提供支持。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的起重作业的监测系统的布置关系示意图之一；

图2是本发明提供的起重作业的监测系统的布置关系示意图之二；

图3是本发明提供的起重作业的监测系统中，调节单元的结构关系示意图；

图4是本发明提供的监测方法的流程示意图。

附图标记：

10、吊臂；20、吊绳；30、吊钩；40、调节单元；50、主控单元；60、第一采集单元；70、第二采集单元；80、第三采集单元；90、第四采集单元；100、供电单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图3所示，本方案提供一种起重作业的监测系统，包括：调节单元40、主控单元50、第一采集单元60和第二采集单元70；调节单元40与吊臂10连接；主控单元50、第一采集单元60和第二采集单元70分别设置于调节单元40；第一采集单元60与主控单元50连接，用于采集吊绳20和/或吊钩30的图像参数；第二采集单元70与主控单元50连接，用于采集吊绳20和/或吊钩30的距离参数；其中，主控单元50根据图像参数和距离参数生成吊装参数。

详细来说，本发明提供一种起重作业的监测系统，用以解决现有起重机监测手段无法满足施工需求，存在较大风险和局限性的缺陷，通过在吊臂10上设置采集设备，实现了对吊钩30、被起吊物、吊臂10和环境相关信息的获取，进而实现为吊装策略的规划提供支持。

具体来说，本实施例提供了一种调节单元40、主控单元50、第一采集单元60和第二采集单元70的实施方式，通过将主控单元50、第一采集单元60和第二采集单元70设置于调节单元40，实现了一体化设计，并且可通过调节单元40调节采集角度，实现多角度采集。

在可能的实施方式中，调节单元40固定在吊臂10钢铁骨架上，离吊臂10顶端保留一部分距离，保证在吊绳20和吊钩30之间有一定的夹角，确保在起吊过程中，吊绳20不会影响第一采集单元60和第二采集单元70采集吊钩30的视线。

在可能的实施方式中，调节单元40除了具备调节采集角度和姿态外，还具有相应的防护结构，防护结构用于遮挡雨水、阳光等。

在可能的实施方式中，调节单元40通过将摄像头、激光雷达的镜头内嵌(镜头向内凹陷)，避免雨水流入及阳光直射摄像头，进而造成线路故障的问题。

在可能的实施方式中，调节单元40水平转速范围介于1.8°/s至8.9°/s之间，垂直转速范围介于1.8°/s至8.9°/s之间，水平转动范围介于0°至360°之间，垂直转动范围介于-60°至+60°之间。

在可能的实施方式中，通过第一采集单元60采集图像参数，第二采集单元70采集距离参数，实现了对被起吊物具体形状和距离的采集，提升起吊作业准确性，避免了现有通过人眼识别或者被起吊物旁边设置辅助人员进行协作起吊的情况。

需要说明的是，对被起吊物距离的采集中，距离是指被起吊物与激光雷达之间的距离。激光雷达的安装位置固定，可知吊装物对主机的距离。此处的距离是指被起吊物体上做雷达反射的表面与激光雷达之间的距离。

在可能的实施方式中，主控单元50提供调节单元40运行的基础支持，包括电源、通信、控制输出等。

在可能的实施方式中，主控单元50将供电单元100的电能输送给调节单元40，以实现对调节单元40的供能。

在可能的实施方式中，调节单元40通过主控单元50进行数据传输，将采集到的数据传递给相应的执行单元、服务器等。

在可能的实施方式中，主控单元50还作为第一采集单元60和第二采集单元70融合软件的运行载体，以及调节单元40软件功能的运行模体。

在可能的实施方式中，第一采集单元60为摄像头，用于监视周边环境和提供周边环境视觉图像。

在可能的实施方式中，第二采集单元70为激光雷达，用于监测周边环境空间信息、实时检测吊钩30空间位置及姿态和实时跟踪作业环境的重要目标。

在可能的实施方式中，第二采集单元70的探测距离介于200米至300米之间，垂直方向的激光线束300线，频率为6至30帧/秒，垂直方向视场角介于35°至45°之间，水平方向视场角介于50°至70°之间。

在可能的实施方式中，还包括与主控单元50连接的图传模块，图传模块用于图像数据传输和雷达数据传输。

在可能的实施方式中，主控单元50与外接设备通过5G模块实现通讯连接。

在可能的实施方式中，5G模块的带宽为30Mb。

在可能的实施方式中，还包括LTE模块和LTE天线，LTE模块与主控单元50连接，LTE天线与LTE模块连接，LTE全称Long Term Evolution，是是3G的演进。

在本发明一些可能的实施例中，还包括：第三采集单元80，第三采集单元80与主控单元50连接，用于采集吊绳20和/或吊钩30的位置参数。

具体来说，本实施例提供了一种第三采集单元80的实施方式，第三采集单元80实现了对吊臂10、吊绳20和吊钩30等位置参数的采集，为吊装策略的规划提供了数据支持。

在可能的实施方式中，被起吊物的图像参数和深度参数，以及吊臂10和吊钩30的位置参数相配合，实现吊装策略的规划。

在可能的实施方式中，第三采集单元80为RTK模块，RTK全称Real-timekinematic，为实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术。

在可能的实施方式中，第三采集单元80的定位精度介于8mm至12mm之间。

在本发明一些可能的实施例中，还包括：第四采集单元90，第四采集单元90与主控单元50连接，用于采集吊臂10、吊绳20和吊钩30任意一种或几种的角度参数。

具体来说，本实施例提供了一种第四采集单元90的实施方式，第四采集单元90实现了对吊臂10、吊绳20和吊钩30等角度参数的采集，为吊装策略的规划提供了数据支持。

在可能的实施方式中，被起吊物的图像参数和深度参数，以及吊臂10和吊钩30的角度参数相配合，实现吊装策略的规划。

在可能的实施方式中，第四采集单元80为IMU模块，IMU全称InertialMeasurement Unit，为惯性测量单元，主要用来检测和测量吊臂10的加速度与旋转运动的传感器。

在可能的实施方式中，第四采集单元80角度静态精度小于等于0.1°，角度动态精度小于等于0.5°。

在本发明一些可能的实施例中，还包括：供电单元100，供电单元100与主控单元50连接，用于为主控单元50供电。

具体来说，本实施例提供了一种供电单元100的实施方式，通过供电模块实现了主控单元50的长时间续航。

在可能的实施方式中，供电单元100为蓄电池。

在可能的实施方式中，供电单元100为锂电池。

在可能的实施方式中，供电单元100为外接电网。

在可能的实施方式中，供电单元具有蓄能功能，蓄能容量为15AH@12V，输出电流为10A。

在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图4所示，本方案提供一种上述的起重作业的监测系统的监测方法，包括：

获取目标采集区域内的环境图像参数，并根据环境图像参数生成第一吊装参数；

获取目标采集区域内环境深度参数，并根据环境深度参数生成第二吊装参数；

获取吊钩30的空间位置参数，并根据空间位置参数生成第三吊装参数；

根据第一吊装参数、第二吊装参数和第三吊装参数生成吊钩30在目标采集区域的吊装策略。

详细来说，本发明还提供一种起重作业的监测系统的监测方法，用以解决上述技术缺陷，通过检测环境图像、环境深度和吊钩30的空间位置，实现对被起吊物吊装作业策略的生成，实现安全作业。

在本发明一些可能的实施例中，获取吊钩30的空间位置参数，并根据空间位置参数生成第三吊装参数的步骤中，具体包括：

获取吊钩30的空间位置特征；

获取吊绳20的伸出长度特征；

根据空间位置特征和伸出长度特征确定吊钩30的空间位置参数。

具体来说，本实施例提供了一种生成第三吊装参数的实施方式，通过吊钩30的空间位置特征和吊绳20的伸出长度特征，确定了吊钩30的空间位置参数，为第三吊装参数的生成提供了数据支持。

在可能的实施方式中，获取吊钩30的空间图像参数和空间深度参数，将空间图像参数和空间深度参数进行点云化计算，并将多余点云删除，进行降噪，降噪后根据神经卷积计算确定吊钩30在空间内的相对位置，空间内的相对位置是指，吊钩30、吊绳20、障碍物等在空间图像参数和空间深度参数的采集区域内的位置。

进一步地，吊钩30的空间相对位置配合吊绳20的伸出长度特征，确定吊钩30在空间内的空间位置参数。

在本发明一些可能的实施例中，根据第一吊装参数、第二吊装参数和第三吊装参数生成吊钩30在目标采集区域的吊装策略的步骤中，具体还包括：

获取吊臂10的空间角度特征；

获取吊绳20的伸出长度特征；

根据空间角度特征和长度特征生成第四吊装参数；

根据第一吊装参数、第二吊装参数、第三吊装参数和第四吊装参数生成吊装策略。

具体来说，本实施例提供了一种生成吊装策略的实施方式，通过吊臂10的空间角度特征和吊绳20的伸出长度特征，确定了关于吊臂10和吊钩30的第四吊装参数，并根据第四吊装参数生成吊装策略。

需要说明的是，吊绳20的伸出长度为根据安装在上车上的提升卷扬内编码器得出，也可以根据激光雷达测出，然后通过卷扬内的计数编码器进行校正，降低误差。

在可能的实施方式中，确定了吊臂10的空间角度特征后，为确定被起吊物在起吊过程中的吊装轨迹，以及在吊装过程中，吊臂10是否存在安全隐患等提供数据支持，避免在吊装过程中，存在障碍物影响吊装顺利进行的问题。

在可能的实施方式中，吊臂10的空间角度特征的确定，也便于计算吊钩30和被起吊物在吊装过程中，加速度和变幅半径等的数据，为吊装的安全作业提供保证。

在本发明一些可能的实施例中，根据第一吊装参数、第二吊装参数和第三吊装参数生成吊钩30在目标采集区域的吊装策略的步骤之后，具体还包括：

获取目标采集区域内的吊装位置参数；

根据吊装策略和吊装位置参数确定吊钩30的吊装轨迹；

获取吊钩30的即时位置参数，并根据即时位置参数与吊装轨迹进行判断；

确定即时位置参数生成的即时轨迹与吊装轨迹之间的偏移率大于偏移阈值，则发出报警。

具体来说，本实施例提供了一种监测吊装策略的实施方式，通过对吊钩30的即时位置参数和吊装轨迹进行比对，实现了对被起吊物吊装策略的监测，提升了吊装作业的安全性。

在可能的实施方式中，提取吊钩30的即时位置参数中的多个即时节点，根据多个即时节点生成吊钩30的即时轨迹。

在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种作业机械，具有上述的起重作业的监测系统，或者进行吊装时，采用上述的监测方法。

在本发明一些可能的实施例中，还包括：吊臂10、吊绳20、吊钩30、卷扬机构、滑轮组和起重主体设备；吊臂10设置于起重主体设备；卷扬机构设置于吊臂10或者起重主体设备；滑轮组设置于吊臂10的顶端；吊绳20的一端与卷扬机构固定连接，吊绳20的另一端穿过滑轮组后，与吊钩30连接；监测系统设置于吊臂10，用于采集规划吊装策略的参数。

需要说明的是，起重作业的监测系统包括起重主体设备、吊臂10、吊绳20、吊钩30。吊臂10销轴连接在起重主体设备一端，起重主体设备通过变幅装置(现有的变幅机构)变幅吊臂10的位置。其中，起重主体设备包括，能前后左右行驶的下车(通过履带或轮式行走机构行驶)，及回转设置在下车上部的上车，吊臂10一端销轴连接在上车顶部的一端。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。