塔機防碰撞控制技術研究

楊 丹, 張 偉, 申繼軍, 程聲炎

（廊坊中建機械有限公司，河北 廊坊 065000）

1 問題提出

裝配式建筑施工在構件吊裝過程中存在預制構件與施工現場障礙物頻繁碰撞的現象，導致構件破損無法使用，而現有防碰撞技術無法防止吊裝物的碰撞。想要進一步提高裝配式建筑的施工效率，就需要解決預制構件吊裝過程中碰撞損壞問題，如：①預制構件與靜止目標的碰撞（靜止目標如：建筑物）；②預制構件與移動目標的碰撞（移動目標如預制構件、吊臂）。

2 防碰撞控制技術方案

圖1 防碰撞控制技術方案圖

防碰撞控制技術方案如圖1所示。通過圖形識別技術解決吊裝物本身與固定或移動目標的碰撞問題。

判斷目標為移動目標還是靜止目標。如果為移動目標物，則根據移動信息建立目標物背景框架和鄰近背景框架，將目標物背景框架和鄰近背景框架中目標物軌跡進行拼接并進行移動軌跡預測得到二維移動軌跡預測。結合二維移動軌跡預測，利用激光入射移動目標物獲取反彈的射線對所述移動目標物進行追蹤得到三維移動軌跡預測。如果為靜止目標物，則根據圖像信息對靜止目標物進行定位，并根據定位結果計算幾何坐標和物距。

根據三維、二維軌跡預測或根據靜止目標定位，判斷物距是否滿足安全閾值，并在不滿足安全閾值的情況下，啟動報警。

防碰撞控制技術原理如圖2所示。

圖2 防碰撞控制技術原理圖

采集設備同時采集滿足幾何條件的靜止目標物體的物距圖像信息，并將物距圖像信息發送給存儲器，儲存器用于存儲圖像信息，并將圖像信息發送至圖像處理器，圖像處理器將采集到的圖像進行匹配處理，并得出吊鉤與靜止目標物的距離值1。圖形識別裝置用于識別構件的外廓尺寸，得出距離值2,電子控制器將得到的距離值1和距離值2進行分析，根據物距啟動報警控制程序。

當目標物體移動時，電子控制器對采集設備錄入得信息進行移動軌跡預測，并根據預測的結果判斷是否會發生碰撞。

3 方案的實施

3.1 分析構件與靜止障礙物碰撞關系時

如圖3所示，利用采集設備可識別出吊鉤距靜止障礙物距離x1，z1，圖形識別裝置能夠識別吊鉤距構件外廓尺寸及x2，z2，計算出構件外廓碰撞點距固定障礙物：水平直線距離x=x1-x2；垂直距離z=z1-z2。

圖3 構件與固定障礙物碰撞關系

報警及控制原理，如圖4所示，水平直線方向碰撞關系：X2為預設的預警距離，X1為預設的危險距離。當x＞X2時，正常吊裝；當X2≥x＞X1時，系統報警并減速向固定障礙物方向運動；當x=X1時，系統停止向障礙物方向運動。

圖4 水平方向碰撞關系

圖5 垂直方向碰撞關系

如圖5所示，垂直方向碰撞關系：Z2為預設的預警距離，Z1為預設的危險距離。當z＞Z2時，正常吊裝；當Z2≥x＞Z1時，系統報警并減速向固定障礙物方向運動；當z=Z1時，系統停止向障礙物方向運動。

3.2 分析構件與移動障礙物碰撞關系時

如圖6所示，首先獲得移動障礙物的二維軌跡，某橢圓形物體最先出現在目標物背景框架中（虛線橢圓位置），當物體發生移動（本圖假設物體移動到黑色實心位置），即將移出該目標物背景框架，此時將找尋與該目標物背景框架相關聯的鄰近背景框架，并與目標物背景框架拼接在一起，此時該鄰近背景框架變為新的目標物背景框架，如此類推，通過若干的目標物背景框架和鄰近背景框架拼接完整的二維平面，并最終獲取了移動目標物在該二維平面上的二維移動軌跡，根據該二維移動軌跡可方便地預測二維運動趨勢。

圖6 構件與移動障礙物碰撞關系

為提高空間追蹤和預測的準確度，還設置有激光發射器，利用反射的射線追蹤移動目標物并獲得三維的軌跡預測。

4 結 語

運用此防碰撞控制技術可以大大提高構件就位的精確度，減少構件因碰撞而造成的損壞，從而提高裝配式建筑施工過程中的效率，推動快速裝配綠色發展。本文僅僅說明了構件與相關障礙物碰撞的情形，同時還具備群塔作業時吊臂的防碰撞功能。