【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于塔式起重機吊鉤跟蹤控制，涉及塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，本專利技術還涉及塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制方法。
技術介紹
1、塔式起重機以下簡稱塔機，是建筑行業重要的垂直運輸工具，由于高空作業，空間狹小且活動不方便，塔機司機的工作環境非常惡劣，長時間的緊張工作非常影響司機的情緒，使得塔機司機在工作中存在較大的人為安全隱患。隨著通訊技術以及視頻技術的發展，為了降低施工用工成本，近兩年塔機的無人控制成為研究的熱點。
2、施工場景感知與建模是塔機無人駕駛的前提，一方面，由于塔機工作范圍大，塔機工作場景的環境建模需要利用激光雷達，成本高，且施工現場動態變化，采用激光雷達進行動態地圖構建，實時性不能滿足現場要求；另一方面，塔機工作過程中，吊鉤的路徑是空間三維路徑，現有的三維自動路徑跟蹤控制方式，算法復雜度高，對模型精度要求高；但是，由于塔機在各種工況下，如負載不同、外界風速不同，都會影響塔機的動力學性能，同時，塔機的自身慣性比較大，在路徑跟蹤控制中必須要保證運動狀態的平穩轉換，避免對塔機鋼結構的硬性沖擊。
3、因此，現有的空間三維路徑跟蹤算法，難以保證塔機運動平穩以及跟蹤的可靠性，亟需研制一種新的方法，克服上述的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，一方面解決了復雜施工現場環境建模難，自動路徑規劃成本高且實時性不夠的問題；另一方面，解決了現有技術塔機自動駕駛的平穩性不足，對塔機鋼結構產生硬性沖
2、本專利技術的另一目的是提供塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制方法，解決了現有技術自動路徑規劃成本高且實時性不夠，平穩性不足的問題。
3、本專利技術所采用的技術方案是，塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，由四個功能模塊互聯而成，即塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊、吊鉤路徑跟蹤控制模塊，塔機運行狀態檢測模塊為塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊提供數據支撐，塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊再共同向吊鉤路徑跟蹤控制模塊提供數據支持。
4、本專利技術所采用的另一技術方案是，塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制方法，依賴于上述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，實施過程如下：
5、塔機駕駛員進行一次實際吊運操作，塔機運行狀態檢測模塊利用三種傳感器實時獲取吊鉤的位置信息；
6、塔機動力學性能檢測模塊利用吊鉤的位置信息，檢測塔機三維運動的動力學性能，獲得回轉、變幅、吊鉤起升的速度控制閾值；
7、吊鉤三維路徑規劃模塊利用吊鉤的三維坐標數值，記錄存儲路徑中的所有點的三維坐標，完成吊鉤在兩點之間的路徑規劃；
8、吊鉤路徑跟蹤控制模塊利用塔機動力學性能參數和路徑上所有吊鉤三維坐標，按照吊鉤路徑跟蹤流程，向塔機電器控制系統發出控制指令，完成吊鉤路徑跟蹤控制。
9、本專利技術的有益效果是，通過塔機駕駛員操控手柄控制塔機在兩點之間完成一次吊運，實現吊鉤的路徑手動規劃，在此基礎上，結合塔機動力學特性設計了吊鉤路徑跟蹤流程，實現了塔機位置a(裝料點)、位置b(卸料點)往返運動的吊鉤三維自動路徑跟蹤，具體是：(1)根據施工現場塔機工作特點，駕駛員手動完成兩點之間的三維路徑規劃，解決了施工現場環境建模成本高，實時性不夠的問題；(2)采用基于動力學的吊鉤三維路徑跟蹤流程，實現了塔機兩點往返運動的無人控制，解決了大慣性狀態時塔機平穩控制的問題，且跟蹤位置誤差小，提高塔機工作效率。
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1.塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于：由四個功能模塊互聯而成，即塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊、吊鉤路徑跟蹤控制模塊，塔機運行狀態檢測模塊為塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊提供數據支撐，塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊再共同向吊鉤路徑跟蹤控制模塊提供數據支持。
2.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的塔機運行狀態檢測模塊，
3.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的塔機動力學性能檢測模塊，在對塔機運動速度進行分檔控制前，需要先檢測塔機不同運動的動力學性能，分為以下三個方面：
4.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的吊鉤三維路徑規劃模塊，由塔機駕駛員通過手柄操作，分別控制塔機起重臂回轉、小車變幅以及吊鉤起升三維運動的動作，塔機以塔機駕駛員選擇的路徑完成吊鉤從位置A到位置B的一次完整吊運過程；
5.根據權利要求1所述的塔機吊
6.根據權利要求5所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的吊鉤路徑跟蹤控制模塊，包括兩種模式，一種是吊鉤從位置A→位置B的跟蹤控制輸出，稱為路徑跟蹤控制模式1；第二種是吊鉤從位置B→位置A的跟蹤控制輸出，稱為路徑跟蹤控制模式2，兩種模式的路徑相同但是運動方向相反，該兩種工作模式各自結合相關動作的方向指令區別實施。
7.根據權利要求5所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，吊鉤路徑跟蹤控制模塊的流程如下：
8.根據權利要求7所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，步驟5中，具體過程是：
9.根據權利要求7所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，步驟7中，具體過程是：
10.塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制方法，依賴于上述的權利要求1-9任一所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，實施過程如下：
...【技術特征摘要】
1.塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于：由四個功能模塊互聯而成，即塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊、吊鉤路徑跟蹤控制模塊，塔機運行狀態檢測模塊為塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊提供數據支撐，塔機運行狀態檢測模塊、塔機動力學性能檢測模塊、吊鉤三維路徑規劃模塊再共同向吊鉤路徑跟蹤控制模塊提供數據支持。
2.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的塔機運行狀態檢測模塊，
3.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的塔機動力學性能檢測模塊，在對塔機運動速度進行分檔控制前，需要先檢測塔機不同運動的動力學性能，分為以下三個方面：
4.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的吊鉤三維路徑規劃模塊，由塔機駕駛員通過手柄操作，分別控制塔機起重臂回轉、小車變幅以及吊鉤起升三維運動的動作，塔機以塔機駕駛員選擇的路徑完成吊鉤從位置a到位置b的一次完整吊運過程；
5.根據權利要求1所述的塔機吊鉤的三維路徑規劃與跟蹤控制系統，其特征在于，所述的吊鉤路徑跟蹤控制模塊，通過實時檢測的吊鉤運行...
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