塔機(jī)防碰撞控制算法研究

李達(dá)+黃威

摘 要 由于施工現(xiàn)場(chǎng)通常會(huì)設(shè)置多臺(tái)塔機(jī)同時(shí)工作，因此塔機(jī)之間可能就會(huì)發(fā)生碰撞，本文針對(duì)塔機(jī)防碰撞這個(gè)問(wèn)題，首先對(duì)塔機(jī)碰撞情況進(jìn)行分析，然后建立塔機(jī)模型，對(duì)塔機(jī)智能避讓算法與控制進(jìn)行研究，給出了算法的選擇，提出塔機(jī)群的等待時(shí)間最短算法以及如何實(shí)現(xiàn)等待總時(shí)間最短算法。

關(guān)鍵詞 塔機(jī)；防碰撞；智能避讓

中圖分類(lèi)號(hào) TN21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）05-0025-01

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)也進(jìn)入繁榮發(fā)展的時(shí)代，由于塔機(jī)具有操作容易、節(jié)省人力、提高施工效率等特點(diǎn)，塔機(jī)在建筑的施工中扮演的角色越來(lái)越重要，是現(xiàn)代建筑施工必備的設(shè)備，并且隨著科技的發(fā)展，塔機(jī)也向著大型化、系統(tǒng)化、智能化發(fā)展。在現(xiàn)代的建筑施工中，為了提高施工的效率，往往需要多臺(tái)塔機(jī)配合施工，組成塔機(jī)群，因此在施工過(guò)程中難免發(fā)生碰撞，一旦出現(xiàn)碰撞事故，輕則造成機(jī)械的損壞，重則影響工程進(jìn)度甚至造成人員的傷亡。在這種背景下，對(duì)塔機(jī)群的防碰撞的研究就顯得十分重要，本文從塔機(jī)防碰撞控制算法入手，對(duì)塔機(jī)防碰撞進(jìn)行了深入的研究。

1 塔機(jī)碰撞情況分析

塔機(jī)在工作中會(huì)發(fā)生碰撞：高塔機(jī)在上下調(diào)運(yùn)貨物時(shí)與低塔機(jī)碰撞，造成塔機(jī)損壞與貨物脫落；塔機(jī)在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)運(yùn)貨物時(shí)與周?chē)C(jī)或者建筑物發(fā)生碰撞；低塔機(jī)在旋轉(zhuǎn)調(diào)運(yùn)貨物時(shí)與高塔機(jī)碰撞；塔機(jī)吊勾吊的貨物在下降時(shí)與道路上行駛的車(chē)輛發(fā)生碰撞；塔機(jī)在調(diào)運(yùn)貨物時(shí)，觸碰周?chē)碾娋€；塔機(jī)在運(yùn)輸貨物時(shí)，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致貨物掉落，砸上地面上的工作人員。塔機(jī)碰撞事故示意圖如圖1所示。

2 建模分析

對(duì)于只有單臺(tái)塔機(jī)工作的施工區(qū)域，塔機(jī)只考慮與周?chē)h(huán)境的建筑物以及其他東西的碰撞，故采用限位器就可以基本解決，但是大多數(shù)施工工地采用的都是塔機(jī)群聯(lián)合作業(yè)，這些塔機(jī)之間有交叉作業(yè)的區(qū)域。我們可以對(duì)4臺(tái)塔機(jī)聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行建模，如圖2所示，其中方點(diǎn)和圓點(diǎn)分別代表塔機(jī)的塔身中心和變幅小車(chē)，指針和圓圈分別代表塔機(jī)吊臂和吊臂旋轉(zhuǎn)圓周?？梢钥闯鲞@幾臺(tái)塔機(jī)之間存在很多交叉區(qū)域，這些區(qū)域都是塔機(jī)之間可能發(fā)生碰撞的區(qū)域。

要避免塔機(jī)之間的互相碰撞，就必須要對(duì)各個(gè)塔機(jī)的吊臂、小車(chē)、吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做合理的設(shè)置，塔機(jī)之間的通信也要時(shí)時(shí)進(jìn)行，地面對(duì)塔機(jī)群的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和塔機(jī)之間的智能防撞系統(tǒng)也要科學(xué)配置。

3 智能避讓算法與控制

3.1 算法的選擇

本文以?xún)膳_(tái)聯(lián)合交叉協(xié)同作業(yè)的塔機(jī)為例，兩臺(tái)塔機(jī)交叉作業(yè)的塔機(jī)如圖3所示，其中指針代表塔機(jī)吊臂的位置以當(dāng)前塔機(jī)1和塔機(jī)2的運(yùn)行速度計(jì)算，塔機(jī)1進(jìn)入干涉區(qū)的時(shí)刻為T(mén)1in，退出干涉區(qū)的時(shí)刻為T(mén)1out，塔機(jī)2進(jìn)入干涉區(qū)的時(shí)刻為T(mén)2in，退出干涉區(qū)的時(shí)刻為 T2out。當(dāng)T1out

為了防止2臺(tái)塔機(jī)碰撞，那么就要保證在同一時(shí)間只能有1臺(tái)塔機(jī)的吊臂出現(xiàn)在交叉區(qū)域中，因此，可以選擇當(dāng)塔機(jī)1在交叉區(qū)域是塔機(jī)2停止等待，或者相反。這種情況下，以“先進(jìn)入交叉區(qū)的塔機(jī)不避讓”的原則，假設(shè)先進(jìn)入交叉區(qū)域的是塔機(jī)1，它可以不受影響進(jìn)行工作，而塔機(jī)2則需要等待一段時(shí)間，其工作效率必將受到影響，塔機(jī)2受影響等待的時(shí)間為T(mén)x=T1out-T2in。若以“等待交叉去總時(shí)間最短”的原則，那么還要計(jì)算塔機(jī)1等待塔機(jī)2通過(guò)交叉區(qū)的等待時(shí)間Ty=T2outT1in，在對(duì)Tx和Ty進(jìn)行比較，選擇等待時(shí)間短的塔機(jī)避讓。綜合考慮各種因素，選擇施工效率高的等待總時(shí)間最短法作為本文研究的防碰撞控制算法的核心。

3.2 塔機(jī)群的等待總時(shí)間最短算法

存在2臺(tái)塔機(jī)以上的塔機(jī)群中，最短等待時(shí)間要綜合考慮各個(gè)塔機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，計(jì)算各種情況下的塔機(jī)等待時(shí)間，然后比較選擇出最短等待時(shí)間的避讓方法。例如3臺(tái)塔機(jī)組成的塔機(jī)群可以將各種避讓方式一一列舉，分別計(jì)算出各種避讓方式下系統(tǒng)等待的總時(shí)間大小，從中選出等待時(shí)間最短的方式，此時(shí)工作效率最高。對(duì)于3臺(tái)以上塔機(jī)系統(tǒng)，用同樣的方法也能找出最佳的避讓方式。

3.3 等待總時(shí)間最短算法的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)這種算法，利用計(jì)算機(jī)編程以使計(jì)算機(jī)能計(jì)算各種避讓情況下，塔機(jī)等待的總時(shí)間，從中選擇出等待時(shí)間最短的方案，這種方法由于對(duì)所有情況進(jìn)行了計(jì)算，因此，這種方法得到的方案是最佳的方案。

4 結(jié)論

本文在保證塔機(jī)群工作效率的前提下，對(duì)塔機(jī)防碰撞控制算法進(jìn)行了最優(yōu)的選擇，做到了塔機(jī)的智能避讓?zhuān)ㄟ^(guò)對(duì)塔機(jī)在交叉工作區(qū)的總等待時(shí)間的比較，選擇出等待時(shí)間最短的避讓方案，既保障了塔機(jī)之間不發(fā)生碰撞，而且將塔機(jī)工作效率提到最高，同時(shí)給出了如何利用計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)這種算法，這是很有實(shí)際意義的，并且這種算法對(duì)于塔機(jī)防碰撞也是非常有意義的，它將給塔機(jī)施工帶來(lái)更好的安全保障。

參考文獻(xiàn)

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