塔机防碰撞控制算法研究

李达+黄威

摘 要 由于施工现场通常会设置多台塔机同时工作，因此塔机之间可能就会发生碰撞，本文针对塔机防碰撞这个问题，首先对塔机碰撞情况进行分析，然后建立塔机模型，对塔机智能避让算法与控制进行研究，给出了算法的选择，提出塔机群的等待时间最短算法以及如何实现等待总时间最短算法。

关键词 塔机；防碰撞；智能避让

中图分类号 TN21 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0025-01

随着我国经济的飞速发展，建筑行业也进入繁荣发展的时代，由于塔机具有操作容易、节省人力、提高施工效率等特点，塔机在建筑的施工中扮演的角色越来越重要，是现代建筑施工必备的设备，并且随着科技的发展，塔机也向着大型化、系统化、智能化发展。在现代的建筑施工中，为了提高施工的效率，往往需要多台塔机配合施工，组成塔机群，因此在施工过程中难免发生碰撞，一旦出现碰撞事故，轻则造成机械的损坏，重则影响工程进度甚至造成人员的伤亡。在这种背景下，对塔机群的防碰撞的研究就显得十分重要，本文从塔机防碰撞控制算法入手，对塔机防碰撞进行了深入的研究。

1 塔机碰撞情况分析

塔机在工作中会发生碰撞：高塔机在上下调运货物时与低塔机碰撞，造成塔机损坏与货物脱落；塔机在旋转点运货物时与周围塔机或者建筑物发生碰撞；低塔机在旋转调运货物时与高塔机碰撞；塔机吊勾吊的货物在下降时与道路上行驶的车辆发生碰撞；塔机在调运货物时，触碰周围的电线；塔机在运输货物时，由于操作不当导致货物掉落，砸上地面上的工作人员。塔机碰撞事故示意图如图1所示。

2 建模分析

对于只有单台塔机工作的施工区域，塔机只考虑与周围环境的建筑物以及其他东西的碰撞，故采用限位器就可以基本解决，但是大多数施工工地采用的都是塔机群联合作业，这些塔机之间有交叉作业的区域。我们可以对4台塔机联合作业进行建模，如图2所示，其中方点和圆点分别代表塔机的塔身中心和变幅小车，指针和圆圈分别代表塔机吊臂和吊臂旋转圆周。可以看出这几台塔机之间存在很多交叉区域，这些区域都是塔机之间可能发生碰撞的区域。

要避免塔机之间的互相碰撞，就必须要对各个塔机的吊臂、小车、吊钩的运动状态做合理的设置，塔机之间的通信也要时时进行，地面对塔机群的监测系统和塔机之间的智能防撞系统也要科学配置。

3 智能避让算法与控制

3.1 算法的选择

本文以两台联合交叉协同作业的塔机为例，两台塔机交叉作业的塔机如图3所示，其中指针代表塔机吊臂的位置以当前塔机1和塔机2的运行速度计算，塔机1进入干涉区的时刻为T1in，退出干涉区的时刻为T1out，塔机2进入干涉区的时刻为T2in，退出干涉区的时刻为 T2out。当T1out

为了防止2台塔机碰撞，那么就要保证在同一时间只能有1台塔机的吊臂出现在交叉区域中，因此，可以选择当塔机1在交叉区域是塔机2停止等待，或者相反。这种情况下，以“先进入交叉区的塔机不避让”的原则，假设先进入交叉区域的是塔机1，它可以不受影响进行工作，而塔机2则需要等待一段时间，其工作效率必将受到影响，塔機2受影响等待的时间为Tx=T1out-T2in。若以“等待交叉去总时间最短”的原则，那么还要计算塔机1等待塔机2通过交叉区的等待时间Ty=T2outT1in，在对Tx和Ty进行比较，选择等待时间短的塔机避让。综合考虑各种因素，选择施工效率高的等待总时间最短法作为本文研究的防碰撞控制算法的核心。

3.2 塔机群的等待总时间最短算法

存在2台塔机以上的塔机群中，最短等待时间要综合考虑各个塔机的运转情况，计算各种情况下的塔机等待时间，然后比较选择出最短等待时间的避让方法。例如3台塔机组成的塔机群可以将各种避让方式一一列举，分别计算出各种避让方式下系统等待的总时间大小，从中选出等待时间最短的方式，此时工作效率最高。对于3台以上塔机系统，用同样的方法也能找出最佳的避让方式。

3.3 等待总时间最短算法的实现

针对这种算法，利用计算机编程以使计算机能计算各种避让情况下，塔机等待的总时间，从中选择出等待时间最短的方案，这种方法由于对所有情况进行了计算，因此，这种方法得到的方案是最佳的方案。

4 结论

本文在保证塔机群工作效率的前提下，对塔机防碰撞控制算法进行了最优的选择，做到了塔机的智能避让，通过对塔机在交叉工作区的总等待时间的比较，选择出等待时间最短的避让方案，既保障了塔机之间不发生碰撞，而且将塔机工作效率提到最高，同时给出了如何利用计算机编程来实现这种算法，这是很有实际意义的，并且这种算法对于塔机防碰撞也是非常有意义的，它将给塔机施工带来更好的安全保障。

参考文献

[1]周文海.基于ZigBee技术的塔机群防碰撞系统设计[D].南昌：华东交通大学，2013.

[2]陈帮，张洪涛.基于嵌入式Linux的塔机群防碰撞控制系统[J].机电工程，2011（3）：346-349.