[發(fā)明專利]基于LoRa技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件吊裝姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010588972.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111847243B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉占省;曹存發(fā);趙玉紅;史國梁;張安山;邢澤眾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B66C13/08
• 分類號: B66C13/08;B66C13/16;E04G21/14;E04G21/16
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本方法公開了基于LoRa技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件吊裝姿態(tài)控制方法，涉及裝配式建筑領(lǐng)域，針對預(yù)制構(gòu)件吊裝存在的問題，提出了一種可行的吊裝姿態(tài)控制方法。本方法可在一定程度上解決了現(xiàn)有的預(yù)制構(gòu)件施工吊裝存在吊裝粗糙，不能姿態(tài)控制，吊裝現(xiàn)場處理方法落后等吊裝安全風(fēng)險問題。該方法主要包括：一是基于LoRa技術(shù)的信息傳輸單元，對吊裝過程中的信息進(jìn)行實(shí)時傳輸；二是基于慣性測量單元的姿態(tài)監(jiān)測控制方法，對吊裝過程中預(yù)制構(gòu)件的擺動、偏轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控反饋。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑建造技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于LoRa技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件吊裝姿態(tài)控制方法。

背景技術(shù)

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件施工吊裝作業(yè)中存在許多問題，如吊裝物體形狀不規(guī)則；吊裝過程要求精度高、要求預(yù)制構(gòu)件擺動小等，但建筑業(yè)中對于構(gòu)件吊裝過程精確控制的研究較為缺少，對于構(gòu)件的姿態(tài)控制研究幾近于無。同時目前通信技術(shù)快速發(fā)展，一大批技術(shù)迅速發(fā)展，如LoRa、NB－IOT、UWB、RFID等技術(shù)加強(qiáng)了物與互聯(lián)網(wǎng)、物與物之間的聯(lián)系。相比于其他傳輸技術(shù)，LoRa技術(shù)在建筑行業(yè)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，LoRa技術(shù)采用LoRa網(wǎng)關(guān)獨(dú)立組網(wǎng)，對比于NB-IOT組網(wǎng)更靈活，同時傳輸?shù)拇┩感阅芨茫瑐鬏斁嚯x也更遠(yuǎn)。對于施工現(xiàn)場來說，LoRa技術(shù)更加適用于施工現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境，Lora網(wǎng)關(guān)可現(xiàn)場安裝，施工完畢后拆卸重復(fù)利用，基于LoRa技術(shù)建立施工現(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，統(tǒng)籌整個施工流程以及施工工序。利用LoRa技術(shù)基于LoRaWAN低功耗廣域網(wǎng)建立施工現(xiàn)場的智慧管理系統(tǒng)，建立構(gòu)件吊裝管理模塊，對施工現(xiàn)場所要進(jìn)行的吊裝進(jìn)行吊裝過程以及吊裝路徑控制。傳統(tǒng)LoRa技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、道路交通等領(lǐng)域。隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展，基于LoRa技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也已有了相關(guān)的研究，如目前已提出的基于LoRa技術(shù)的裝配式施工智慧管理系統(tǒng)框架。另一方面，基于慣性測量單元(Interoir Measuent Unit)的研究十分多，主要在自動駕駛、航空航天領(lǐng)域，在建筑行業(yè)應(yīng)用較少。慣性測量單元一般是由3個加速度計、3個陀螺儀以及磁力計組合而成的單元。通過加速度傳感器可以測得三個方向的加速度，通過陀螺儀可以測得三軸得角速度。方法是先有慣性測量單元輸出AD值，再通過轉(zhuǎn)化算法將AD值轉(zhuǎn)化為四元數(shù)，再通過轉(zhuǎn)化算法將四元數(shù)解算為歐拉角，以上為姿態(tài)控制算法。本文基于此前研究的基礎(chǔ)上，對基于LoRa技術(shù)的施工吊裝精確控制提出了可行的方案，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有存在的問題，本發(fā)明提供了基于LoRa技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件吊裝姿態(tài)控制方法，該方法可以針對構(gòu)件的姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。該方法利用慣性測量單元(IMU)進(jìn)行構(gòu)件吊裝過程中構(gòu)件的姿態(tài)監(jiān)測信息收集，同時基于LoRa技術(shù)，建立現(xiàn)場信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件吊裝時構(gòu)件姿態(tài)信息上傳；將IMU收集到的姿態(tài)信息通過LoRa技術(shù)上傳至云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，在系統(tǒng)平臺監(jiān)控吊裝過程中構(gòu)件的實(shí)際姿態(tài)。具體方法為：利用IMU單元對構(gòu)件在吊裝過程的實(shí)時的擺動姿態(tài)監(jiān)控，從而分辨吊裝過成的風(fēng)險。IMU單元，其包括有內(nèi)置的坐標(biāo)軸(坐標(biāo)系)，稱之為相對坐標(biāo)系，同時建立以沿豎直方向向上為Z軸正向，以正北方向?yàn)閄軸正向，以正東方向?yàn)閅軸正向的絕對坐標(biāo)系。通過慣性測量單元實(shí)際測量得到的數(shù)據(jù)得出吊裝過程中物體的傾斜角度以及推算出吊裝過程中的擺動幅度。利用IMU監(jiān)控構(gòu)件在吊裝過程中得姿態(tài)信息，通過IMULoRa模塊將IMU得到的姿態(tài)信息利用LoRa傳輸模塊傳輸?shù)浆F(xiàn)場預(yù)先布置的網(wǎng)關(guān)中，再有LoRa網(wǎng)關(guān)上傳至云端，從而使操作人員在平臺上監(jiān)控構(gòu)件吊裝過程中的實(shí)時姿態(tài)。可以給操作人員在吊裝過程中根據(jù)實(shí)際情況及時判斷吊裝過程是否會發(fā)生危險，從而在危險發(fā)生前及時終止吊裝，以此來保障吊裝過程得安全性。同時設(shè)計了該方法的吊裝控制具體應(yīng)用流程，如下：LoRa網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場布置；預(yù)制構(gòu)件信息確認(rèn)及核對；LoRaIMU模塊安裝；LoRaIMU模塊激活及核對；吊裝過程姿態(tài)監(jiān)控；吊裝結(jié)束模塊關(guān)閉及拆卸。

該方法具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：根據(jù)施工現(xiàn)場情況，基于LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，LoRa組網(wǎng)簡單，只需在施工現(xiàn)場布置好網(wǎng)關(guān)即可，通過終端接受到的信息數(shù)據(jù)先傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)再有網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器。結(jié)合施工現(xiàn)場物料堆放等情況布置相應(yīng)的LoRa網(wǎng)關(guān)，在施工現(xiàn)場建立好LoRa的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。