CN105783877A - 起重设备行走的位姿检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重设备行走的位姿检测装置及方法，该装置包括多个支架、参照带、标识码、相机、起重设备、处理器。多个支架垂直固定于地面，且多个支架排列成一直线。参照带为长条形状，参照带上每隔一定距离设置一个支架，支架固定于参照带的背面，标识码设置于参照带的正面。相机固定于起重设备上，标识码位于相机的视野范围内，且相机把采集到的图像数据传输至处理器。方法，包括：步骤1，处理器获取参照带在相机中的图像；步骤2，从图像中提取标识码；步骤3，根据提取出的标识码，计算起重设备的当前位姿信息。本发明能够精确、快速、实时地检测出起重设备行走的位姿信息，结构简单、安全可靠、经济实用、易于实现，适用范围广泛。

Description

起重设备行走的位姿检测装置及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉的检测，更具体地说，涉及一种起重设备行走的位姿检测装置及方法。

背景技术

全自动化码头的起重设备主要包括岸边集装箱起重机(QC)，轨道式集装箱门式起重机(RMG)，轮胎式集装箱门式起重机(RTG)等设备，码头内的作业就是通过这些设备的行走和抓取集装箱来完成的。因此，为了高效、精准地完成码头内的自动化作业，必须拥有起重设备行走的高精度的位姿检测设备。目前，已有的用于位姿检测或位移检测的设备主要分为接触式和非接触式两种。当工作环境允许通过接触的方式来检测位姿或位移时，可以选用接触式的检测设备，但这些设备对接触部件存在机械性的磨损，所以设备长时间工作后，会出现稳定性和精度下降的情况。当工作环境不允许与被检测体有接触，这时就要选用非接触式的检测设备，如一些利用GPS、电磁信号、超声波和红外光进行检测的设备，但他们的检测结果容易受到电磁干扰、环境噪音、接收信号电平波动等情况的影响，抑或容易受到雨水、灰尘、酸碱等自然环境的影响，从而导致检测精度降低，可靠性降低。本发明克服了上述缺点，提供了一种结构简单、检测精度高的基于机器视觉的起重设备行走位姿检测装置。

机器视觉是一个多学科交叉的领域，它综合了光学工程、电子信号处理、模式识别、人工智能、机械工程和软件工程等多领域知识。机器视觉系统一般由光源、镜头、摄像器件、图像存储体、监视器以及计算机系统等设备组成。光源为视觉系统提供足够的照度，镜头将被测场景中的目标成像到视觉传感器(即摄像器件)的成像面上，图像存储体负责将电信号转变为数字图像，即把每个像素点的亮度转变为灰度级数据，并存储为一幅或多幅图像，计算机系统负责对图像进行处理、分析、判断和识别，最终给出检测结果。

基于机器视觉的起重设备行走位姿检测装置综合运用了参照体上的标识在图像中的大量信息，由于所依据的信息量是二维空间上的图像信息，即从一整幅图像信息中提炼出一个位姿信息，因此，它可以克服各种各样的干扰信号，获得稳定且可靠的测量结果。

发明内容

针对现有起重设备行走的位姿检测技术中存在的系统结构复杂且检测精度不高的问题，本发明的目的是提供一种基于机器视觉的起重设备行走位姿检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种起重设备行走的位姿检测装置，包括多个支架、参照带、标识码、相机、起重设备、处理器。多个支架垂直固定于地面，且多个支架排列成一直线。参照带为长条形状，参照带上每隔一定距离设置一个支架，支架固定于参照带的背面，标识码设置于参照带的正面。相机固定于起重设备上，标识码位于相机的视野范围内，且相机把采集到的图像数据传输至处理器。

根据本发明的一实施例，支架包括主体、支撑板、压板。主体包括三角型铁架和铁板，铁板固定于地面，三角型铁架垂直于铁板且和铁板焊接固定，三角型铁架上设有用以固定支撑板的腰型孔。压板和支撑板固定并锁紧参照带。

根据本发明的一实施例，支撑板与主体通过螺丝固定，支撑板和压板通过攻丝孔和通孔固定。铁板为矩形，铁板的两端设有地埋螺丝固定孔。

根据本发明的一实施例，压板包括上压板和下压板，参照带位于上压板和下压板之间。

根据本发明的一实施例，上压板和下压板分别具有半切槽，上压板的半切槽向下，下压板的半切槽向上。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种起重设备行走的位姿检测方法，包括：步骤1，处理器获取参照带在相机中的图像；步骤2，从图像中提取标识码；步骤3，根据提取出的标识码，计算起重设备的当前位姿信息。

根据本发明的一实施例，还包括步骤4，判断是否需要继续获取起重设备的当前位姿信息？若是，则返回步骤1，若否，则结束。

根据本发明的一实施例，步骤3包括：根据相机获取的图像，计算相机相对于标识码的位姿，包括三维空间的位移信息和旋转角度信息，并根据相机的实际位姿信息计算起重设备的实际位姿信息。

在上述技术方案中，本发明的起重设备行走的位姿检测装置及方法能够精确、快速、实时地检测出起重设备的位姿信息，为起重设备实现安全、可靠、精确地闭环控制提供重要的信息。本发明的系统及方法结构简单、安全可靠、经济实用、易于实现，适用范围广泛。

附图说明

图1是本发明起重设备行走的位姿检测装置的结构示意图；

图2A和2B是支架主体的侧视图和俯视图；

图3A和3B是支撑板的主视图和侧视图；

图3C和3D是压板的主视图和侧视图；

图4是本发明起重设备行走的位姿检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明针对起重设备行走的位姿检测技术，提出了一种基于机器视觉的起重设备位姿检测装置，该专利系统结构简单、安全可靠、经济实用、绿色环保、适用范围广泛，能够把起重设备的位姿信息实时地反馈至运动控制单元，从而有助于实现起重设备的位姿控制。

如图1所示，本发明公开了一种起重设备行走的位姿检测装置，主要包括多个支架1、参照带2、标识码3、相机4、起重设备5和处理器6。多个支架1固定于地面，且位于起重设备5的运动空间的同一侧排列成一直线，大致均匀排布。支架1用来支撑参照带2，使得固定后的参照带2大致处在同一水平面上，其表面都与水平面相垂直。参照带2为长条形状，对应于支架1的分布，参照带2上每隔一定距离就设有一个支架1，参照带2上附有标识码3，支架1固定于参照带2的背面，标识码3设置于参照带2的正面。相机4固定在起重设备5上，且保证相机4处对应的标识码3能够位于相机4的视野范围之中。相机4把采集到的图像数据传输给处理器6，处理器6中运行的图像处理程序通过对图像数据的处理来获得当前起重设备5的位姿信息。

如图2A和2B所示，本发明的支架1由支架主体、支撑板和压板组成，而主体又进一步包括三角型铁架103和铁板104。支架主体由三角型铁架103和铁板104组成，铁板104为矩形，固定于地面，三角型铁架103垂直于铁板104且和铁板104焊接固定，使用热电镀方式进行抗氧化处理，这样设计既能节省成本，又能增加整体的稳定性。为了使支架主体能够牢固地固定在地面上，支架主体上设计了地埋螺丝固定孔102，具体来说是铁板104的两端设有地埋螺丝固定孔102。为了使支架主体能够适应高低不平的地面，即在垂直地面的方向上可以对支撑板进行调节，本发明在支架主体上设计了腰型孔101用以固定支撑板，具体来说是三角型铁架103上设有用以固定支撑板的腰型孔101，这种设计方式可以保证装配后的参照带2大致能处在同一水平面上。

本发明中支架1的支撑板和压板的设计示意图如图3A-3D所示。支撑板和压板采用防水、热胀冷缩系数小的坚固材料，支撑板与支架主体之间通过通孔105，用一定长度的螺丝固定。选用一定长度的螺丝是为了调整纠偏定位板的垂直度和水平度。支撑板和压板通过攻丝孔106和通孔107来固定并锁紧参照带2。本发明的压板包括上压板和下压板，参照带位于上压板和下压板之间。上压板和下压板把参照带2固定于支撑板上，使其位于上、下压板之间。上压板和下压板分别具有半切槽108，上压板的半切槽108向下，下压板的半切槽108向上。

本发明的参照带2的表面与水平面垂直，通过调节支架1可使参照带2大致处于同一水平面。参照带2可采用防水热胀冷缩系数小的硬性或柔性材料。当参照带2过长时，为了方便组装、拆卸和运输，整条参照带2可以由多个子参照带拼接而成。

本发明的相机4可以采用工业相机、工业摄像机等各种获取图像的设备，包括图像传感器CCD、镜头和照明设备。相机4固定在起重设备5上，且参照带2的局部区域可在相机4中清晰成像。起重设备5的位姿信息是通过处理器6对相机4采集到的图像数据进行处理来获得。

此外，本发明还公开一种对应的起重设备行走的位姿检测方法，对应上述位姿检测装置。

首先，在本发明的方法实施之前，先要在已知的位置设置支架1及其参照带2、标识码3，因此每一个支架1及其对应的参照带2、标识码3均具有对应的实际位置。

进一步地，如图4所示，本发明的方法主要包括以下步骤：

S1：处理器6获取参照带2在相机4中的图像。具体来说，相机4把采集到的图像数据发送给处理器6，处理器6接收该图像数据。

S2：从图像中提取标识码3。具体来说，处理器6从接收到的图像中提取对应的标识码3。

S3：根据提取出的标识码3，计算起重设备的当前位姿信息。具体来说，计算相机4相对于识码3的位姿信息，即起重设备的位姿信息，包括三维空间的平移距离和旋转角度，并根据相机的实际位姿信息计算起重设备的实际位姿信息。

S4：判断是否需要继续获取起重设备的当前位姿信息？若是，则返回S1，若否，则结束。

根据上述步骤可见，当起重设备5在行走时，相机4在不断地获取一系列标识码3，而处理器6可以根据这一系列的标识码3来计算起重设备5的运行轨迹。例如，标识码3为一系列顺序排列的自然数：1，2，3，……，而处理器6判断相机4接收到的标识码3序列为14，15，16，则可以根据这三个标识码所在的位置判断出起重设备5的当前位姿信息。进一步地，处理器6不仅可以识别出起重设备5当前的位姿信息，还能通过持续地获取相机4的图像信息来判断出起重设备5的运行轨迹。

为了使本发明的技术手段和创作特征能够达成目的与功效，又易于了解，下面结合具体实施例示，进一步阐述。本发明应用于起重设备行走的位姿检测，包括以下步骤：

支架1的设计。支架主体的设计如图2A和2B所示，由带腰型孔101的三角型铁架103和带有地埋螺丝固定孔102的铁板104组成，它们之间用焊接的方式来固定，并用热电镀方式进行抗氧化处理。支撑板和压板的设计如图3A-3D所示，支撑板和压板均采用防水、热胀冷缩系数小的坚固材料，支撑板带有通孔105和攻丝孔106，压板带有通孔107和半切槽108。

支架1的安装。多个支架主体通过地埋螺丝固定孔102用膨胀螺丝固定于地面上，位于起重设备5的运动空间的某一侧，大致均匀排布。每个支架主体与支撑板之间通过腰型孔101和通孔105用60mm长度的螺丝固定；支撑板与压板通过攻丝孔106和通孔107用螺丝固定。

相机4的安装和调试。相机4采用分辨率为656×494的CCD，焦距为16mm的镜头。相机4固定于起重设备5上，调整相机4的相关参数，确保它的观测区域分别位于标识码3对应的位置处，并使标识码3能够在相机4成像平面的中心区域内清晰成像。

处理器6采用工业计算机作为图像处理单元，图像处理程序的开发运行环境为WinXP+VisualStudio2010，其中还可使用第三方图像处理库OpenCV2.20。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种起重设备行走的位姿检测装置，其特征在于，包括：

多个支架、参照带、标识码、相机、起重设备、处理器；

所述多个支架垂直固定于地面，且多个支架排列成一直线；

所述参照带为长条形状，参照带上每隔一定距离设置一个支架，所述支架固定于所述参照带的背面；

所述标识码设置于所述参照带的正面；

所述相机固定于所述起重设备上，所述标识码位于相机的视野范围内，且所述相机把采集到的图像数据传输至所述处理器。

2.如权利要求1所述的起重设备行走的位姿检测装置，其特征在于，所述支架包括：

主体、支撑板、压板；

所述主体包括三角型铁架和铁板，所述铁板固定于地面，三角型铁架垂直于所述铁板且和铁板焊接固定，所述三角型铁架上设有用以固定支撑板的腰型孔；

所述压板和支撑板固定并锁紧参照带。

3.如权利要求2所述的起重设备行走的位姿检测装置，其特征在于，所述支撑板与主体通过螺丝固定，所述支撑板和压板通过攻丝孔和通孔固定，所述铁板为矩形，铁板的两端设有地埋螺丝固定孔。

4.如权利要求2所述的起重设备行走的位姿检测装置，其特征在于，所述压板包括上压板和下压板，所述参照带位于上压板和下压板之间。

5.如权利要求4所述的起重设备行走的位姿检测装置，其特征在于，上压板和下压板分别具有半切槽，所述上压板的半切槽向下，所述下压板的半切槽向上。

6.一种起重设备行走的位姿检测方法，其特征在于，包括：

步骤1，处理器获取参照带在相机中的图像；

步骤2，从图像中提取标识码；

步骤3，根据提取出的标识码，计算起重设备的当前位姿信息。

7.如权利要求6所述的起重设备行走的位姿检测方法，其特征在于，还包括：

步骤4，判断是否需要继续获取起重设备的当前位姿信息？若是，则返回步骤1，若否，则结束。

8.如权利要求6所述的起重设备行走的位姿检测方法，其特征在于，步骤3包括：

根据相机获取的图像，计算相机相对于标识码的位姿，包括三维空间的位移信息和旋转角度信息，并根据相机的实际位姿信息计算起重设备的实际位姿信息。