CN111056439A - 一种基于机器视觉的起重机防摇方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的起重机防摇方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及起重机自动控制技术领域，且公开了一种基于机器视觉的起重机防摇方法，包括安装相机与标定板—通过视觉算法获取吊具的摆动角与姿态信息—判断吊具的摆动角度是否等于零—确定大车、小车的移动方向与加速度—变频器控制大车、小车行走消摆—判断吊具的摆动角度是否等于零—程序结束。该基于机器视觉的起重机防摇方法，可以对起重机吊具进行快速消摆，减小起重机吊具摇摆对起重机大车、起重机小车造成的负载，增加起重机大车、起重机小车的使用寿命，且防止起重机吊具摇摆过程中跳槽引发的安全事故，使用比较安全，另外，起重机吊具可以快速停摆，能提高起重机的工作效率。

Description

一种基于机器视觉的起重机防摇方法
技术领域
本发明涉及起重机自动控制技术领域，具体为一种基于机器视觉的起重机防摇方法。
背景技术
起重机系统由大车运动机构、小车运动机构、起升机构组成，起重机大车跨架在作业区空间上方，大车上装备小车移动轨道，起升机构安装在小车上，向下垂到地面，常规配备抓斗或钩用于垂直起吊重物，由于其结构简单可是分方便的实现货物的运输，因此在众多行业得到了广泛应用，但是吊具与小车由钢丝绳进行连接，属于柔性控制系统，在起重机作业过程中，由于大车、小车运行速度的变化将不可避免的导致负载的摇摆，当不能及时停止时会引起钢丝绳的跳槽，带来了极大的安全隐患，且大小车停止运行后，负载的摆动会持续较长时间，严重影响了起重机的工作效率。
起重机的防摇控制引起了学术界与制造商的广泛关注，目前常用的防摇控制为基于起重机动力学的开环防摇(如专利201810222004)，即控制大小车在加速或减速过程中的运动距离抑制负载摆动，其缺点是需要较大的防摇距离，易造成设备的损坏，另外这种开环防摇技术不能反映吊具的绝对位置，在吊具起升阶段负载发生摇摆这种状态下就无法进行有效的防摇控制，为此，我们提出一种基于机器视觉的起重机防摇方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于支撑临时固定是采用临时焊接固定，焊接点易开裂，屈曲约束支撑会安装的位置发生变化，外套筒为密封设计，不能对外套筒内部的填充材料进行检测，屈曲约束支撑与墙壁之间固定不牢固的问题。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于机器视觉的起重机防摇方法，包括安装相机与标定板—通过视觉算法获取吊具的摆动角与姿态信息—判断吊具的摆动角度是否等于零—确定大车、小车的移动方向与加速度—变频器控制大车、小车行走消摆—判断吊具的摆动角度是否等于零—程序结束步骤，具体步骤如下：
S1、在起重机吊具上预先安装标记板，在起重机小车下方安装相机，将相机的输出信号与工控机连接；
S2、通过算法对相机拍摄的标记板图案进行分析，得到吊具的实时偏移量，并转换得到吊具的摆动角度与加速度，跳转执行步骤S3；
S3、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果等于零则跳转执行步骤S7，若不为零跳转执行步骤S4；
S4、根据吊具的实时摆动角度确定小车、小车的移动方向与加速度，跳转执行步骤S5；
S5、将起重机大车与小车的启动时间、移动方向和加速度信息输出给变频器，实现大车与小车的移动进行消摆，跳转执行步骤S6；
S6、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果是则跳转执行步骤S7，若为否则跳转执行步骤S4；
S7、程序结束。
一种基于机器视觉的起重机，包括起重机大车、工控机、PLC控制器，所述起重机大车的前端安装有大车变频器，所述起重机大车的下端设置有滑轨，所述滑轨的下端安装有起重机小车，所述起重机小车的前端设置有小车变频器，所述小车变频器的下端设置有相机，所述小车变频器的下端相机的外侧设置有钢丝绳，所述钢丝绳的下端连接有起重机吊具，所述起重机吊具的上端外表面钢丝绳的内侧设置有标记板。
优选的，所述大车变频器的后端外表面与起重机大车的前端外表面固定连接，所述滑轨的上端外表面与起重机大车的下端外表面固定连接。
优选的，所述滑轨为不锈钢材料，所述起重机小车的上端与滑轨的下端活动连接，所述起重机小车通过滑轨与起重机大车活动连接。
优选的，所述小车变频器的输入端口与PLC控制器的输出端口电性连接，所述小车变频器的后端外表面与起重机小车的前端外表面固定连接。
优选的，所述相机的上端与起重机小车的下端固定连接，所述工控机的输入端口与相机的输出端口电性连接，所述相机位于起重机小车下端的中心位置。
优选的，所述钢丝绳的上端与起重机小车的下端固定连接，所述钢丝绳的数量为四组，且钢丝绳呈矩形阵列排布。
优选的，所述大车变频器的输入端口与PLC控制器的输出端口电性连接，所述所述钢丝绳的下端与起重机吊具的上端外表面固定连接。
优选的，所述钢丝绳的下端外表面与起重机吊具的上端外表面固定连接，所述标记板为高亮板制成，所述标记板的上端外表面刻有三角形图案，所述PLC控制器的输入端口与工控机的输出端口电性连接。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于机器视觉的起重机防摇方法，具备以下有益效果：
1、该基于机器视觉的起重机吊具防摇方法，通过相机可以对标记板进行拍摄，拍摄的图像传输至工控机，工控机采用机器视觉算法对起重机吊具摇摆姿势进行实时获取，包括起重机吊具的偏移量、旋转角、加速度等信息，通过无线传输模式将所得到的起重机吊具摇摆姿态参量发送至PLC控制器，由PLC控制器对大车变频器与小车变频器进行控制，进而使大车变频器与小车变频器分别控制起重机大车与起重机小车行走对起重机吊具进行消摆，可以对起重机吊具进行快速消摆，减小起重机吊具摇摆对起重机大车、起重机小车造成的负载，增加起重机大车、起重机小车的使用寿命，且防止起重机吊具摇摆过程中跳槽引发的安全事故，使用比较安全，另外，起重机吊具可以快速停摆，能提高起重机的工作效率。
附图说明
图1为本发明工作流程图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的工作原理图。
图中：1、起重机大车；2、大车变频器；3、滑轨；4、起重机小车；5、小车变频器；6、相机；7、钢丝绳；8、起重机吊具；9、标记板；10、工控机；11、PLC控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种基于机器视觉的起重机防摇方法，包括安装相机与标定板—通过视觉算法获取吊具的摆动角与姿态信息—判断吊具的摆动角度是否等于零—确定大车、小车的移动方向与加速度—变频器控制大车、小车行走消摆—判断吊具的摆动角度是否等于零—程序结束步骤，具体步骤如下：
S1、在起重机吊具上预先安装标记板，在起重机小车下方安装相机，将相机的输出信号与工控机连接；
S2、通过算法对相机拍摄的标记板图案进行分析，得到吊具的实时偏移量，并转换得到吊具的摆动角度与加速度，跳转执行步骤S3；
S3、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果等于零则跳转执行步骤S7，若不为零跳转执行步骤S4；
S4、根据吊具的实时摆动角度确定小车、小车的移动方向与加速度，跳转执行步骤S5；
S5、将起重机大车与小车的启动时间、移动方向和加速度信息输出给变频器，实现大车与小车的移动进行消摆，跳转执行步骤S6；
S6、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果是则跳转执行步骤S7，若为否则跳转执行步骤S4；
S7、程序结束。
一种基于机器视觉的起重机，包括起重机大车1、工控机10、PLC控制器11，起重机大车1的前端安装有大车变频器2，起重机大车1的下端设置有滑轨3，滑轨3的下端安装有起重机小车4，起重机小车4的前端设置有小车变频器5，小车变频器5的下端设置有相机6，小车变频器5的下端相机6的外侧设置有钢丝绳7，钢丝绳7的下端连接有起重机吊具8，起重机吊具8的上端外表面钢丝绳7的内侧设置有标记板9。
大车变频器2的后端外表面与起重机大车1的前端外表面固定连接，滑轨3的上端外表面与起重机大车1的下端外表面固定连接。
滑轨3为不锈钢材料，起重机小车4的上端与滑轨3的下端活动连接，起重机小车4通过滑轨3与起重机大车1活动连接。
优选的，小车变频器5的输入端口与PLC控制器11的输出端口电性连接，小车变频器5的后端外表面与起重机小车4的前端外表面固定连接。
相机6的上端与起重机小车4的下端固定连接，工控机10的输入端口与相机6的输出端口电性连接，相机6位于起重机小车4下端的中心位置。
钢丝绳7的上端与起重机小车4的下端固定连接，钢丝绳7的数量为四组，且钢丝绳7呈矩形阵列排布。
大车变频器2的输入端口与PLC控制器11的输出端口电性连接，钢丝绳7的下端与起重机吊具8的上端外表面固定连接。
钢丝绳7的下端外表面与起重机吊具8的上端外表面固定连接，标记板9为高亮板制成，标记板9的上端外表面刻有三角形图案，PLC控制器11的输入端口与工控机10的输出端口电性连接。
工作时，使用者将相机6安装在起重机小车4的下端，且将标记板9固定在起重机吊具8的上端，通过钢丝绳7将标记板9固定在起重机小车4的下端，在起重机吊运完成后，相机6(型号为：EP16WTLMIR)可以对标记板9进行拍摄，拍摄的图像传输至工控机10(型号为：SPC—STW—1810)，工控机10采用机器视觉算法对起重机吊具8摇摆姿势进行实时获取，通过无线传输模式将所得到的起重机吊具8摇摆姿态参量发送至PLC控制器11，由PLC控制器11对大车变频器2与小车变频器5进行控制，进而使大车变频器2与小车变频器5分别控制起重机大车1与起重机小车4行走对起重机吊具8进行消摆，可以对起重机吊具8进行快速消摆。
综上，通过相机6可以对标记板9进行拍摄，拍摄的图像传输至工控机10，工控机10采用机器视觉算法对起重机吊具8摇摆姿势进行实时获取，包括起重机吊具8的偏移量、旋转角、加速度等信息，通过无线传输模式将所得到的起重机吊具8摇摆姿态参量发送至PLC控制器11，由PLC控制器11对大车变频器2与小车变频器5进行控制，进而使大车变频器2与小车变频器5分别控制起重机大车1与起重机小车4行走对起重机吊具8进行消摆，可以对起重机吊具8进行快速消摆，减小起重机吊具8摇摆对起重机大车1、起重机小车4造成的负载，增加起重机大车1、起重机小车4的使用寿命，且防止起重机吊具8摇摆过程中跳槽引发的安全事故，使用比较安全，另外，起重机吊具8可以快速停摆，能提高起重机的工作效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的起重机防摇方法，包括安装相机与标定板—通过视觉算法获取吊具的摆动角与姿态信息—判断吊具的摆动角度是否等于零—确定大车、小车的移动方向与加速度—变频器控制大车、小车行走消摆—判断吊具的摆动角度是否等于零—程序结束步骤，具体步骤如下：
S1、在起重机吊具上预先安装标记板，在起重机小车下方安装相机，将相机的输出信号与工控机连接；
S2、通过算法对相机拍摄的标记板图案进行分析，得到吊具的实时偏移量，并转换得到吊具的摆动角度与加速度，跳转执行步骤S3；
S3、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果等于零则跳转执行步骤S7，若不为零跳转执行步骤S4；
S4、根据吊具的实时摆动角度确定小车、小车的移动方向与加速度，跳转执行步骤S5；
S5、将起重机大车与小车的启动时间、移动方向和加速度信息输出给变频器，实现大车与小车的移动进行消摆，跳转执行步骤S6；
S6、判断吊具的摆动角度是否等于零，如果是则跳转执行步骤S7，若为否则跳转执行步骤S4；
S7、程序结束。
2.一种基于机器视觉的起重机，包括起重机大车(1)、工控机(10)、PLC控制器(11)，其特征在于：所述起重机大车(1)的前端安装有大车变频器(2)，所述起重机大车(1)的下端设置有滑轨(3)，所述滑轨(3)的下端安装有起重机小车(4)，所述起重机小车(4)的前端设置有小车变频器(5)，所述小车变频器(5)的下端设置有相机(6)，所述小车变频器(5)的下端相机(6)的外侧设置有钢丝绳(7)，所述钢丝绳(7)的下端连接有起重机吊具(8)，所述起重机吊具(8)的上端外表面钢丝绳(7)的内侧设置有标记板(9)。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述大车变频器(2)的后端外表面与起重机大车(1)的前端外表面固定连接，所述滑轨(3)的上端外表面与起重机大车(1)的下端外表面固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述滑轨(3)为不锈钢材料，所述起重机小车(4)的上端与滑轨(3)的下端活动连接，所述起重机小车(4)通过滑轨(3)与起重机大车(1)活动连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述小车变频器(5)的输入端口与PLC控制器(11)的输出端口电性连接，所述小车变频器(5)的后端外表面与起重机小车(4)的前端外表面固定连接。
6.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述相机(6)的上端与起重机小车(4)的下端固定连接，所述工控机(10)的输入端口与相机(6)的输出端口电性连接，所述相机(6)位于起重机小车(4)下端的中心位置。
7.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述钢丝绳(7)的上端与起重机小车(4)的下端固定连接，所述钢丝绳(7)的数量为四组，且钢丝绳(7)呈矩形阵列排布。
8.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述大车变频器(2)的输入端口与PLC控制器(11)的输出端口电性连接，所述所述钢丝绳(7)的下端与起重机吊具(8)的上端外表面固定连接。
9.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的起重机，其特征在于：所述钢丝绳(7)的下端外表面与起重机吊具(8)的上端外表面固定连接，所述标记板(9)为高亮板制成，所述标记板(9)的上端外表面刻有三角形图案，所述PLC控制器(11)的输入端口与工控机(10)的输出端口电性连接。
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