CN111422739A - 一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法 - Google Patents

一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，包括：驱动单元模块和被控对象模块，驱动单元模块用于控制桥式起重机运行，主要有工业计算机系统，数据处理模块，可编程控制器，变频器，运动电机，GPS定位模块，工业相机，编码器，GPS定位模块置于大车上，工业相机置于小车上，用于检测桥式起重机运动中的位置与摆幅；并把位置信号和角度信号传输给工业计算机系统，根据处理完成得到的速度控制变频器实现防摇摆功能。本发明能够实时获取起重机位置及吊具状态，同时提高起重机的工作效率、保证生产安全、并且可以极大改善工作人员的工作环境，适用性强，适用范围广。

Description

一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法
技术领域
本发明涉及桥式起重机工业领域，特别涉及一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法。
背景技术
随着自动化程度的日益提高，桥式起重机已经从单一的搬运机械工具逐渐变成自动化、柔性化生产过程中重要的组成部分，其运行速度和起升高度都得到大力提升。长期以来，起重机负载摆动问题一直都是影响起重机快速装运的一大难题。目前，对于大多数起重机，操作工人往往需要根据经验，手动遥控来达到抑制起重机的摆动问题。在这一过程中，工作人员需要对起重机的起升、运行进行反复操作，容易使人疲劳，极大地影响生产效率，并造成安全隐患，因此，急需一种工作精度高、工作稳定且效率高的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种工作精度高、工作稳定且效率高的一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法。
为解决上述问题，本发明提供一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，包括：驱动单元模块，被控对象模块；所述被控对象模块包括大车、小车，用于模块进行水平以及垂直的运动；所述驱动单元模块用于控制桥式起重机运行，包括工业计算机系统，数据处理模块，可编程控制器，变频器，运动电机，GPS定位模块，工业相机，编码器；所述GPS定位模块置于大车上，工业相机置于小车上，用于检测桥式起重机运动中的位置与倾角，并把位置信号和角度信号传输给工业计算机系统，进行高速处理得到的一维数据传输给数据处理模块，进而根据目标控制指令控制变频器实现防摇摆功能。
本发明的有益效果是，通过此方法，可以保证能够在桥式起重机作业时实现载物无大摆扭运动，运行稳定安全。从而提高桥式起重机的工作效率，保证生产安全，并且可以改善工作人员的工作环境，降低劳动强度，并且通过工业计算机系统的双模式适用于室内干扰因素小与室外扰动因素大的场合，可靠性强，实用性强。
进一步的，所述数据处理模块作为可编程控制器的子模块通过工业总线连接；工业计算机系统通过工业以太网与数据处理模块通讯；通过工业总线与可编程控制器实现数据交互。
进一步的，所述的可编程控制器通过工业以太网与变频器及编码器完成通讯。
进一步的，所述工业计算机系统分为手动模式与自动模式，手动模式通过起重机手柄操作，自动模式通过工业计算机系统的人机交互界面设置运动距离和目标位置。
进一步的，所述工业计算机系统设置为手动模式时，由起重机手柄操作控制起重机运动至目标位置，控制信号发送至数据处理模块，同时根据所述工业相机实时拍摄的吊具图像信息，做机器视觉技术处理和GPS定位模块数据获取，得到当前所述桥式起重机位置和摆角值，输出至所述的数据处理模块进一步得出速度的补偿量，通过工业以太网发送至可编程控制器，从而实时调整变频器的数据实现手动操作起重机的防摇功能。
进一步的，所述工业计算机设置为自动模式时，控制信号从工业计算机设置后发送至可编程控制器，从而控制变频器调速，大车上的GPS定位模块与小车上的工业相机检测吊具的摆角及速度，摆角与速度信号通过工业以太网发送给所述数据处理模块。通过数据处理模块根据先进控制算法对当前时刻及历史时刻数据不断调校，得到最优防摇速度。通过工业以太网发送至可编程控制器，从而实时调整变频器的参数实现起重机的防摇。
进一步的，所述工业计算机设置目标位置与运行距离完全根据起重机工作实际场景做出合理设置，避免安全事故的发生。
进一步的，所述小车设置工业相机实时获取吊具图像信息，所述图像信息包括吊具的摆角，摆幅及摆动周期，并将采集到的图像信息传输至工业计算机系统；所述的工业计算机采用机器视觉处理方法。通过此机器视觉处理方法，在精度上高于一般传感器，更有效地提高计算精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法的设备布局图；
图2是本发明一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法的流程示意图；
图3是本发明一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法的基于微分跟踪器的仿真结果图；
图4是本发明一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法的仿真结果吊具摆角图。
图中数字所表示的相应的部件名称:
1、小车位移距离线；2、速度曲线；3、吊具摆角曲线；
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
本发明要解决的问题在于提供一种工作精度高、工作稳定且效率高的一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法。
如图1、图2所示，为解决上述问题，本发明提供一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，包括：驱动单元模块，被控对象模块；所述被控对象模块包括大车、小车，用于模块进行水平以及垂直的运动；所述驱动单元模块用于控制桥式起重机运行，包括工业计算机系统，数据处理模块，可编程控制器，变频器，运动电机，GPS定位模块，工业相机，编码器；所述GPS定位模块置于大车上，工业相机置于小车上，用于检测桥式起重机运动中的位置与倾角，并把位置信号和角度信号传输给工业计算机系统，进行高速处理得到的一维数据传输给数据处理模块，进而根据目标控制指令控制变频器实现防摇摆功能。
本发明的有益效果是，通过此方法，可以保证能够在桥式起重机作业时实现载物无大摆扭运动，运行稳定安全。从而提高桥式起重机的工作效率，保证生产安全，并且可以改善工作人员的工作环境，降低劳动强度，并且通过工业计算机系统的双模式适用于室内干扰因素小与室外扰动因素大的场合，可靠性强，实用性强。
进一步的，所述数据处理模块作为可编程控制器的子模块通过工业总线连接；工业计算机系统通过工业以太网与数据处理模块通讯；通过工业总线与可编程控制器实现数据交互。
进一步的，所述可编程控制器通过工业以太网与变频器及编码器完成通讯。
进一步的，所述工业计算机系统分为手动模式与自动模式，手动模式通过起重机手柄操作，自动模式通过工业计算机系统的人机交互界面设置运动距离和目标位置。
进一步的，所述工业计算机系统设置为手动模式时，由起重机手柄操作控制起重机运动至目标位置，控制信号发送至数据处理模块，同时根据所述工业相机实时拍摄的吊具图像信息，做机器视觉技术处理和GPS定位模块数据获取，得到当前所述桥式起重机位置和摆角值，输出至所述的数据处理模块进一步得出速度的补偿量，通过工业以太网发送至可编程控制器，从而实时调整变频器的数据实现手动操作起重机的防摇功能。
进一步的，所述工业计算机设置为自动模式时，控制信号从工业计算机设置后发送至可编程控制器，从而控制变频器调速，大车上的GPS定位模块与小车上的工业相机检测吊具的摆角及速度，摆角与速度信号通过工业以太网发送给所述数据处理模块。通过数据处理模块根据先进控制算法对当前时刻及历史时刻数据不断调校，得到最优防摇速度。通过工业以太网发送至可编程控制器，从而实时调整变频器的参数实现起重机的防摇。
进一步的，所述工业计算机设置目标位置与运行距离完全根据起重机工作实际场景做出合理设置，避免安全事故的发生。
进一步的，所述的小车设置工业相机实时获取吊具图像信息，所述图像信息包括吊具的摆角，摆幅及摆动周期，并将采集到的图像信息传输至工业计算机系统；所述的工业计算机采用机器视觉处理方法。通过此机器视觉处理方法，在精度上高于一般传感器，更有效地提高计算精度。
在实际操作中，当电子防摇系统开启后，工业计算机系统可获得由工业照相机传输的吊具图像数据和GPS定位模块的位置数据，即获得当前所述桥式起重机吊具位置坐标数据。可以切换手/自动模式开关，同时控制大小车的运动速度和方向以及目标距离。
在实际操作中，数据处理模块以ARM高速处理芯片为核心采集位置和吊具摆角数据输入先进算法模型进行计算，可以根据具体起重机工作环境复杂程度，所述的数据处理模块还可以是TI、STM等公司芯片，根据实际情况进行修改即。
在实际操作中，电子防摇系统中工业计算机系统对采集到的吊具图像信息和位置信息做预处理，数据处理模块和可编程控制器用于进一步计算吊具偏移角度，采集大车和小车所在位置坐标及运动速度。
在实际操作中，驱动单元内还包括与所述大车电机连接的大车变频器，与所述小车电机连接的小车变频器，还包括与大车连接的大车电机、与小车连接的小车电机。大车电机主要用于水平运动，小车电机用于竖直运动；大车变频器控制大车电机转速，进而控制起重机水平运动的速度，小车变频器控制小车电机转速，进而控制起重机竖直运动的速度。
在实际操作中，数据处理模块作为可编程控制器一个子模块集成于控制系统中，且数据处理模块通过进一步计算后将所述数据传输至可编程控制器中。本发明实施方式中，通过工业以太网传输给可编程控制器，可以理解的是，根据不同的网络环境和需求情况，所述传输设备还可以为网络模块OPC,I/0口等结构。
如图3、图4所示，在实际操作中，桥式起重机大车上设有位置传感器，采用的是GPS定位模块实时获取所述桥式起重机所处坐标数据，通过工业以太网发送至工业计算机系统预处理后，传输至数据处理模块计算；工业相机置于小车上，通过工业以太网实时接收吊具摆角数据。工业计算机系统接收到位置传感器传输回来数据后，对高精度数据进行预处理后，传输至数据处理模块计算，根据当前吊具摆角偏差值和大小车速度值，计算出当前桥式起重机电子防摇的速度补偿值，并将输出速度信号通过可编程控制器传输给大小车变频器。变频器根据指令控制电机转速，达到控制大小车运动速度，实现防摇效果。
在实际操作中，切换手动模式后，工业计算机系统所设置的值由手动代替，防摇功能同上述实现方式一致。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，包括：驱动单元模块，被控对象模块；所述被控对象模块包括大车、小车，用于模块进行水平以及垂直的运动；所述驱动单元模块用于控制桥式起重机运行，包括工业计算机系统，数据处理模块，可编程控制器，变频器，运动电机，GPS定位模块，工业相机，编码器；所述GPS定位模块置于大车上，工业相机置于小车上，用于检测桥式起重机运动中的位置与倾角，并把位置信号和角度信号传输给工业计算机系统，进行高速处理得到的一维数据传输给数据处理模块，进而根据目标控制指令控制变频器实现防摇摆功能。
2.根据权利要求1所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述数据处理模块作为可编程控制器的子模块通过工业总线连接；工业计算机系统通过工业以太网与数据处理模块通讯；通过工业总线与可编程控制器实现数据交互。
3.根据权利要求2所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述可编程控制器通过工业以太网与变频器及编码器完成通讯。
4.根据权利要求1所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述工业计算机系统分为手动模式与自动模式，手动模式通过起重机手柄操作，自动模式通过工业计算机系统的人机交互界面设置运动距离和目标位置。
5.根据权利要求4所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述工业计算机系统设置为手动模式时，由起重机手柄操作控制起重机运动至目标位置，控制信号发送至数据处理模块，同时根据所述工业相机实时拍摄的吊具图像信息，做机器视觉技术处理和GPS定位模块数据获取，得到当前所述桥式起重机位置和摆角值，输出至所述的数据处理模块进一步得出速度的补偿量，通过工业以太网发送至可编程控制器，从而实时调整变频器的数据实现手动操作起重机的防摇功能。
6.根据权利要求4所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述工业计算机设置为自动模式时，控制信号从工业计算机设置后发送至可编程控制器，从而控制变频器调速，大车上的GPS定位模块与小车上的工业相机检测吊具的摆角及速度，摆角与速度信号通过工业以太网发送给所述数据处理模块。
7.根据权利要求6所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述工业计算机设置目标位置与运行距离完全根据起重机工作实际场景做出合理设置，避免安全事故的发生。
8.根据权利要求6所述的基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法，其特征在于，所述小车设置工业相机实时获取吊具图像信息，所述的图像信息包括吊具的摆角，摆幅及摆动周期，并将采集到的图像信息传输至工业计算机系统；所述工业计算机系统采用机器视觉处理方法。
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