CN113716467B - 基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置及其方法，其中图像获取设备获取位于吊钩附近的待吊运物料图像，物料类型识别模块对图像进行分析识别出待吊运物料包含的待吊运件种类和数量，挂接部规格识别模块基于待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数，下夹具控制模块在识别出挂接部后控制吊钩上的与挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持，上夹具控制模块在依据夹持力判断出下夹具夹紧到位后控制吊钩上的与挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至夹持段并与下夹具形成对夹持段的抱合。该装置在吊钩上设置能对多种型号挂接部进行夹持的多种夹具，使吊钩能同时兼顾多种型号挂接部的夹紧需求。

Description

基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置及其方法

技术领域

本申请涉及塔吊控制技术领域，特别涉及基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置及其方法。

背景技术

塔吊，又称塔式起重机，是建筑工地上常用的一种起重设备，作用是吊运施工所需的钢筋、木楞、混凝土、钢管等建材物料。在塔吊的机械结构中，实际对物料进行起吊的执行机构是吊钩，在每次对物料进行吊运之前，吊钩先受滑轮控制下降到物料的上方附近，物料已经被打包成一个整体并以挂接部（例如钢索）作为与吊钩套接的媒介，并且挂接部会在物料上方形成一个提拉部分，该提拉部分会被搭放到吊钩的内侧钩状表面上，然后吊钩受滑轮控制起升，挂接部的提拉部分绷紧并带动物料离地上升。

目前，在物料吊运的过程中，物料自身可能会发生晃动导致挂接部的提拉部分在吊钩上出现滑动，例如在起吊时由于物料的重心与吊钩的重心不在同一对地竖线上，导致物料在离地的瞬间会产生单摆运动，又例如在平稳起升过程中物料受到风力气流影响而产生晃动，这都会使得挂接部与吊钩发生相对滑动。因此，现有技术提供了一些针对挂接部的夹具，在吊运时通过夹具将挂接部的提拉部分进行夹紧来避免其与吊钩发生相对滑动。

然而，被吊运物料的重量是有重有轻的，对于钢结构等重量较重的建材和对于装饰材料等重量较轻的建材，其使用的挂接部类型是不同的，以满足对不同物料的强度需求，而吊钩上的夹具却只能适应对单一类型的挂接部进行夹紧，这使得无论对何种类型的挂接部都只能使用同一种夹具进行夹紧，无法兼顾多种类型挂接部的夹紧需求，降低了夹具的夹紧效果。

发明内容

基于此，为了兼顾多种类型的挂接部的夹紧需求，提高了夹具的夹紧效果，本申请公开了以下技术方案。

一方面，提供了一种基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置，包括：

图像获取设备，用于获取位于吊钩附近的待吊运物料图像；

物料类型识别模块，用于对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量；

挂接部规格识别模块，用于基于所述待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数；

下夹具控制模块，用于对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持；

上夹具控制模块，用于获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

在一种可能的实施方式中，所述物料类型识别模块包括：

二值图像获取单元，用于获取所述图像的二值图像；

表征图像获取单元，用于基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像；

表征向量获取单元，用于获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量；

吊运件种类识别单元，用于基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

在一种可能的实施方式中，所述表征图像获取单元通过以下步骤得到待吊运物料的核心框架表征图像：

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点；

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点；

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点；

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像；

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个；

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次；

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点；

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

在一种可能的实施方式中，所述表征向量获取单元通过以下步骤获取所述核心框架表征图像的表征点并基于所述表征点得到表征向量：

利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点；

获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算所述中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

在一种可能的实施方式中，所述下夹具控制模块包括：

第一到位控制单元，用于接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力；

所述上夹具控制模块包括：

第二到位控制单元，用于接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

另一方面，还提供了一种基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换方法，包括：

获取位于吊钩附近的待吊运物料图像；

对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量；

基于所述待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数；

对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持；

获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

在一种可能的实施方式中，所述对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量，包括：

获取所述图像的二值图像；

基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像；

获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量；

基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像，包括：

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点；

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点；

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点；

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像；

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个；

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次；

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点；

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

在一种可能的实施方式中，所述获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量，包括：

利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点；

获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算所述中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

在一种可能的实施方式中，所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持，包括：

接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力；

所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合，包括：

接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

本申请公开的基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置及其方法，通过对待吊运的建材物料图像进行分析识别，借由物料图像来识别出物料配备的挂接部型号，避免了通过挂接部图像进行挂接部型号识别时，挂接部型号间差距很小难以分辨导致识别错误的情况，并且在吊钩上设置能够对多种型号的挂接部进行夹持的多种夹具，通过对挂接部型号的识别来控制相应的夹具执行夹持动作，使得一个吊钩能够同时兼顾多种型号挂接部的夹紧需求，提高了夹具的实用性和对于不同重量物料的适用范围。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。

图1是本申请公开的基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置实施例的结构框图。

图2是吊钩及夹具的结构示意图。

图3是钢索套入吊钩并被下夹具夹紧的结构示意图。

图4是上夹具配合下夹具共同对钢索进行夹紧的结构示意图。

图5是图4在另一视角下的示意图。

图6是3*13竖线的核心框架表征图获取过程。

图7是工字钢的核心框架表征图获取过程。

图8是本申请公开的基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换方法实施例的流程示意图。

附图标记：

下夹具移动区域100，平面110；

吊钩200；

第一下夹具310，第二下夹具320，左夹持组件321，右夹持组件322；

钢索400，夹持段410；

第一上夹具510，第二上夹具520。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

下面参考图1-图7详细描述本申请公开的基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置实施例。如图1所示，本实施例公开的夹具自动切换装置主要包括有图像获取设备、物料类型识别模块、挂接部规格识别模块、下夹具控制模块和上夹具控制模块。

图像获取设备用于获取位于吊钩附近的待吊运物料图像。

假设当前存在一些物料需要进行吊运，物料被钢索捆绑住，并且钢索自身的一部分作为挂接部形成需要与挂钩挂接的提拉部分；或者物料被放置或固定在木制托盘或金属托盘上，托盘可以是一个由筋交错形成的结构，其四角处可以设置有连接环，钢索在打包时会穿过连接环形成与托盘的连接，同时钢索自身的一部分也会作为挂接部形成需要与挂钩挂接的提拉部分。

当塔吊需要对已经打包完成的建材物料进行吊运时，塔吊先通过控制起重臂转动、控制变幅小车移动和控制滑轮将吊钩下降到待吊运物料附近，此时夹具自动切换装置可以控制图像获取设备对吊钩下方的物料进行图像采集，由于物料是直接被钢索捆绑或被托盘承载的，而不是采用集装箱等封闭式打包的，因此物料的形态能够从外部观测到，由此来得到物料图像。由于吊具的挂接部可能只负责为打包后的整体提供一个套接媒介而不负责物料的打包捆绑固定，并且挂接部（例如采用钢索或套环时）的粗细差别很小难以通过图像进行检测，因此采用物料图像作为挂接部识别的依据。

图像获取设备可以采用摄像头，并且直接安装在吊钩上，例如安装在吊钩侧面的平面上，或者安装在吊钩侧面的外弧面上。

对每批物料的吊运，吊钩都可以是下降到与物料之间的一个固定的相对位置处进行物料的采集，例如无论物料在地面的何处位置，吊钩每次都停在物料一侧或上方的一定距离处，以便于每次采集到的图像中均能包含当前批次的所有物料内容并且每次物料在图像中的视角基本不变。

物料类型识别模块用于对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量。

图像获取设备获取到物料图像后，对图像进行处理和分析，例如可以将图像进行预处理和图像分割后得到一个或多个前景图像，然后将前景图像输入预先训练好的神经网络，从前景图像中识别出物料图像，进而识别出物料的种类和数量，例如识别出本批次要吊运的物料是矩阵式排列好的工字钢。

挂接部规格识别模块用于基于所述待吊运件种类和数量识别出吊运所需挂接部的规格参数。

识别出待吊运件种类和数量之后，即可知道待吊运物料的总重量，以工字钢物料为例，识别出工字钢种类后，以种类工字钢的单件重量乘以数量得到当前批次物料的总重。对于不同总重的物料来说，满足该物料的吊运要求的挂接部是不同的，由于多件工字钢相对较重，因此多件工字钢在用挂接部进行打包和捆绑时，需要使用托盘进行承载，并且使用的挂接部必然是能够满足该多件工字钢的规格型号，例如采用承载能力较强的钢索，而钢索规格型号的参数包括了股数、每股包含的钢丝数、直径、抗拉强度、捻向等，这其中包含了挂接部直径，也就是说，对于多件工字钢来说，吊运需要使用直径相对较粗的挂接部，才能满足包括抗拉强度在内的吊运强度需求。

下夹具控制模块用于对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部套接于吊钩的夹持段进行夹持。

下夹具移动区域指的是下夹具的移动路径在吊钩上覆盖的空间范围，吊钩上会设有多个下夹具，用于匹配不同规格参数的挂接部。如图2所示，吊钩200上设有两个下夹具，分别为第一下夹具310和第二下夹具320，而该两种下夹具在进行夹持时，均需要先进行移动并到达一定位置以实现对挂接部的夹持，而该移动的空间范围就是下夹具移动区域100。各下夹具的下夹具移动区域100相同，均为吊钩200的安装下夹具的表面上方一定区域。

在挂接部套进吊钩200并位于下夹具移动区域100内时，此时下夹具控制模块可以通过安装在吊钩200上的朝向下夹具移动区域100的接近开关来检测下夹具移动区域100内是否存在挂接部；或者通过安装在平面110上的压力传感器检测挂接部是否位于下夹具移动区域100内，平面110为下夹具移动区域100在吊钩上的投影所在的钩状内侧表面中的其中一个平面状表面，若检测到平面110受到压力，说明挂接部已经套接到了吊钩200上，也就是位于下夹具移动区域100内；或者通过安装在吊钩200上的摄像头以图像识别的方式判断下夹具移动区域100内是否存在挂接部。

在识别出下夹具移动区域100内存在挂接部时，从各下夹具中选出匹配该挂接部的下夹具，并控制其对挂接部进行夹紧。具体的，假设待吊运件为单独的一根工字钢，如图3所示，对该工字钢打包的挂接部采用的是直径相对较细但能够满足吊运需求的钢索400，而钢索400的直径为D1，第二下夹具320的夹持面具直径为D1的弧度，与钢索400的外形匹配，因此选择与D1相匹配的第二下夹具320。

当钢索400位于下夹具移动区域100内时，位于该区域100内的部分即属于挂接部的套接于吊钩的夹持段410，其可能位于移动区域100的任一位置处。在进行第一侧夹紧时，控制第二下夹具320朝向挂接部移动，将夹持段410的第一侧夹紧，此时夹持段410会受第二下夹具320的夹持而从原先所处任意位置移动至一个设定的位置，也就是每个直径为D1的挂接部在被夹持时均会处于的位置，也就是图3中夹持段410的位置。

上夹具控制模块用于获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

每个下夹具的夹持面上可设置有压力传感器，当夹紧挂接部时，压力传感器会有数据反馈，反馈的数据能够反映出夹持力的大小，当夹持力满足设定要求时，说明下夹具已经夹紧到位，挂接部的夹持段410也已经处于设定位置，此时上夹具控制模块控制安装于吊钩的位于下夹具移动区域100上方的上夹具向下移动，使得上夹具能够与下夹具相配合，共同对挂接部进行固定。

吊钩上同样会设有多个上夹具，并同样用于匹配不同规格参数的挂接部。如图2所示，吊钩200上设有两个上夹具，分别为第一上夹具510和第二上夹具520，其中第二上夹具520的夹持面具直径为D1的弧度，与钢索400的外形匹配，因此选择与D1相匹配的第二下夹具320，也就是说，第二上夹具520与第二下夹具—320配合使用。如图4和图5所示，在选择出第二上夹具520后，控制第二上夹具520移动至钢索400的夹持段410处，使第二上夹具520的夹持面与第二下夹具320的夹持面共同形成一个与钢索400的直径适配的柱状侧壁，利用该柱状侧壁实现对钢索400的夹持段410的抱合。

本实施例通过对待吊运的建材物料图像进行分析识别，借由物料图像来识别出物料配备的挂接部型号，避免了通过挂接部图像进行挂接部型号识别时，挂接部型号间差距很小难以分辨导致识别错误的情况，并且在吊钩上设置能够对多种型号的挂接部进行夹持的多种夹具，通过对挂接部型号的识别来控制相应的夹具执行夹持动作，使得一个吊钩能够同时兼顾多种型号挂接部的夹紧需求，提高了夹具的实用性和对于不同重量物料的适用范围。

在一种实施方式中，所述物料类型识别模块包括：二值图像获取单元、表征图像获取单元、表征向量获取单元和吊运件种类识别单元。

二值图像获取单元用于获取所述图像的二值图像。

在图像获取设备采集到待吊运物料图像后，通过对待吊运物料图像进行二值化等操作，得到只包含待吊运物料内容的二值图像，其中，由于经过了二值化处理，因此待吊运物料内容的关键部分为黑色像素点，非关键部分为白色像素点。以工字钢为例，工字钢的关键部分在侧面的工字形截面，因此图像获取设备采集到的图像为包含该工字形截面的图像，而通过调节二值化阈值使得得到的二值图像中工字形截面为黑色，与工字钢不相关的背景部分以及工字钢的其他侧表面为白色。可以理解的是，还可以在二值化操作之前先对待吊运物料图像进行图像分割，得到只包含待吊运物料内容的图像，然后再进行二值化。

表征图像获取单元用于基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像。

核心框架表征图像包含待吊运物料的核心框架线，核心框架线为待吊运物料的近似形态框架。

表征向量获取单元用于获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量。

核心框架线上包含有表征待吊运物料形态特征的表征点，通过表征点得到反映待吊运物料形态特征的多维表征向量。

吊运件种类识别单元用于基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

可以将得到的多维表征向量与对应于各种待吊运物料的模板向量依次进行相似度计算，并将算出的相似度值最高的模板向量所对应的待吊运件种类和数量作为本次待吊运物料的种类和数量。

在一种实施方式中，所述表征图像获取单元通过以下步骤A1至A4得到核心框架表征图像。

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点。

以工字钢为例，二值图像中的黑色像素点为工字钢截面区域，也就是黑色的工字形图像，这些黑色像素点均为待处理像素点。

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点。

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个。

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次。

在(a)项中，邻域像素点指的是一个像素点周围的八个相邻像素点，(a)项筛选出邻域像素点数量大于等于2且小于等于6的待处理像素点。在(b)项中，可以以顺时针或逆时针的次序依次获取像素变化情况，从正上方的第一邻域像素点开始，直到返回第一邻域像素点，八个邻域像素点之间共计得到八个像素变化情况，(b)项筛选出像素值从0变为1存在仅存在一次的情况。同时满足(a)和(b)项的待处理像素点即为候选像素点。

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点。

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点。

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

对(c)项和(d)项是先共同识别出第一和第二像素点，然后共同删除掉，然后再进行下一次的识别和删除。

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像。

每经过一次第一和第二像素点的删除，二值图像就会变小一些，核心框架也愈加明显，直至图像中不存在符合删除条件(a)至(d)的像素点，则此时得到的最终的核心框架表征图。

如图6所示，以一个黑色像素区域的尺寸为3*13的竖线为例，图中Pa1状态为原始的二值图像，Pa2状态为经过一次步骤A2和A3后筛选出的第一和第二像素点，其中标号为1的像素点为第一像素点，标号为2的像素点为第二像素点，将第一和第二像素点删除后得到Pa3状态，Pa3就是Pa1的核心框架表征图，也就是说，Pa1只经过一次筛选和删除后就得到了核心框架表征图。

具体到工字钢，如图7所示，图中Pb1状态为工字钢的原始二值图像，Pb2状态为经过第一次步骤A2和A3后筛选出的第一和第二像素点，其中标号为1的像素点为第一像素点，标号为2的像素点为第二像素点，将第一和第二像素点删除后得到Pb3状态，然后对Pb3状态进行筛选判断后发现还存在符合删除条件的像素点，也就是Pb3状态中标号为1和2的第一、第二像素点，经第二次删除后，得到Pb4状态，Pb4就是Pb1的核心框架表征图，也就是说，Pb1经过两次筛选和删除后就得到了核心框架表征图。

在一种实施方式中，所述表征向量获取单元通过以下步骤B1和步骤B2获取所述核心框架表征图像的表征点并基于所述表征点得到表征向量。

步骤B1，利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点。

滑窗可以为一个尺寸为3*3的像素框，继续以图7为例，图7中得到的核心框架表征图（Pb4）中，核心框架的尺寸为13*17，加上上下左右四个方向的预留一个像素的空白，共计尺寸为15*19，则以3*3的滑窗进行步长为1的遍历，则会截取出(15-3+1)*(19-3+1)=221个像素框。对该221个像素框进行表征点判断，确定出表征点。

以3*3像素框为例，其中，若像素框的中心位置为黑色像素点，且该黑色像素点只包含一个黑色邻域像素点，则该中心位置的黑色像素点为端部像素点；若像素框的中心位置为黑色像素点，且该黑色像素点只包含两个不相邻的黑色邻域像素点，则该中心位置的黑色像素点为角部像素点；若位于像素框中心位置处的像素点（黑白均可），具有三个及以上不相邻的黑色邻域像素点，则该中心位置像素点为汇合像素点。因此，图7中的Pb4中包含四个端部像素点和两个汇合像素点，共计六个表征点。

步骤B2，获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算所述中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

六个表征点形成一个表征点集合，该集合存在一个中心坐标，中心坐标可以通过以下公式计算：x=(x1+x2+…+xn)/n，y=(y1+y2+…+yn)/n，其中x和y为中心坐标的坐标值，n为表征点数量，xn为第n个表征点的x轴坐标值，yn为第n个表征点的y轴坐标值。由该公式得到中心坐标。然后分别计算中心坐标与各表征点之间的欧氏距离s1至sn，sn为第n个表征点与中心坐标之间的欧氏距离。最后对各欧氏距离进行归一化，得到n个归一化之后的数值，形成一个n维的表征向量。对于本实施例中的六个表征点来说，n=6，也就是得到六维的表征向量。

在一种实施方式中，所述下夹具控制模块包括第一到位控制单元，所述上夹具控制模块包括第二到位控制单元。

第一到位控制单元用于接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力。

第二到位控制单元用于接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

具体的，如图2和图3所示，每个下夹具可以包括两个夹持组件，例如第二下夹具320包括左夹持组件321和右夹持组件322，在下夹具控制模块识别出钢索400后，下夹具控制模块控制左夹持组件321和右夹持组件322相向运动，也就是朝向左夹持组件321和右夹持组件322的中心位置处滑动，左夹持组件321和右夹持组件322的夹持面也是相向设置的，因此夹持面会与钢索400的夹持段410接触，从而将夹持段410下半部分（也就是下半弧面）进行夹紧，而滑动的停止是依据第一压力数值的大小。

左夹持组件321和右夹持组件322的弧形夹持面上设置有应变片或其他类型的压力传感器，当弧形夹持面与钢索接触时，钢索会使第一压力传感器产生压力数值，当其中一个夹持组件首先与钢索接触后，该夹持组件的第一压力传感器反馈压力数值，而另一个夹持组件由于还未与钢索接触因此未有数值反馈。当钢索被左夹持组件321和右夹持组件322同时夹紧时，该两个夹持组件的第一压力传感器均会反馈压力数值，当压力数值达到第一设定阈值后，说明下夹具的夹持力已经达标，钢索已经被其中一个夹持组件推动到两夹持组件的中间位置并且被两夹持组件夹紧，此时下夹具控制模块控制两夹持组件停止运动，完成下夹具的夹持动作。

之后，如图4所示，上夹具控制模块控制上夹具动作，使上夹具向下伸长至上夹具夹持面与夹持段410上半部分（也就是上半弧面）接触，而伸长的停止是依据第二压力数值的大小。上夹具夹持面同样为弧形夹持面，其上可以设置应变片等压力传感器，当第二压力数值达到第二设定阈值后，说明上夹具的夹持力已经达标，夹持段410的上半部分也已经被夹紧，形成了对钢索夹持段410的抱合。

下面参考图8详细描述本申请公开的基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换方法实施例。本实施例是用于实施前述的塔吊夹具自动切换装置实施例的方法。

如图8所示，本实施例公开的方法包括如下步骤：

步骤100，获取位于吊钩附近的待吊运物料图像。

步骤200，对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量。

步骤300，基于所述待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数。

步骤400，对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持。

步骤500，获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

在一种实施方式中，所述对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量，包括：

获取所述图像的二值图像；

基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像；

获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量；

基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

在一种实施方式中，所述基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像，包括：

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点；

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点；

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点；

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像；

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个；

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次；

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点；

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

在一种实施方式中，所述获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量，包括：

利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点；

获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算所述中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

在一种实施方式中，所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持，包括：

接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力；

所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合，包括：

接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换装置，其特征在于，包括：

图像获取设备，用于获取位于吊钩附近的待吊运物料图像；

物料类型识别模块，用于对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量；

挂接部规格识别模块，用于基于所述待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数；

下夹具控制模块，用于对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持；

上夹具控制模块，用于获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

2.如权利要求1所述的塔吊夹具自动切换装置，其特征在于，所述物料类型识别模块包括：

二值图像获取单元，用于获取所述图像的二值图像；

表征图像获取单元，用于基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像；

表征向量获取单元，用于获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量；

吊运件种类识别单元，用于基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

3.如权利要求2所述的塔吊夹具自动切换装置，其特征在于，所述表征图像获取单元通过以下步骤得到待吊运物料的核心框架表征图像：

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点；

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点；

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点；

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像；

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个；

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次；

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点；

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

4.如权利要求2或3所述的塔吊夹具自动切换装置，其特征在于，所述表征向量获取单元通过以下步骤获取所述核心框架表征图像的表征点并基于所述表征点得到表征向量：

利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点；

获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

5.如权利要求1所述的塔吊夹具自动切换装置，其特征在于，所述下夹具控制模块包括：

第一到位控制单元，用于接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力；

所述上夹具控制模块包括：

第二到位控制单元，用于接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

6.一种基于物料特征分析的塔吊夹具自动切换方法，其特征在于，包括：

获取位于吊钩附近的待吊运物料图像；

对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量；

基于所述待吊运件种类和数量判断出吊运所需挂接部的规格参数；对吊钩的下夹具移动区域进行是否存在挂接部的识别，并在识别出挂接部后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持；

获取所述下夹具的与挂接部之间的夹持力，在依据所述夹持力判断出所述下夹具夹紧到位后，控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合。

7.如权利要求6所述的塔吊夹具自动切换方法，其特征在于，所述对所述图像进行分析识别出所述待吊运物料包含的待吊运件种类和数量，包括：

获取所述图像的二值图像；

基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像；

获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量；

基于所述表征向量与各模板向量之间的相似度识别出待吊运件种类和数量。

8.如权利要求7所述的塔吊夹具自动切换方法，其特征在于，所述基于所述二值图像得到待吊运物料的核心框架表征图像，包括：

步骤A1，获取所述二值图像中所有属于待吊运物料部分且为黑色的像素点，将这些像素点作为待处理像素点；

步骤A2，从待处理像素点中识别出同时满足以下第(a)和(b)项的候选像素点；

步骤A3，先从所述候选像素点中识别出满足以下第(c)项的第一像素点，然后从所述候选像素点的除第一像素点以外的像素点中识别出满足以下第(d)项的第二像素点，将所述第一像素点和所述第二像素点筛除，得到本次待处理像素点；

步骤A4，将所述本次待处理像素点作为新的待处理像素点代入步骤A2中，直至不存在所述第一像素点和所述第二像素点，将本次待处理像素点作为核心框架表征图像；

(a)待处理像素点的邻域像素点数量大于一个且小于七个；

(b)以待处理像素点的正上侧邻域像素点为起始，依序获取每个邻域像素点与相应的下一邻域像素点之间的像素变化情况，直至获取到该下一邻域像素点为所述正上侧邻域像素点时的像素变化情况，得到的像素变化情况中从白像素点变为黑像素点的数量为一次；

(c)待处理像素点的正左侧邻域像素点为白像素点，或正下侧邻域像素点为白像素点，或正上侧和正右侧的邻域像素点均为白像素点；

(d)待处理像素点的正上侧邻域像素点为白像素点，或正右侧邻域像素点为白像素点，或正左侧和正下侧的邻域像素点均为白像素点。

9.如权利要求7或8所述的塔吊夹具自动切换方法，其特征在于，所述获取所述核心框架表征图像的表征点，并基于所述表征点得到表征向量，包括：

利用尺寸不小于3*3的滑窗对所述核心框架表征图像进行遍历，截取出多个像素框，从所述多个像素框中确定出端部像素点、角部像素点和汇合像素点作为表征点；

获取由各所述表征点形成的表征点集合的中心像素坐标，计算中心像素点分别与各所述表征点的距离，对各距离进行归一化得到多维表征向量。

10.如权利要求6所述的塔吊夹具自动切换方法，其特征在于，所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的下夹具对挂接部的套接于吊钩的夹持段进行夹持，包括：

接收安装于所述下夹具夹持面上的第一压力传感器反馈的第一压力数值，基于所述第一压力数值控制所述下夹具的夹持力；

所述控制吊钩上的与所述挂接部规格参数相匹配的上夹具移动至所述夹持段并与所述下夹具形成对所述夹持段的抱合，包括：

接收安装于所述上夹具夹持面上的第二压力传感器反馈的第二压力数值，基于所述第二压力数值控制所述上夹具的夹持力。

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