CN114988291B - 一种基于视觉的桥式吊车系统及精确定位与减摇控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉的桥式吊车系统及精确定位与减摇控制方法，该系统包括设置在竖直立柱上的两条平行轨道、沿轨道所在直线方向运动的桥架、在桥架上沿直线运动的小车、设置在小车上用以实现背吊货物升降的升降机构、系统状态参数检测机构以及作为控制器的工控机和PLC，所述的工控机通过PLC与系统状态参数检测机构连接获取采集到的系统状态参数，并且通过PLC分别控制桥架和小车运动，且桥架和小车的运动方向相互垂直，与现有技术相比，本发明能够对被吊货物的位置直接进行控制，提高定位精度，减小运输过程中货物的摆动。

Description

一种基于视觉的桥式吊车系统及精确定位与减摇控制方法

技术领域

本发明涉及非线性欠驱动系统的自动控制技术领域，尤其是涉及一种基于视觉的桥式吊车系统及精确定位与减摇控制方法。

背景技术

桥式吊车在各种大中型工程中应用十分广泛，常见于车间、码头、施工现场等需要短程运输较重的货物的场合。桥式吊车的运输方式为吊载运输，使用者将货物通过一定方式与柔性钢绳的一端相连，柔性钢绳另一端与桥式吊车系统顶部的小车相连，桥式吊车系统通过电机带动小车和桥架的移动来运输货物。

桥式吊车系统有三维桥式吊车和二维桥式吊车，三维桥式吊车的被吊物体在运输过程中会有三维坐标变化，二维桥式吊车的被吊物体在运输过程中只有二维坐标的变化，三维桥式吊车的吊具通过柔性钢绳与小车连接，小车在桥架之上并通过电机控制沿桥架运动，桥架在轨道之上，通过电机控制沿轨道运动，小车与桥架运动方向互相垂直，二者共同运动能够使小车在矩形范围内达到任意位置，二维桥式吊车的吊具通过柔性钢绳与小车连接，小车在轨道之上，通过电机控制沿轨道运动，小车可吊载货物达到线段范围内任意位置。

目前多数工业现场的桥式吊车控制是由熟练操作工人手动完成，具体控制方法为，操作工人使用有线或无线遥控装置控制小车和桥架的运动方向和运动速度，目视当下位置和预期位置，根据观察结果调整小车和桥架的运动状态，快速判断下一步应该采取的操作并在到达预期位置前减速，以准确将货物运输至指定位置。由于小车和货物之间通过柔性钢绳连接，在运输时会产生摆动，尤其是操作工人为控制精度，一般会在货物周围观察，具有较大的安全隐患。吊载货物的摆动对桥式吊车的机械结构产生破坏，增加部件磨损程度，降低桥式吊车的使用寿命，手动控制对操作者的经验和熟练程度要求很高，培养一名合格的操作工人需要大量时间和经济成本。

针对桥式吊车系统手动控制中存在的问题，国内外很多团队给出了解决方案，包括二维和三维的控制方法、传统的接触式摆角测量方案和基于视觉的摆角测量方案以及通过对吊具摆动角度的测量获得其运动状态，进而减小其摆动幅度，但目前的减摇方案大多是基于摆角信息，将摆角作为系统的状态设计控制方法，存在的问题是控制精度不高。

而且，由于桥式吊车控制系统的独立控制变量个数小于自由度个数，属于典型的欠驱动控制系统，控制难度较大，为解决欠驱动桥式吊车系统的定位和减摇问题，需要提出一种基于视觉的桥式吊车精确定位和减摇控制方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于视觉的桥式吊车系统及精确定位与减摇控制方法。

本发明的目的能够通过以下技术方案来实现：

一种基于视觉的桥式吊车系统，该系统包括设置在竖直立柱上的两条平行轨道、沿轨道所在直线方向运动的桥架、在桥架上沿直线运动的小车、设置在小车上用以实现背吊货物升降的升降机构、系统状态参数检测机构以及作为控制器的工控机和PLC，所述的工控机通过PLC与系统状态参数检测机构连接获取采集到的系统状态参数，并且通过PLC分别控制桥架和小车运动，且桥架和小车的运动方向相互垂直。

所述的桥架由相互垂直设置的两根小车轨道和两根桥架行走梁以及桥架行走电机构成，并在每根桥架行走梁底部设有两对滚动轮，每条轨道上均开设用以导向滚动轮直线运动的导槽，所述的PLC通过驱动器驱动桥架行走电机实现对桥架的运动控制。

所述的小车由两根平行设置的小车行走梁、小车行走电机以及升降框架构成，所述的小车行走梁底部安装两对滚动轮，每根小车轨道上均开设用以导向滚动轮直线运动的导槽，所述的PLC通过驱动器驱动小车行走电机实现对小车的运动控制。

所述的升降机构安装在升降框架上，包括升降电机、升降滚筒、柔性钢绳和与被吊货物固定的吊具平台，所述的柔性钢绳下端与吊具平台的几何中心连接，上端与升降滚筒连接，所述的PLC通过驱动器驱动升降电机进而带动升降滚筒实现被吊货物的升降控制。

所述的吊具平台四角处分别通过四根弹簧绳与小车连接，用以减小被吊货物在运输过程中的扭摆且不提供动力。

所述的轨道两端设有用以保护桥架超程安全的轨道超程限位，所述的桥架两端设有用以保护小车超程安全的桥架超程限位。

所述的桥架行走梁内侧和小车行走梁内侧均安装有辅助导向轮，所述的辅助导向轮的滚动方向与小车或桥架的移动方向相同，用以稳定小车或桥架的运动方向。

所述的系统状态参数检测机构包括视觉三维位置采集组件、重量采集组件和二维位置采集组件，所述的视觉三维位置采集组件包括设置在小车底部的工业相机以及设置在吊具平台表面的标识物，所述的工业相机镜头对准被吊货物，用以采集标识物图像以获取被吊货物的三维位置信息经PLC发送给工控机，所述的柔性钢绳的长度在工业相机的景深范围内，以保证工业相机能够识别到吊具平台上的标识物，所述的重量采集组件为设置在小车上的称重传感器，用以准确测量被吊货物和吊具平台的总重量通过PLC发送给工控机，所述的二维位置采集组件包括行程读码器以及包含位置信息的标识码，所述的行程读码器包括安装在小车行走梁和桥架行走梁上的小车激光传感器和桥架激光传感器，所述的标识码分别对应贴设在桥架和轨道上，所述的行程读码器读取标识码的位置信息并通过PLC发送给工控机。

一种精确定位与减摇控制方法，该方法包括以下步骤：

1)非工作状态下，柔性钢绳在重力作用下处于竖直状态，小车和桥架在未接通电源时在起点位置处静止；

2)在运输货物前，将贴有标识码的吊具平台安装在柔性钢绳下方，使用吊具平台将货物吊起，启动升降电机，将货物升高至设定的高度，并在此高度下进行运输；

3)通过工控机切换为自动控制状态，输入目的地坐标，控制器获得小车质量、桥架质量、货物质量和柔性钢绳长度的动力学模型参数；

4)工业相机通过拍摄图像获取被吊货物的三维坐标，行程读码器读取小车和桥架的二维坐标，控制器根据当前位置和预期目的地位置规划运动轨迹；

5)控制器驱动电机带动小车和桥架运动，被吊货物、小车和桥架的位置发生变化，实时获取系统状态并传送至控制器；

6)控制器接收到更新的货物位置、速度和加速度状态数据，根据当前最新状态更新输出，控制电机转速，使得货物按照规划运动轨迹运动；

7)在到达指定位置之前，循环执行步骤5)和步骤6)，在到达指定位置后，控制结束。

该方法实现运动控制具体包括以下步骤：

S1、构建系统动力学方程，则有：

其中，矩阵M＝diag[m_T,m_T+m_B,m_T]，m_T为小车的质量，m_B为桥架的质量，m_L为被吊货物的重量，v_T为小车的速度，v_L为被吊货物的速度，F为输入力，T_L为柔性钢绳的张力，q为沿柔性钢绳的单位向量，μ为摩擦力系数向量，d为模型不确定性参数，e₃＝[0,0,1]，g为重力加速度；

S2、构建系统运动学方程，则有：

lq＝p_L-p_T

其中，l为柔性钢绳的长度，p_L为被吊货物在世界坐标系中的位置，p_T为小车在世界坐标系中的位置，ω为被吊货物摆动的角速度，定义S(ω)q＝ω×q，S(ω)为反对称矩阵。

S3、基于系统动力学方程和运动学方程，分别求取被吊货物运动的加速度和角加速度/>则有：

D＝(M+m_LI₃)^-1M

P_q(F)＝qq^TM^-1F

A(q,ω)＝(M+m_LI₃)^-1(-gMqq^Tμ+m_Lge₃-l||ω||²Mq-gMS(q)²e₃)

B(q)＝(M+m_LI₃)^-1Mqq^TM^-1

Π_q(F)＝-S(q)²M^-1F

其中，D为质量参数矩阵，P_q(F)为沿绳方向分解的输入力，I₃为三阶单位矩阵，A(q,ω)、B(q)、J(q)、C(q)均为中间参量，Π_q(F)为垂直于绳方向分解的输入力；

S4、根据吊货物运动的加速度和角加速度，采用反步法设计运动控制器，建立Lyapunov函数，分别使被吊货物的位置误差e_p、被吊货物的速度误差e_v、向量q与期望值的误差e_q以及角速度误差e_ω收敛到零，则运动控制器的控制律如下：

F＝M(P_q(F)+Π_q(F))

其中，K₁、K₂、K₃、K₄、h_q均为控制增益，下标d表示期望值，为d的估计值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明使用工业相机直接测量被吊货物的三维坐标，对运输过程中的摆动状态的感知更加准确，提高了控制的精度。

二、本发明的控制对象直接是被吊物体，具有更好的控制效果。

三、在吊具周围设置的弹簧绳从机械结构上减小了运输过程的扭摆，辅助导向轮使得小车和桥架在运动过程中更加稳定，使得具有更好的控制效果。

四、系统能够在自动模式和手动模式下切换，方便灵活。

附图说明

图1为本发明桥式吊车系统的整体结构示意图。

图2为本发明的辅助导向轮结构示意图。

图3为本发明的工业相机测量模块示意图。

图4为本发明的读码器示意图。

图5为本发明提供的一种基于视觉的桥式吊车精确定位与减摇控制方法的控制流程框图。

图中标记说明：

1、升降电机，2、小车，3、桥架，4、桥架超程限位，5、轨道超程限位，6、立柱，7、升降滚筒，8、柔性钢绳，9、吊具平台，10、轨道，11、小车激光传感器，12、桥架激光传感器，13、弹簧绳，14、小车或桥架，15、滚动轮，16、辅助导向轮，17、升降框架，18、工业相机，19、Apriltag标识物，20、导槽，21、标识码，22、激光传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，注意，以下的实施方式的说明只是实质上的示例，本发明并不在意对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定以下的实施方式。

为解决现有技术中控制精度不高的问题，本发明使用基于视觉的方案直接得到吊具(被吊货物)的三维坐标，并且基于牛顿第二定律进行动力学建模，在建模结果的基础上提出一种精确的桥式吊车定位和减摇的控制方法，该控制方法使用相机测量吊载货物的三维坐标和小车的二维坐标，工控机作为桥式吊车系统的计算平台，使用PLC连接驱动器控制电机的转速，进而控制小车和桥架的运动状态，使吊载货物达到指定位置并在运输过程中减小吊载货物的摆动幅度。

如图1所示，本发明提供一种三维桥式吊车系统，包括小车2、桥架3、立柱6等机械部件，并且以工控机作为系统的主要运算平台，通过PLC和相应变频器驱动电机运行；通过行程读码器、工业相机18和称重传感器获取系统状态，行程读码器用以读取小车2和桥架3的二维坐标并传至PLC，工业相机18用以获取被吊物体的实时三维坐标并传至工控机，称重传感器用以获取被吊物体和吊具9的总重量并传至工控机，工控机和PLC之间通过总线通信，PLC能够接受来自工控机的控制指令和来自传感器的信号。在本系统中，工控机和PLC作为控制器，电机作为执行器，被控对象未被吊载的货物，系统通过驱动电机进而控制小车2和桥架3的运动状态间接控制被吊载货物的运动状态，实现精准定位和减摇的目的。

本发明的桥式吊车的基本机械结构如下：

根据实际需求桥式吊车通过多根竖直的立柱6固定在地面上，立柱6上有两条轨道10和若干横梁以及为提高机械强度而设计的其他部件，桥架3由两根小车轨道和两根桥架行走梁构成，桥架3上安装有桥架行走电机，小车由两根小车行走梁和升降框架构成，小车上安装有升降电机1、升降滚筒7、小车行走电机以及称重传感器，桥架3位于两条轨道10之上，小车位于桥架3之上；

小车2底部安装有两对滚动轮，桥架3的两根小车轨道上安装有两条可供滚动轮滚动行驶的槽，每侧的滚动轮分别位于同一条槽上，滚动轮被小车行走电机控制沿槽滚动，带动小车2运动。

两条轨道10上分别安装有两条槽，桥架3下方安装有两对滚动轮，每侧滚动轮分别位于同一条槽上，滚动轮被桥架行走电机驱动沿槽滚动，带动桥架3运动。

在这种安装方式下，小车2和桥架3的运动方向互相垂直，因此，小车2能够到达的位置在一个矩形范围内，且该矩形的两条边长即为桥架3和轨道10的有效长度，在桥架3和轨道10的两端分别安装有桥架超程限位4和轨道超程限位5，用以保护小车2和桥架3超程安全。

如图2所示，在小车行走梁和桥架行走梁的内侧均安装有辅助导向轮16，用以稳定小车2和桥架3的运动方向，保证不偏轨，小车2与吊具平台9之间通过柔性钢绳8连接，柔性钢绳8上端连接小车2上的升降滚筒7，下端连接吊具平台9的几何中心，本例中，吊具平台9有多种选择，如气动吸盘吊具、钩形吊具等，一般而言，气动吸盘吊具适合较轻的物体，且不易扭摆；钩型吊具适用于重型物体，但较易扭摆；为削弱运输过程中因吊具姿态变化造成的扭摆现象，在吊具平台9的四角安装四条弹簧绳13作为保护机构，弹簧绳13的上端与小车2连接，值得注意的是，被吊货物仅通过升降电机1带动升降滚筒7，进而带动柔性钢绳8实现升降，弹簧绳13仅能减小运输过程中的扭摆，且只与小车2和吊具平台9连接，而不与任何电机连接，所以在升降和运输过程中不提供动力。

行程读码器(本发明中采用激光传感器22)，包括分别安装于小车行走梁和桥架行走梁上的小车激光传感器11和桥架激光传感器12，而包含位置信息的标识码21(本发明采用二维码)则贴设在桥架3和轨道10上，行程读码器通过实时读取标识码21的位置信息以确定小车2和桥架3的位置。

如图3所示，工业相机18安装于小车2底部，镜头方向正对被吊货物，保证视野能够覆盖货物的摆动范围，标识模块使用Apriltag标识物19，本发明中，在吊具平台9上贴设tag36h11标识码，称重传感器安装在小车2上，用以准确测量被吊货物和吊具平台9的总重量，并且将这一参数通过PLC传送至工控机。

基于上述三维桥式吊车系统，本发明提供一种桥式吊车可用基于视觉的精确定位与减摇控制方法，包括以下步骤：

1)非工作状态下，柔性钢绳8在重力作用下处于竖直状态，小车2和桥架3在未接通电源时在起点位置处静止；

2)在运输货物前，将贴有标识码21的吊具平台9安装在柔性钢绳8下方，使用吊具平台9将货物吊起，启动升降电机1，将货物升高至设定的高度，并在此高度下进行运输，柔性钢绳8的长度应在工业相机18的景深范围内，以保证工业相机18能够识别到吊具平台9上的标识物；

3)系统通过工控机切换为自动控制状态，输入目的地坐标，控制器获得小车质量、桥架质量、货物质量和柔性钢绳长度等动力学模型参数；

4)工业相机18通过拍摄的图像获取被吊货物的三维坐标，行程读码器读取小车2和桥架3的二维坐标，系统的控制器根据当前位置、预期目的地位置和相关参数规划运动轨迹；

5)电机带动小车2和桥架3运动，货物、小车2和桥架3的位置发生变化，传感器实时获取系统状态并传送至控制器；

6)控制器接收到更新的货物位置、速度、加速度状态，根据当前最新状态更新输出，控制电机转速，使得货物按照规划运动轨迹运动；

7)在到达指定位置之前，循环执行步骤5)和步骤6)，在到达指定位置后，控制结束。

实施例

如图1-4所示，本实施例提供一种基于视觉的桥式吊车系统，包括若干立柱6、和轨道10、轨道10上开设可供桥架的滚动轮行驶的导槽，轨道10两端设有轨道超程限位5以防止桥架3在移动过程中脱轨，在过行程时控制PLC急停，轨道10的外侧还贴设有包含位置信息的标识码21，桥架3的行走梁下安装有滚动轮，滚动轮在轨道10上的导槽中行驶，可移动范围为整个轨道10的有效长度。

桥架3的另一部分是小车轨道，该部分在桥架行走梁之上，两条小车轨道上设有供小车滚轮行驶的导槽，小车轨道的两端安装有桥架超程限位4以防止小车2在移动过程中脱轨，桥架3上安装有桥架行走电机，小车2安装于桥架3之上，小车行走梁下安装有滚动轮，可在小车轨道的导槽中行驶，小车行走梁外侧安装有行程读码器，用于读取小车轨道上的二维码，实时获取小车2的位置，小车2上安装有小车行走电机、升降电机1、升降框架、升降滚筒7，用于控制货物的起吊和降落，小车2上还安装有称重传感器，用以实时获取被起吊货物的重量。

如图2所示，桥架行走梁内侧和小车行走梁内侧均安装有辅助导向轮16，辅助导向轮16的滚动方向和对应的小车2或桥架3的移动方向相同，辅助导向轮16不提供动力，只是稳定桥架和小车运动方向，保证它们不偏轨。

如图3所示，在小车2底部安装有工业相机18，工业相机18的镜头对准被吊载的货物，吊具平台9上安装有用于供工业相机18识别的Apriltag标识物19。

如图4所示，小车行走梁和桥架行走梁上均安装有激光传感器22，轨道10和桥架3上安装有包含位置信息的标识码21。

如图5所示，基于桥式吊车系统，本实施例提供的一种基于视觉的桥式吊车精确定位于减摇控制方法，该方法具体包括以下步骤：

1、构建系统的动力学方程为：

其中，矩阵M＝diag[m_T,m_T+m_B,m_T]，m_T为小车的质量，m_B为桥架的质量，m_L为被吊货物的重量，v_T为小车的速度，v_L为被吊货物的速度，F为输入力，T_L为柔性钢绳的张力，q为沿柔性钢绳的单位向量，μ为摩擦力系数向量，d为模型不确定性参数，e₃＝[0,0,1]，g为重力加速度。

2、构建系统的运动学方程为：

lq＝p_L-p_T (3)

其中，l为柔性钢绳的长度，p_L为被吊货物在世界坐标系中的位置，p_T为小车在世界坐标系中的位置，ω为被吊货物摆动的角速度，定义S(ω)q＝ω×q，S(x)为相应的反对称矩阵。

3、基于系统的动力学方程和运动学方程，分别求取被吊货物运动的加速度和角加速度，则有：

其中，质量参数矩阵D＝(M+m_LI₃)^-1M，沿绳方向分解的输入力P_q(F)＝qq^TM^-1F，A(q,ω)＝(M+m_LI₃)^-1(-gMqq^Tμ+m_Lge₃-l||ω||²Mq-gMS(q)²e₃)，B(q)＝(M+m_LI₃)^-1Mqq^TM^-1，垂直于绳方向分解的输入力Π_q(F)＝-S(q)²M^-1F，

4、根据(5)(6)两式，使用反步法设计运动控制器，建立Lyapunov函数，分别使被吊货物的位置误差e_p、被吊货物的速度误差e_v、向量q与期望值的误差e_q以及角速度误差e_ω收敛到零，最终得到的控制律如下：

F＝M(P_q(F)+Π_q(F)) (9)

其中，K₁，K₂，K₃，K₄，h_q为控制增益，下标d表示期望值，为d的估计值。

本例中，当控制律复杂难以实现时，本发明推荐引入《Quantitative ProcessControl Theory》(Zhang,W.D.，CRC,2011)中提出的定量控制方法进行简化。

在实际运输过程中，本发明包括以下步骤：

1)在非工作状态下，柔性钢绳在重力作用下处于竖直状态，小车和桥架在未接通电源时在起点位置处静止；

2)运输之前，将贴有标识码的吊具安装在柔性钢绳下方，使用吊具将货物吊起，启动升降电机，将货物升高至一定的高度，在此高度下进行运输，绳长应在工业相机的景深范围内，以保证工业相机能够识别到吊具上的标识物；

3)切换为自动控制状态，输入目的地坐标，控制器获得小车质量、桥架质量、货物质量、柔性钢绳长度等动力学模型参数；

4)工业相机读取被吊货物的三维坐标，行程读码器读取小车和桥架的二维坐标，控制系统根据当前位置、预期目的地位置、相关参数规划运动轨迹；

5)电机带动小车和桥架运动，货物的位置、小车和桥架的位置发生变化，传感器实时获取系统的状态并传送至控制器；

6)控制器接收到更新的位置、速度、加速度状态，根据当前最新状态更新输出，控制电机转速，使得货物按照规划的轨迹运动；

7)直至被吊货物到达指定位置，程序结束。

上述实施方式仅为举例，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其他各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述桥式吊车系统包括设置在竖直立柱(6)上的两条平行轨道(10)、沿轨道(10)所在直线方向运动的桥架(3)、在桥架(3)上沿直线运动的小车(2)、设置在小车(2)上用以实现被吊货物升降的升降机构、系统状态参数检测机构以及作为控制器的工控机和PLC，所述的工控机通过PLC与系统状态参数检测机构连接获取采集到的系统状态参数，并且通过PLC分别控制桥架(3)和小车(2)运动，且桥架(3)和小车(2)的运动方向相互垂直；

所述精确定位与减摇控制方法包括以下步骤：

1)非工作状态下，柔性钢绳(8)在重力作用下处于竖直状态，小车(2)和桥架(3)在未接通电源时在起点位置处静止；

2)在运输货物前，将贴有标识码(21)的吊具平台(9)安装在柔性钢绳(8)下方，使用吊具平台(9)将货物吊起，启动升降电机(1)，将货物升高至设定的高度，并在此高度下进行运输；

3)通过工控机切换为自动控制状态，输入目的地坐标，控制器获得小车质量、桥架质量、货物质量和柔性钢绳长度的动力学模型参数；

4)工业相机(18)通过拍摄图像获取被吊货物的三维坐标，行程读码器读取小车(2)和桥架(3)的二维坐标，控制器根据当前位置和预期目的地位置规划运动轨迹；

5)控制器驱动电机带动小车(2)和桥架(3)运动，被吊货物、小车(2)和桥架(3)的位置发生变化，实时获取系统状态并传送至控制器；

6)控制器接收到更新的货物位置、速度和加速度状态数据，根据当前最新状态更新输出，控制电机转速，使得货物按照规划运动轨迹运动；

7)在到达指定位置之前，循环执行步骤5)和步骤6)，在到达指定位置后，控制结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的桥架(3)由相互垂直设置的两根小车轨道和两根桥架行走梁以及桥架行走电机构成，并在每根桥架行走梁底部设有两对滚动轮，每条轨道(10)上均开设用以导向滚动轮直线运动的导槽，所述的PLC通过驱动器驱动桥架行走电机实现对桥架(3)的运动控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的小车(2)由两根平行设置的小车行走梁、小车行走电机以及升降框架构成，所述的小车行走梁底部安装两对滚动轮，每根小车轨道上均开设用以导向滚动轮直线运动的导槽，所述的PLC通过驱动器驱动小车行走电机实现对小车(2)的运动控制。

4.根据权利要求3所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的升降机构安装在升降框架上，包括升降电机(1)、升降滚筒(7)、柔性钢绳(8)和与被吊货物固定的吊具平台(9)，所述的柔性钢绳(8)下端与吊具平台(9)的几何中心连接，上端与升降滚筒(7)连接，所述的PLC通过驱动器驱动升降电机(1)进而带动升降滚筒(7)实现被吊货物的升降控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的吊具平台(9)四角处分别通过四根弹簧绳(13)与小车(2)连接，用以减小被吊货物在运输过程中的扭摆且不提供动力。

6.根据权利要求1或3所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的轨道(10)两端设有用以保护桥架(3)超程安全的轨道超程限位(5)，所述的桥架(3)两端设有用以保护小车(2)超程安全的桥架超程限位(4)。

7.根据权利要求3所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的桥架行走梁内侧和小车行走梁内侧均安装有辅助导向轮(16)，所述的辅助导向轮(16)的滚动方向与小车(2)或桥架(3)的移动方向相同，用以稳定小车(2)或桥架(3)的运动方向。

8.根据权利要求3所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，所述的系统状态参数检测机构包括视觉三维位置采集组件、重量采集组件和二维位置采集组件，所述的视觉三维位置采集组件包括设置在小车(2)底部的工业相机(18)以及设置在吊具平台(9)表面的标识物，所述的工业相机(18)镜头对准被吊货物，用以采集标识物图像以获取被吊货物的三维位置信息经PLC发送给工控机，所述的柔性钢绳(8)的长度在工业相机(18)的景深范围内，以保证工业相机(18)能够识别到吊具平台(9)上的标识物，所述的重量采集组件为设置在小车(2)上的称重传感器，用以准确测量被吊货物和吊具平台(9)的总重量通过PLC发送给工控机，所述的二维位置采集组件包括行程读码器以及包含位置信息的标识码(21)，所述的行程读码器包括安装在小车行走梁和桥架行走梁上的小车激光传感器(11)和桥架激光传感器(12)，所述的标识码(21)分别对应贴设在桥架(3)和轨道(10)上，所述的行程读码器读取标识码(21)的位置信息并通过PLC发送给工控机。

9.根据权利要求1所述的一种基于视觉的桥式吊车系统的精确定位与减摇控制方法，其特征在于，该方法实现运动控制具体包括以下步骤：

S1、构建系统动力学方程，则有：

其中，矩阵M＝diag[m_T,m_T+m_B,m_T]，m_T为小车的质量，m_B为桥架的质量，m_L为被吊货物的重量，v_T为小车的速度，v_L为被吊货物的速度，F为输入力，T_L为柔性钢绳的张力，q为沿柔性钢绳的单位向量，μ为摩擦力系数向量，d为模型不确定性参数，e₃＝[0,0,1]，g为重力加速度；

S2、构建系统运动学方程，则有：

lq＝p_L-p_T

其中，l为柔性钢绳的长度，p_L为被吊货物在世界坐标系中的位置，p_T为小车在世界坐标系中的位置，ω为被吊货物摆动的角速度，定义S(ω)q＝ω×q，S(ω)为反对称矩阵；

S3、基于系统动力学方程和运动学方程，分别求取被吊货物运动的加速度和角加速度则有：

D＝(M+m_LI₃)^-1M

P_q(F)＝qq^TM^-1F

A(q,ω)＝(M+m_LI₃)^-1(-gMqq^Tμ+m_Lge₃-l||ω||²Mq-gMS(q)²e₃)

B(q)＝(M+m_LI₃)^-1Mqq^TM^-1

Π_q(F)＝-S(q)²M^-1F

其中，D为质量参数矩阵，P_q(F)为沿绳方向分解的输入力，I₃为三阶单位矩阵，A(q,ω)、B(q)、J(q)、C(q)均为中间参量，Π_q(F)为垂直于绳方向分解的输入力；

S4、根据吊货物运动的加速度和角加速度，采用反步法设计运动控制器，建立Lyapunov函数，分别使被吊货物的位置误差e_p、被吊货物的速度误差e_v、向量q与期望值的误差e_q以及角速度误差e_ω收敛到零，则运动控制器的控制律如下：

F＝M(P_q(F)+Π_q(F))

其中，K₁、K₂、K₃、K₄、h_q均为控制增益，下标d表示期望值，为d的估计值。