[發明專利]起重機吊鉤位置和擺角的實時攝像測量方法

有效

• 申請號: 201210319313.4
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102795547A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 尚洋;張紅良;桂陽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B66C13/16
• 分類號: B66C13/16;B66C13/46;B66C13/08
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術領域

本發明涉及起重機技術領域，尤其是指利用攝像測量手段實時測量吊鉤的相對位置和搖擺角度的方法，測量結果可用于起重機穩鉤控制。

背景技術

在起重機作業過程中，由于起吊時吊繩偏離重力方向或吊運中吊鉤的運動，吊鉤及其所吊重物會出現一定程度的搖擺，吊鉤的搖擺不利于準確起吊和放置，影響起重機作業效率，也會對人身安全和財產安全造成威脅。

目前起重機吊鉤的搖擺穩定控制還主要依賴經驗豐富的操作手完成。為減小對操作人員操作經驗的依賴性，國內外開展了一些穩鉤自動控制方面的研究，如歐洲專利文獻EP1757554公開了一種反擺動的控制技術，通過預先設定模式的方式，預先確定吊鉤及貨物姿態參數，確定控制策略，實現吊鉤反擺動；中國專利文獻CN101659379A公開了一種吊鉤偏擺控制方法、系統及裝置，利用雙傾角傳感器測量吊繩相對重力方向的擺角，當擺角大于預定值時，調整起重臂和吊繩對吊鉤偏擺進行補償控制；學術論文《自適應神經模糊推理系統在起重機穩鉤控制中的應用》（鄭州大學?黃士濤等：自適應神經模糊推理系統在起重機穩鉤控制中的應用.鄭州大學學報（工學版），2007，28(1):21-25）研究提出了一種基于自適應神經模糊推理系統的控制方法，應用于起重機的穩鉤控制。

吊鉤搖擺穩定控制的前提是吊鉤相對重力方向的擺角測量。中國專利文獻CN101643184A、CN101650174A、CN101659379A、CN101723239A公布的吊鉤擺角測量方式采用與吊繩或吊鉤固連的角度傳感器直接測量其相對重力方向的夾角。攝像測量方法具有高精度、非接觸等優點，適合物體運動的動態實時測量，適合起重機吊鉤位置和擺角的動態實時高精度測量。

發明內容

本發明要解決的技術問題是利用攝像測量手段實時測量起重機吊鉤的相對位置和搖擺角度等參數，以便進行起重機吊鉤搖擺穩定控制。

本發明的技術方案是在起重機臂架頂端靠近吊繩滾輪處安裝一套姿態測量系統和一套吊鉤攝像測量系統，在吊鉤上安裝合作標志，通過姿態測量系統實時測量吊鉤攝像測量系統的傾斜姿態，通過吊鉤攝像測量系統的雙像機交會實時測量吊鉤上合作標志相對吊鉤攝像測量系統的位置，根據傾斜姿態將吊鉤位置轉換到水平坐標系表示，利用水平坐標系表示的吊鉤位置實時計算吊鉤搖擺角度（吊繩相對重力線的角度）。

具體方法是設計一套姿態測量系統和一套吊鉤攝像測量系統，固定安裝在起重機臂架頂端靠近吊繩滾輪處，設計一套合作標志安裝在吊鉤上。姿態測量系統用于實時測量吊鉤攝像測量系統的傾斜姿態；吊鉤攝像測量系統對吊鉤合作標志成像，利用雙目交會實時計算吊鉤的相對位置；定義水平坐標系的兩個軸在水平面內，另一個軸在重力方向，根據吊鉤攝像測量系統傾斜姿態將吊鉤位置轉換到水平坐標系表示；利用水平坐標系表示的吊鉤位置實時計算吊鉤搖擺角度和搖擺方向。姿態測量系統有兩種實現方案，一種是采用雙軸電子水平儀測量自身傾斜姿態，一種是采用攝像測姿系統，利用像機對水平坐標系坐標已知的控制標志成像計算自身姿態。吊鉤攝像測量系統包含雙像機和處理器等，對吊鉤上合作標志成像，進行圖像處理，對吊鉤交會定位，對吊鉤位置坐標轉換，實時計算吊鉤搖擺角度等。

合作標志設計為一組易于被像機識別和提取的特殊圖像結構或發出特殊波段光的LED燈。合作標志為特殊圖像結構時，攝像測量系統通過特殊圖像結構匹配識別合作標志；合作標志為發出特殊波段光的LED燈時，攝像機鏡頭外配合相應波段濾光片，系統利用圖像中的亮點（或亮團）識別合作標志。

1、起重機吊鉤搖擺實時測量的具體實施步驟：

1）將姿態測量系統和吊鉤攝像測量系統固定安裝在起重機臂架頂端靠近吊繩滾輪處，保證吊鉤攝像測量系統像機鏡頭朝下，對準吊鉤搖擺區域，標定姿態測量系統與吊鉤攝像測量系統的姿態關系；

2）在吊鉤上安裝合作標志，保證起重機作業中合作標志對吊鉤攝像測量系統的雙像機可見；

3）起重機作業中利用姿態測量系統實時測量吊鉤攝像測量系統的傾斜姿態；

4）利用吊鉤攝像測量系統的雙像機對吊鉤上合作標志成像，實時提取圖像坐標，雙目交會計算吊鉤的相對位置；

5）根據吊鉤攝像測量系統的傾斜姿態將吊鉤位置矢量轉換到水平坐標系表示；

6）利用水平坐標系表示的吊鉤位置矢量計算吊鉤搖擺角度。

2、吊鉤攝像測量系統傾斜姿態測量

姿態測量系統實時測量吊鉤攝像測量系統的傾斜姿態，其實現方式有兩種：一是采用雙軸電子水平儀；二是采用攝像測姿系統。