[發明專利]基于單目相機的起重機工作空間多信息測量方法及系統

有效

• 申請號: 201910983224.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110745702B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 汪小凱;吳慶祥;華林;鄭學兵
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B66C13/16
• 分類號: B66C13/16;B66C15/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

1.一種基于單目相機的起重機工作空間多信息測量方法，其特征在于：起重機的吊鉤上設有用于單目相機識別負載的第一靶標，每個障礙物頂部均設有用于被單目相機識別的第二靶標；第一靶標和第二靶標上均設有兩個特征點，兩個特征點之間的距離為S；負載一端頂部設有用于測量負載旋轉角度的第三靶標，第三靶標包含位于靶標中心的一個特征點；通過對單目相機采集起重機工作空間的圖像進行圖像處理，得到工作空間的信息，并控制起重機的大車和小車；

本方法包括以下步驟：

S1、單目相機的分層標定：

輸入負載距離單目相機的最大距離D_n和負載的最大偏心角度θ_max；將吊鉤降低到最底端，控制起升機構根據分層公式使得吊鉤分層上升，吊鉤在每層位置上，單目相機均采集第一靶標的圖像；所述的分層公式為Δh_i為第i層與第i-1層之間的高度，n為總層數，Hi為第i層吊鉤的起升高度，Di為第i層的吊鉤與單目相機之間的距離，Di-1為第i-1層的吊鉤與單目相機之間的距離；

根據單目相機采集的第一靶標的圖像，得到第一靶標的特征點之間的像素距離和每層第一靶標中心的像素坐標；根據每層的第一靶標高度和第一靶標的特征點之間的像素距離，得到求解負載起升高度的擬合方程；

當吊鉤豎直起升時，第一靶標中心即為起吊中心，分析每層第一靶標中心的像素坐標，得到起吊中心的像素坐標擬合方程；

S2、工作空間的信息測量：

當有負載實際起吊時，起重機的吊鉤位置即為負載位置；

利用單目相機實時采集第一靶標和第二靶標的圖像，根據S1得到的負載起升高度的擬合方程和起吊中心的像素坐標擬合方程，以及空間幾何分析，計算工作空間的信息；

所述的工作空間的信息包括負載偏心角度、負載偏心位移、負載旋轉角度、負載與障礙物距離和障礙物高度。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述的S2具體為：

2.1、負載偏心角度和偏心位移的測量：

實時采集第一靶標的圖像，得到第一靶標中心的像素坐標(u_b,v_b)和第一靶標的特征點之間的像素距離ΔS，根據所述的負載起升高度的擬合方程，得到負載的起升高度H；然后根據所述的起吊中心的像素坐標擬合方程，計算得到起吊中心像素坐標(u_q,v_q)；從而在大車和小車方向上負載偏移起吊中心的像素距離為Δu、Δv分別為負載在小車和大車運動方向上偏離起吊中心的像素距離；

根據公式計算負載在小車方向和大車方向的偏移距離為ΔX、ΔY；

進而有負載的偏心角度為

2.2、負載旋轉角度的測量：

負載旋轉角度其中u_f、v_f為第三靶標特征點的行列像素坐標；

2.3、負載與障礙物距離和障礙物高度的測量：

當有障礙物進入單目相機視野范圍內，單目相機將采集置于該障礙物頂部的第二靶標的圖像，并根據第二靶標的特征點像素坐標計算得到第二靶標的中心像素坐標(u_z,v_z)，進而根據第一靶標中心的像素坐標(u_b,v_b)得到負載與障礙物在小車和大車運動方向上的距離D_x和D_d分別為

根據第二靶標的特征點之間的像素距離，根據負載起升高度的擬合方程計算得到障礙物的高度H_z。

3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于：所述的負載起升高度的擬合方程為：

H＝P₁ΔS

式中，ΔS＝[ΔS² ΔS 1]^T為第一靶標的特征點之間的像素距離，P₁＝[P₁² P₁¹ P₁⁰]為擬合方程的系數。