[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

本發明提供一種基于單目相機的起重機工作空間多信息測量方法及系統，起重機的吊鉤上設有第一靶標，每個障礙物頂部均設有第二靶標；負載一端頂部設有第三靶標，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；根據分層標定結果，得到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；當有負載實際起吊時，根據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。本發明僅采用單目相機，匹配特定的單目相機分層標定方法，結合起重機工作空間的空間幾何分析，從而實現起重機工作空間多信息的測量。

技術領域

本發明屬于起重機領域和視覺測量領域，具體涉及一種基于單目相機的起重機工作空間多信息測量方法及系統。

背景技術

起重機作為重要的貨物搬運工具，廣泛應用于生產車間、貨物倉庫、冶金制造、垃圾處理等工業場所。然而，目前起重機通過操作工人進行手動操作，操作過程中工人難免會出現操作失誤，且長時間工作會造成操作疲勞，這些均可能導致起重機安全事故。因此實現起重機的智能控制和安全監控顯得尤為重要，而信息的測量是前提。

目前起重機上的測量方法主要包括預測估計、接觸式測量和非接觸測量三種。其中預測估計方法根據建立的精確起重機模型，實現負載擺動角度的預測估計。其測量精度與起重機模型的準確度有關，而考慮起重機工業應用情況時補償誤差通常難以確定。接觸式測量方式利用高精度傳感器，實現特定物理量的精確測量。例如通過加速度計和陀螺儀、編碼器、力傳感器等可以實現負載偏心角度的測量。通過安裝在卷筒一端的編碼器可以實現負載起升高度的測量。接觸式測量方式可以實現高精度的測量，但是當需要測量多個物理量時，通常需要安裝多個傳感器，增加了系統的成本。非接觸式測量主要包括超聲波傳感器和光學傳感器兩種。其中超聲波傳感器可以實現距離的測量，但通常測量距離較小。光學傳感器中的激光傳感器利用激光傳感器同樣可以實現距離的測量，同樣會存在測量物理量單一的問題。視覺測量作為一種重要的非接觸測量方式，廣泛應用于工業控制的各個領域。視覺測量在起重機的應用主要分為單目、雙目和多目三種測量方式。其中雙目和多目測量方式通過兩幅或多幅圖像的匹配，可以測量目標物體的深度信息，但復雜的圖像處理算法限制了其應用。因此單目相機測量技術在起重機上的應用開始受到廣泛關注，但目前單目視覺測量系統通常根據特定的起重機功能設計，測量物理量單一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于單目相機的起重機工作空間多信息測量方法，只需要一個單目相機，即可實現起重機工作空間中多信息的測量。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：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；