CN109019347A - 一种桥式起重机自动控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥式起重机自动控制***；包括：第一图像采集模块、第二图像采集模块、测距模块、主控单元和显示操作模块；显示操作模块用于显示图像，以使操作人员在图像上进行待吊装货物位置标记；主控单元用于接收待吊装货物位置标记、第一定位图像、第二定位图像、大车、小车和吊具的位置信息，并发送驱动大车沿着纵向设置的大车轨道运动、小车沿着横向设置的小车轨道运行和吊具下放或提升的控制指令，以使吊具带动待吊装货物到达指定位置；本发明应用于货物吊装位置定位准确，节省了人工成本，大大提升了吊装货物的效率；此外，本发明结构简单、安全性好、可靠性高且易于维护能够广泛用于各种货物的吊装。

Description

一种桥式起重机自动控制***

技术领域

本发明涉及起重机自动运行控制领域，本发明涉及桥式起重机自动控制***。

背景技术

在经济建设及民生发展等各个方面的领域里，起重机都有着其不可替代的作用、特别是伴随近些年我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，吊装货物设备、各种材料尤其是货运箱等多个建设领域都对起重机产生了越来越强的依赖。然而，我国整体上起重机自动控制仍然不够普及，相关技术人员对自动化认知不够明确，与其他国家相比还有很大差距。在标准化车间中，在用起重机对货运箱操作时大多采用人工，耗时较多，并且需要精准的操作，对操作员熟练度要求较高，即使是熟练的司机也需要几次来调整吊具；另外，操作难免有误操作发生，而货运箱一般质量较大，其误操作造成的不良后果也很严重。因此，亟需开发一种自动控制运行的起重机***。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种桥式起重机自动控制***、一种桥式起重机自动控制***的控制方法，以及基于桥式起重机自动控制***的一种桥式起重机。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一图像采集模块、第二图像采集模块、测距模块、主控单元和显示操作模块；

第一图像采集模块设置在桥式起重机的在大车轨道下方，用于获取货物所在区域的第一定位图像；第二图像采集模块设置在桥式起重机的小车下方，用于获取货物所在区域的第二定位图像；显示操作模块用于显示图像，以使操作人员在图像上进行待吊装货物位置标记；测距模块用于获取大车、小车和吊具的位置信息；

主控单元用于接收待吊装货物位置标记、第一定位图像、第二定位图像、大车、小车和吊具的位置信息，并发送驱动大车沿着纵向设置的大车轨道运动、小车沿着横向设置的小车轨道运行和吊具下放或提升的控制指令，以使吊具下放或提升后到达待吊装货物所在区域，和/或使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

可选地，第一图像采集模块包括：至少一组双目摄像头；

双目摄像头间隔设置，且每一组双目摄像头对称设置在两侧的大车轨道下方；

其中，第一图像采集模块的每一组双目摄像头均通过预先标定，并利用空间点重建法以使每一组双目摄像头采集的两张图像与实际位置形成映射关系。

可选地，测距模块包括：第一测距单元、第二测距单元和第三测距单元；

第一测距单元设置在大车上，用于测量大车相对于大车轨道的纵向位置信息；

第二测距单元设置在小车上，用于测量小车相对于小车轨道的横位置信息；

第三测距单元设置在吊具下方，用于测量吊具相对于待吊装货物的位置信息；

其中，第一测距单元和第二测距单元均为红外测距仪，第三测距单元为超声波测距仪。

可选地，主控单元与第一测距单元、第二测距单元、第三测距单元和显示操作模块均采用无线通讯方式接收或发送信息。

一种桥式起重机自动控制方法，包括以下步骤：

101、主控单元获取第一图像采集模块的至少一对第一定位图像；

102、操作人员对显示操作模块显示的第一定位图像中的待吊装货物进行待吊装货物位置标记；

103、主控单元根据待吊装货物位置标记和第一定位图图像识别待吊装货物的位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的位置信息和大车、小车的位置信息分别向大车和小车发送各自的控制指令，以使大车带动小车到达待吊装货物的上方；

104、主控单元获取第二图像采集模块的第二定位图像，根据第二定位图像获取待吊装货物的精确位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的精确位置信息和大车、小车的位置信息向大车和小车发送各自的控制指令，以使吊具精确对准待吊装货物；

105、主控单元根据第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升，并控制大车、小车各自沿着横行或纵向轨道运动，以使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

可选地，步骤104还包括：

第二定位图像自动识别待吊装货物的精确位置信息，操作人员判断自动识别是否准确，若否，则操作人员通过显示操作模块指定精确位置信息。

可选地，在步骤104中还包括：

判断吊具与待吊装货物的横向和纵向的位置偏差是否小于预设值，若否，则重复执行步骤104直至吊具的位置相对与待吊装货物在横向和纵向偏差满足预设值，以精确调整吊具相对于待吊装货物的位置。

可选地，在步骤105中还包括：

在步骤105前主控单元获取吊具电机的电流值；

主控单元根据吊具电机的电流值，和/或第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升的速度；

在吊具装载待吊装货物前，根据第三测距单元测量的信息确定吊具相对于待吊装货物的距离小于预设值时，则降低吊具的钢丝线下放的速度；

在吊具装载待吊装货物后，主控单元根据吊具电机的电流值判断货物的重量并调整钢丝线下放或提升的速度。

可选的，

操作人员通过显示操作模块输入待吊装货物需要送达的指定位置。

一种桥式起重机，包括：总线、存储单元、通信单元、大车、小车、大车轨道、小车轨道、吊具、控制室和上述桥式起重机自动控制***；

主控单元、总线、存储单元和通信单元集成组成控制箱，所述控制箱设置在大车上；

所述控制室设置在货物所在厂房内，显示操作模块设置在控制室内；

第一图像采集模块的多组双目摄像头间隔设置，每一组双目摄像头对称设置在两侧大车轨道的下方；

大车设置在小车轨道的端部，所述大车带动小车轨道和第一测距单元沿纵向运动；

吊具设在小车上，小车带动吊具和第二测距单元沿横向运动，第二图像采集模块设置在小车上靠近吊具的一侧。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明***应用于货物吊装位置定位准确，节省了人工成本，大大提升了吊装货物的效率；此外，本发明结构简单、安全性好、可靠性高且易于维护能够广泛用于各种货物的吊装。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的桥式起重机自动控制***结构示意图

图2为本发明一实施例提供的基于桥式起重机自动控制***的桥式起重机机构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种桥式起重机自动控制***，包括：

第一图像采集模块、第二图像采集模块、测距模块、主控单元和显示操作模块；

第一图像采集模块设置在桥式起重机的在大车轨道下方，用于获取货物所在区域的第一定位图像；

举例来说，第一图像采集模块包括：至少一组双目摄像头；

双目摄像头间隔设置，且每一组双目摄像头对称设置在两侧的大车轨道下方；

其中，第一图像采集模块的每一组双目摄像头均通过预先标定，并利用空间点重建法以使每一组双目摄像头采集的两张图像与实际位置形成映射关系。

第二图像采集模块设置在桥式起重机的小车下方，用于获取货物所在区域的第二定位图像；

举例来说，第二图像采集模块为摄像头，其中，第一定位图像的像素为200万，第二定位图像模块的摄像头像素为300万；

显示操作模块用于显示图像，以使操作人员在图像上进行待吊装货物位置标记；

测距模块用于获取大车、小车和吊具的位置信息；

举例来说，测距模块包括：第一测距单元、第二测距单元和第三测距单元；

第一测距单元设置在大车上，用于测量大车相对于大车轨道的纵向位置信息；

第二测距单元设置在小车上，用于测量小车相对于小车轨道的横位置信息；

第三测距单元设置在吊具下方，用于测量吊具相对于待吊装货物的位置信息；

其中，第一测距单元和第二测距单元均为红外测距仪，第三测距单元为超声波测距仪。

主控单元用于接收待吊装货物位置标记、第一定位图像、第二定位图像、大车、小车和吊具的位置信息，并发送驱动大车沿着纵向设置的大车轨道运动、小车沿着横向设置的小车轨道运行和吊具下放或提升的控制指令，以使吊具下放或提升后到达待吊装货物所在区域，和/或使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

在本实施例中，主控模块与图像录入模块，主控单元与位测距模块、主控单元与显示操作模块均采用无线通讯方式接收或发送信息。

实施例二

一种基于实施例一的桥式起重机自动控制方法，包括以下步骤：

101、主控单元获取第一图像采集模块的至少一对第一定位图像；

举例来说，在本实施例中，主控单元的CPU为ARMCortex-A8，内核为AM5338处理器，主控单元使用Linux开发环境，移植OpenCV搭建嵌入式环境对图像处理；

102、操作人员对显示操作模块显示的第一定位图像中的待吊装货物进行待吊装货物位置标记，举例来说，显示操作模块上显示多个组图像；

进一步地，操作人利用点选识别方法，通过显示操作模块操作人员从全部的第一定位图像中选出一对第一定位图像并标记待吊装货，以获取待吊装货物位置标记；举例来说，主控单元识别待吊装货物位置标记，将待吊装货物进行高亮显示供操作人员确认。

103、主控单元根据待吊装货物位置标记和第一定位图图像识别待吊装货物的位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的位置信息和大车、小车的位置信息分别向大车和小车发送各自的控制指令，以使大车带动小车到达待吊装货物的上方；

举例来说，根据选定的第一定位图像，利用双目摄像头的内参数和外参数使用图形匹配和空间点重建法确定待吊装货物的位置信息；即空间任意点在双目摄像头分别呈像时，得到该点在两个图像上的坐标，在已知双目摄像头的内参数和外参数时，通过建立以该点的世界坐标为未知数的四个线性方程，并利用最小二乘法求解得到该点的世界坐标，进而获得该点的位置信息；

104、主控单元获取第二图像采集模块的第二定位图像，根据第二定位图像获取待吊装货物的精确位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的精确位置信息和大车、小车的位置信息向大车和小车发送各自的控制指令，以使吊具精确对准待吊装货物；

进一步地，步骤104还包括：

第二定位图像自动识别待吊装货物的精确位置信息，操作人员判断自动识别是否准确，若否，则操作人员通过显示操作模块指定精确位置信息；

在具体实施过程中，第二定位图像能够自动识别待吊装货物中心位置并以该中心位置形成封闭图形用以指示识别的结果，若操作人员判断识别结果不正确，即该封闭图形不是待吊取的货物时，过操作人员通过在显示操作模块上点选识别的方法给出正确的精准位置。

进一步地，在步骤104中还包括：

判断吊具与待吊装货物的横向和纵向的位置偏差是否小于预设值，若否，则重复执行步骤104直至吊具的位置相对与待吊装货物在横向和纵向偏差满足预设值，以精确调整吊具相对于待吊装货物的位置。

105、主控单元根据第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升，并控制大车、小车各自沿着横行或纵向轨道运动，以使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

在具体实施过程中，主控单元根据第一测距单元信息控制大车沿着纵向轨道运动，根据第二测距单元信息控制小车沿着横向轨道运动以使吊具带动货物到预先输入的或选定的位置。

举例来说，在步骤105前主控单元获取吊具电机的电流值；

主控单元根据吊具电机的电流值，和/或第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升的速度；

在吊具装载待吊装货物前，根据第三测距单元测量的信息确定吊具相对于待吊装货物的距离小于预设值时，则降低吊具的钢丝线下放的速度；

在吊具装载待吊装货物后，主控单元根据吊具电机的电流值判断货物的重量并调整钢丝线下放或提升的速度。

在本实施例中，操作人员通过显示操作模块输入待吊装货物需要送达的指定位置。

实施例三

本实施提供了一种桥式起重机，包括：

多组双目摄像头组成的第一图像采集模块、一个摄像头组成的第二图像采集模块位移检测模块、红外线测距仪组成的第一测距模块和红外线测距仪组成的第二测距模块、超声波检测仪组成的第三测距模块、触摸屏和按键组成的显示操作模块以及主控单元组成；起重机本体包括：大车、小车、吊具、大车轨道和小车轨道；

举例来说，如图2所示本实施例中第一图像采集模块包括三组双目摄像头，每一组双目摄像头对称安装在大车轨道的下方，用于采集厂房内货物的图像，摄像头拍摄的图像发送到主控单元用于识别货运箱的位置；在具体实施过程中，根据厂房的数量适当的调整双目摄像头的数量；

第一测距单元安装在大车本体上；第二测距单元安装在小车本体上；第三测距单元安装在吊具的钢丝线末端。

第二图像采集模块为一块摄像头安装在小车下方，用于精确识定位待吊装货物的中心位置。

主控单元安装在大车本体上或控制柜内，举例来说主控单元能够计算和储存且通过总线接口集成。

举例来说，该桥式起重机的工作过程如下：

201、设备启动运行后，第一图像采集模块实时记录厂房内货运箱情况，由操作员在触摸屏上点选需要起吊的货运箱；操作员点选完成后由***自动将其高亮显示并等待操作员确认，此时主控单元的计算单元从储存单元中对视频进行截图，截取当前有关货物的图片并进行处理。

202、位置识别并运行至吊装点：首先根据所选货运箱所在的最近的第一图像采集模块，计算位置区间，由于双目摄像头是成对的，因此使用双目定位准确定位货运箱位置。根据第一图像采集模块的图像定位能够准确确定目标货运箱的整***置，在大车轨道和小车轨道构成的平面xy坐标；而吊具的位置一直由超声波测距仪记录，通过安装在大车及小车上的红外线测距仪来计算吊具的绝对位置，即平面xy坐标；计算平面坐标差来获取大车和小车需要运行的方向及距离，同时给予起重机平移指令，同时横向和纵向上的红外测距仪实时记录所移动的距离，当距离达到输入的指令时停止小车及大车运行，此时已移动至目标位置。

203、吊具下放：程序控制吊具下放有两部分。第一部分下放，此时的放落速度较快，当超声波检测仪检测到吊具距离下方货运箱距离达到一定阈值时控制吊具收放装置进行第二部分下放，此时的下放速度较为缓慢，直至超声波检测模块采集到的距离信息达到预先设定的吊装距离阈值。两个部分中的下放速度可以根据需要进行设定。

进一步的将吊具连接至货运箱；举例来说，吊具上设置吊爪，吊爪至少为4个。在目标货运箱顶部侧面具有凹槽结构。该步骤采用自动操作方式，当吊具下放完成后自动收缩，然后控制吊具缓慢上升，当上升到一定距离后，吊具与货运箱之间的距离不变时，则确认已完成吊具的自动连接，否则重复此过程。在适当情况下可采用人工操作，采用人工操作时，由现场操作人员将各个吊爪与货运箱上的凹槽嵌入。

204、吊具提升小车运行至终点：由操作员在触摸屏上点选终点位置，此步骤也可以在201中完成。点选完成后若货运箱下放位置为地面会在屏幕上以红点显示位置中心点，若是堆叠到货运箱上方则以高亮显示目标货运箱。同样根据第一图像采集模块定位能够准确确定目标下放点的整***置，即平面xy坐标。然后根据当前位置与目标位置的差来计算需要运行的距离与方向，发送指令给起重机档位控制器。由于货运箱重量大小不一，可以根据电机电流来判断轻重载从而控制起重器运行速度。

吊具下放：主控单元控制吊具下放也分两部分，第一部分当货运箱在第一图像采集模块视野内且与下方地面或货运箱距离大于一定阈值时，以较快速度下放。当货运箱在第一图像采集模块视野外或与下方地面或货运箱距离小于一定阈值时进入第二阶段以较慢的速度进行下放，直至货物完成下放，吊具松开并收起上升。

举例来说，本实施例中，主控单元应用的Linux操作***，***的硬件组成中，ARM处理器是硬件平台以及整个***的核心，摄像头的作用就是采集视频图像，测距模块则是获取起重机的精确位移。还包括用于连接设备和进行数据的传输的总线接口和存储器。

Linux操作***的主要功能是为摄像头、储存、等提供驱动支持，同时作为核心的处理器，Linux操作***还担负着内存的分配管理、中断的管理、图像采集与处理任务的管理等任务。整个***启动后，首先***的驱动会对***相关的硬件进行初始化，然后***就会为图像的采集任务分配内存，将采集到的视频图像存储在缓冲区中，缓冲区里的图像信息也供应用程序操作和处理，并将处理结果进行输出。

应用程序时功能开发设计的部分，根据***的需要进行设计并依托于软硬件平台进行处理。此设计用户想要实现的主要是图像的采集和处理，应用程序首先是打开图像采集设备，对图像进行采集，将采集到的数据存储在***的缓冲区内，再通过用户程序结合处理算法对数据进行操作处理，进而有针对性的进行不同情况下的现场调试。

本发明***应用于货物吊装位置定位准确，节省了人工成本，大大提升了吊装货物的效率；此外，本发明结构简单、安全性好、可靠性高且易于维护能够广泛用于各种货物的吊装。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种桥式起重机自动控制***，其特征在于，包括：

第一图像采集模块、第二图像采集模块、测距模块、主控单元和显示操作模块；

第一图像采集模块设置在桥式起重机的在大车轨道下方，用于获取货物所在区域的第一定位图像；第二图像采集模块设置在桥式起重机的小车下方，用于获取货物所在区域的第二定位图像；显示操作模块用于显示图像，以使操作人员在图像上进行待吊装货物位置标记；测距模块用于获取大车、小车和吊具的位置信息；

主控单元用于接收待吊装货物位置标记、第一定位图像、第二定位图像、大车、小车和吊具的位置信息，并发送驱动大车沿着纵向设置的大车轨道运动、小车沿着横向设置的小车轨道运行和吊具下放或提升的控制指令，以使吊具下放或提升后到达待吊装货物所在区域，和/或使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，第一图像采集模块包括：至少一组双目摄像头；

双目摄像头间隔设置，且每一组双目摄像头对称设置在两侧的大车轨道下方；

其中，第一图像采集模块的每一组双目摄像头均通过预先标定，并利用空间点重建法以使每一组双目摄像头采集的两张图像与实际位置形成映射关系。

3.如权利要求2所述***，其特征在于，测距模块包括：第一测距单元、第二测距单元和第三测距单元；

第一测距单元设置在大车上，用于测量大车相对于大车轨道的纵向位置信息；

第二测距单元设置在小车上，用于测量小车相对于小车轨道的横位置信息；

第三测距单元设置在吊具下方，用于测量吊具相对于待吊装货物的位置信息；

其中，第一测距单元和第二测距单元均为红外测距仪，第三测距单元为超声波测距仪。

4.如权利要求3所述***，其特征在于，

主控单元与第一测距单元、第二测距单元、第三测距单元和显示操作模块均采用无线通讯方式接收或发送信息。

5.一种基于权利要求1至4任一所述***的桥式起重机自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、主控单元获取第一图像采集模块的至少一对第一定位图像；

102、操作人员对显示操作模块显示的第一定位图像中的待吊装货物进行待吊装货物位置标记；

103、主控单元根据待吊装货物位置标记和第一定位图图像识别待吊装货物的位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的位置信息和大车、小车的位置信息分别向大车和小车发送各自的控制指令，以使大车带动小车到达待吊装货物的上方；

104、主控单元获取第二图像采集模块的第二定位图像，根据第二定位图像获取待吊装货物的精确位置信息，根据第一测距单元和第二测距单元的信息分别获取大车、小车的位置信息；利用待吊装货物的精确位置信息和大车、小车的位置信息向大车和小车发送各自的控制指令，以使吊具精确对准待吊装货物；

105、主控单元根据第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升，并控制大车、小车各自沿着横行或纵向轨道运动，以使吊具带动待吊装货物到达指定位置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤104还包括：

第二定位图像自动识别待吊装货物的精确位置信息，操作人员判断自动识别是否准确，若否，则操作人员通过显示操作模块指定精确位置信息。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤104中还包括：

判断吊具与待吊装货物的横向和纵向的位置偏差是否小于预设值，若否，则重复执行步骤104直至吊具的位置相对与待吊装货物在横向和纵向偏差满足预设值，以精确调整吊具相对于待吊装货物的位置。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤105中还包括：

在步骤105前主控单元获取吊具电机的电流值；

主控单元根据吊具电机的电流值，和/或第三测距单元的信息控制吊钩的钢丝线下放或提升的速度；

在吊具装载待吊装货物前，根据第三测距单元测量的信息确定吊具相对于待吊装货物的距离小于预设值时，则降低吊具的钢丝线下放的速度；

在吊具装载待吊装货物后，主控单元根据吊具电机的电流值判断货物的重量并调整钢丝线下放或提升的速度。

9.根据权利要8所述的方法，其特征在于，

操作人员通过显示操作模块输入待吊装货物需要送达的指定位置。

10.一种桥式起重机，其特征在于，包括：

总线、存储单元、通信单元、大车、小车、大车轨道、小车轨道、吊具、控制室和上述桥式起重机自动控制***；

主控单元、总线、存储单元和通信单元集成组成控制箱，所述控制箱设置在大车上；

所述控制室设置在货物所在厂房内，显示操作模块设置在控制室内；

第一图像采集模块的多组双目摄像头间隔设置，每一组双目摄像头对称设置在两侧大车轨道的下方；

大车设置在小车轨道的端部，所述大车带动小车轨道和第一测距单元沿纵向运动；

吊具设在小车上，小车带动吊具和第二测距单元沿横向运动，第二图像采集模块设置在小车上靠近吊具的一侧。