CN110790136A - 一种基于图像识别及双脉冲控制防摇*** - Google Patents

一种基于图像识别及双脉冲控制防摇*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，涉及到防摇技术领域，包括高清高分辨率摄像头，其固定安装于小车钢梁上，所述高清高分辨率摄像头设置两个，两个所述高清高分辨率摄像头分别设置于钢丝绳两侧，另外所述钢丝绳的下方固定安装有吊具；蓝光发射器，所述蓝光发射器竖直安装于吊具上，并且所述高清高分辨率摄像头采集蓝光发射器所产生的蓝光与标定线之间的偏移角度和距离。本发明通过高清高分辨率摄像头采集吊具上的蓝光发射器至标定线的距离和偏移角度，并且发送至运算控制器中进行计算，然后利用双脉冲控制方式控制大车、小车的加减速时间，实现防摇，并且通过高清高分辨率摄像头采集反馈的偏移角度实现闭环控制。

Description

一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***
技术领域
本发明涉及防摇技术领域，特别涉及一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***。
背景技术
在进行货物吊装或者运输时，常用的桥式/门式起重机时常会出现货物摇摆的现象，因此需对桥式/门式起重机配置有防摇装置。目前常用的防摇方法包括电子防摇和机械防摇。
电子防摇是通过安装在变频器上的防摇卡进行控制，通过实时采集大车电机速度、小车电机速度、吊钩起升高度、载重量、环境风速等，经过防摇卡内部运算，最终对大车及小车的速度直接对变频器进行控制，从而达到防摇的效果；机械防摇则是通过小车架增加吊绳间距，并单独增加四台电机用以防摇控制，防摇电机控制连接在吊具上架新增的四根钢丝绳，实现防摇效果。现有的电子防摇，防摇效果不明显，吊具及货物会存在多次的振幅，驾驶员操作起来很难适应；机械防摇效果会好点，但其改造难度大，结构复杂，占用空间也大，实际运用场合单一。
因此，发明一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，包括：
高清高分辨率摄像头，其固定安装于小车钢梁上，所述高清高分辨率摄像头设置两个，两个所述高清高分辨率摄像头分别设置于钢丝绳两侧，另外所述钢丝绳的下方固定安装有吊具；
蓝光发射器，所述蓝光发射器竖直安装于吊具上，并且所述高清高分辨率摄像头采集蓝光发射器所产生的蓝光与标定线之间的偏移角度和距离；
运算控制器，用于计算所接收的数据，将高清高分辨率摄像头所采集到的蓝光发射器数据进行运算后得出吊具偏移角度及吊具高度，并且结合钟摆原理和运行中加减速度使用双脉冲控制方式，计算出合适的加减速度值与运行速度；
预算系数K，用于与计算出来的加减速度值进行对比，根据比对出的数据差进行加减速度值调整。
优选的，所述运算控制器的输入端设置有影像分析处理预算单元、I/O输入输出单元和通讯控制单元；
所述影像分析处理预算单元的输入端设置有用于采集高清高分辨率摄像头数据的影像采集单元；
所述I/O输入输出单元的输入端设置有用于接收原机启动及停止和速度信号的通讯反馈单元；
所述控制单元用于接收和控制原机大车、小车及升降变频器的信号和运行。
优选的，所述蓝光发射器设置成电池式蓝光发射器，另外所述标定线设置为高清高分辨率摄像头的镜头中间所产生垂直向下的光线，并且所述标定线的度数设置成0°。
优选的，所述通讯控制单元通过直接采集原机变频器信号，通过RS485通讯方式及其使用Modbus协议或者Profibus协议进行数据采集。
优选的，所述吊具高度的具体计算公式如下：
Figure BDA0002271576210000031
其中，
H：吊具当前高度；
H总：小车到地面高度；
P：采集的脉冲数；
P1：编码器每周脉冲数；
升降辊筒导槽部分直径；
n：动滑轮个数；
另外所述动滑轮是设置于吊具上，而所述升降辊筒是起重机的一个部分；
所述偏移角度的具体计算公式如下：
Figure BDA0002271576210000033
Figure BDA0002271576210000034
其中，
A：蓝光发射器发光长度与标定线坐标距离
Lx：蓝光发射器的发光长度；
α：蓝光发射器与标定线的角度；
β：高清高分辨率摄像头与蓝光发射器角度；
A0：蓝光发射器与标定线坐标距离。
优选的，所述钟摆原理具体为起重机在运行中加减速过程中货物摆动周期为
Figure BDA0002271576210000041
并且摆幅与摆速与行车对应运行方向的加速度成正比。
优选的，所述预算系数K的具体计算公式如下：
正脉冲阶段(0～T1)：
v1＝v0+a1*t1；
Figure BDA0002271576210000042
0脉冲阶段(T1～T2)：
s2＝v2*t2；
负脉冲阶段(T2～T3)：
v3＝vt-a3*t3；
Figure BDA0002271576210000043
总运动位置：
s＝s1+s2+s3；
Figure BDA0002271576210000045
优选的，所述预算系数K是经过多次运算得到的平均值。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过高清高分辨率摄像头采集吊具上的蓝光发射器至标定线的距离和偏移角度，并且发送至运算控制器中进行计算，然后利用双脉冲控制方式控制大车、小车的加减速时间，实现防摇，并且通过高清高分辨率摄像头采集反馈的偏移角度实现闭环控制；
2、本发明控制部分使用双脉冲控制方式，相比PID控制算法，有更快的响应时间；使用影像识别的方法，能够解决角度传感器位置不好确定的缺点，同时使用通讯或者4-20ma信号输出能更可靠以及具备断线检测功能，***投入使用防摇效果很明显，在进行定位控制时运行及停止基本感觉不到货物的摇晃。
附图说明
图1为本发明的高清高分辨率摄像头和蓝光发射器安装示意图。
图2为本发明的***控制结构示意图。
图3为本发明的蓝光发射器偏移度数和至标定线的距离示意图。
图4为本发明的双脉冲发送曲线。
图5为本发明的正脉冲曲线示意图。
图6为本发明的负脉冲曲线示意图。
图7为本发明的K调整不同数据后的曲线示意图。
图中：1、高清高分辨率摄像头；2、吊具；3、蓝光发射器；4、钢丝绳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1至图7所示的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，包括：
高清高分辨率摄像头1，其固定安装于小车钢梁上，高清高分辨率摄像头1设置两个，两个高清高分辨率摄像头1分别设置于钢丝绳4两侧，另外钢丝绳4的下方固定安装有吊具2；
蓝光发射器3，蓝光发射器3竖直安装于吊具2上，并且高清高分辨率摄像头1采集蓝光发射器3所产生的蓝光与标定线之间的偏移角度和距离；
运算控制器，用于计算所接收的数据，将高清高分辨率摄像头1所采集到的蓝光发射器3数据进行运算后得出吊具偏移角度及吊具2高度，并且结合钟摆原理和运行中加减速度使用双脉冲控制方式，计算出合适的加减速度值与运行速度；
预算系数K，用于与计算出来的加减速度值进行对比，根据比对出的数据差进行加减速度值调整。
通过上述的设置，利用双脉冲控制方式控制大车、小车的加减速时间，实现防摇，并且通过高清高分辨率摄像头1采集反馈的偏移角度实现闭环控制。
进一步的，运算控制器的输入端设置有影像分析处理预算单元、I/O输入输出单元和通讯控制单元；影像分析处理预算单元的输入端设置有用于采集高清高分辨率摄像头数据的影像采集单元；I/O输入输出单元的输入端设置有用于接收原机启动及停止和速度信号的通讯反馈单元；控制单元用于接收和控制原机大车、小车及升降变频器的信号和运行，更为具体的，通讯控制单元通过直接采集原机变频器信号，通过RS485通讯方式及其使用Modbus协议或者Profibus协议进行数据采集。
另外蓝光发射器3设置成电池式蓝光发射器，另外标定线设置为高清高分辨率摄像头1的镜头中间所产生垂直向下的光线，并且标定线的度数设置成0°。
结合图3所示，吊具2高度的具体计算公式如下：
Figure BDA0002271576210000071
其中，
H：吊具当前高度；
H总：小车到地面高度；
P：采集的脉冲数；
P1：编码器每周脉冲数；
Figure BDA0002271576210000072
升降辊筒导槽部分直径；
n：动滑轮个数；
另外动滑轮是设置于吊具上，而升降辊筒是起重机的一个部分；
偏移角度的具体计算公式如下：
Figure BDA0002271576210000081
Figure BDA0002271576210000082
其中，
A：蓝光发射器发光长度与标定线坐标距离
Lx：蓝光发射器的发光长度；
α：蓝光发射器与标定线的角度；
β：高清高分辨率摄像头与蓝光发射器角度；
A0：蓝光发射器与标定线坐标距离。
结合图4、图5、图6和图7所示，预算系数K的具体计算公式如下：
正脉冲阶段(0～T1)：
v1＝v0+a1*t1；
Figure BDA0002271576210000083
0脉冲阶段(T1～T2)：
s2＝v2*t2；
负脉冲阶段(T2～T3)：
v3＝vt-a3*t3；
Figure BDA0002271576210000084
总运动位置：
s＝s1+s2+s3；
Figure BDA0002271576210000085
Figure BDA0002271576210000091
更为具体的，钟摆原理具体为起重机在运行中加减速过程中货物摆动周期为并且摆幅与摆速与行车对应运行方向的加速度成正比，由此使用双脉冲控制方式，即计算一个正脉冲及一个负脉冲同时加到运算控制中，拟合成合理的加减速曲线，再加入实时获取摇摆的反馈角度，计算出合适的的加减速度值及运行速度，见图7，经过调整预算系数K，可得到K＝1时，计算出来的加减速值跟采集到的数据基本一致，由此将此速度转换为Modbus协议或者Profibus协议输出速度值至大小车变频器(***本身也可以输出4-20mA信号给不支持通讯方式的变频器)，实现吊钩货物的防摇控制
优选的，预算系数K是经过多次运算得到的平均值，其模型运动实际情况为：
设a1＝0.588888889，a3＝0.58888889，即t1＝4.5s，t3＝4.5s，vmax＝1760pulses/s，
vmin＝205pulses/s，扫描时间为50ms，如下为部分采集数据：
理论最大正脉冲位置：4422pulses；
实际最大正脉冲位置：3799pulses；
误差：623pulses；
理论最大负脉冲位置：4422pulses；
实际最大负脉冲：4468pulses；
误差：-46pulses；
理论最大正脉冲：3812pulses；
实际最大正脉冲位置：3789pulses；
误差：23pulses；
理论最大减速距离：4566pulses；
实际最大减速距离：4553pulses；
误差：16pulses。
更为具体的，本发明还提供了控制类模型参数，其具体如下：
电机最大转速：1420r/min；
电机速比：10；
电机齿轮比：5；
编码器分辨率：4096；
车轮直径：74mm；
车轮周长：232.4778524mm；
编码器单个脉冲对应长度：0.0567573mm；
变频器死区频率fd：约5.3Hz；
死区频率对应速度vd：11.67085784mm/s(205pulses/s)；
最高速度vmax：110.0395168mm/s(1936pulses/s)。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于，包括：
高清高分辨率摄像头，其固定安装于小车钢梁上，所述高清高分辨率摄像头设置两个，两个所述高清高分辨率摄像头分别设置于钢丝绳两侧，另外所述钢丝绳的下方固定安装有吊具；
蓝光发射器，所述蓝光发射器竖直安装于吊具上，并且所述高清高分辨率摄像头采集蓝光发射器所产生的蓝光与标定线之间的偏移角度和距离；
运算控制器，用于计算所接收的数据，将高清高分辨率摄像头所采集到的蓝光发射器数据进行运算后得出吊具偏移角度及吊具高度，并且结合钟摆原理和运行中加减速度使用双脉冲控制方式，计算出合适的加减速度值与运行速度；
预算系数K，用于与计算出来的加减速度值进行对比，根据比对出的数据差进行加减速度值调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：所述运算控制器的输入端设置有影像分析处理预算单元、I/O输入输出单元和通讯控制单元；
所述影像分析处理预算单元的输入端设置有用于采集高清高分辨率摄像头数据的影像采集单元；
所述I/O输入输出单元的输入端设置有用于接收原机启动及停止和速度信号的通讯反馈单元；
所述控制单元用于接收和控制原机大车、小车及升降变频器的信号和运行。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：所述蓝光发射器设置成电池式蓝光发射器，另外所述标定线设置为高清高分辨率摄像头的镜头中间所产生垂直向下的光线，并且所述标定线的度数设置成0°。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：所述通讯控制单元通过直接采集原机变频器信号，通过RS485通讯方式及其使用Modbus协议或者Profibus协议进行数据采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：；
所述吊具高度的具体计算公式如下：
Figure FDA0002271576200000021
其中，
H：吊具当前高度；
H总：小车到地面高度；
P：采集的脉冲数；
P1：编码器每周脉冲数；
Figure FDA0002271576200000022
升降辊筒导槽部分直径；
n：动滑轮个数；
另外所述动滑轮是设置于吊具上，而所述升降辊筒是起重机的一个部分；
所述偏移角度的具体计算公式如下：
Figure FDA0002271576200000031
Figure FDA0002271576200000032
其中，
A：蓝光发射器发光长度与标定线坐标距离
Lx：蓝光发射器的发光长度；
α：蓝光发射器与标定线的角度；
β：高清高分辨率摄像头与蓝光发射器角度；
A0：蓝光发射器与标定线坐标距离。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：所述钟摆原理具体为起重机在运行中加减速过程中货物摆动周期为并且摆幅与摆速与行车对应运行方向的加速度成正比。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：
所述预算系数K的具体计算公式如下：
正脉冲阶段(0～T1)：
v1＝v0+a1*t1；
Figure FDA0002271576200000033
0脉冲阶段(T1～T2)：
s2＝v2*t2；
负脉冲阶段(T2～T3)：
v3＝vt-a3*t3；
Figure FDA0002271576200000041
总运动位置：
s＝s1+s2+s3；
Figure FDA0002271576200000042
Figure FDA0002271576200000043
8.根据权利要求7所述的一种基于图像识别及双脉冲控制防摇***，其特征在于：所述预算系数K是经过多次运算得到的平均值。
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