CN112079257A - 一种基于图像采集的吊物重心位置监测***及方法 - Google Patents

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王敏学
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Abstract

一种基于图像采集的吊物重心位置监测***及方法，包括：用于处理数据的数据处理***；与数据处理***连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***，所述图像采集***设置在天车车架下方；与数据处理***连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器，所述转动角度测量器设置在天车卷筒上。本发明相较于现有技术，能够检测天车所吊货物的重心，实时监测货物重心的变化，为天车控制提供依据，提高天车运行速率，提高生产效率。

Description

一种基于图像采集的吊物重心位置监测***及方法
技术领域
本发明涉及一种吊物重心位置检测***，具体涉及一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，属于港口机械技术领域。本发明还涉及一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法。
背景技术
随着全球贸易量的不断提高，港口的吞吐量要求越来越高。在港口不扩建的前提下，提高港口门式起重机天车的运行效率，能够大大提高港口门式起重机的工作效率。
但天车运行是一个非常复杂的非线性***，主要分为3个控制部分：起动阶段、稳定运行阶段、制动阶段。在这三个阶段中，由于天车与货物为柔性连接，货物相对于天车形成摆动。会极大影响天车运行过程中的平稳性，使得天车在整个运行过程中不稳定，运行速度慢，极大影响生产效率，若到达目的地时，货物还存在摆动，则天车还需要额外的操作使得货物停止摆动，浪费时间。同时，还容易导致安全事故的发生。
一般在起动阶段，通过控制小车的加速度，实现吊摆消摆，在消摆位置小车速度达到全速，随后的中间过程，小车以最大速度匀速无摆前进，这样在作业过程中大部分时间，小车速度最高运行。当小车接近目标位置时，同样通过控制小车的加速度，实现与起动阶段相反的过程。当达到卸料目的地时，吊摆完成消摆。卸料过程为静态卸料，吊具在目标位置上方。也就是说无论是起动阶段、稳定运行阶段、制动阶段中的哪一个阶段，都必须对货物的实时重心位置进行检测，从而才能更好的控制货物的平稳运行。
因此，如何提供一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，能够检测天车所吊货物的重心，实时监测货物重心的变化，为天车控制提供依据，提高天车运行速率，提高生产效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明能够检测天车所吊货物的重心，实时监测货物重心的变化，为天车控制提供依据，提高天车运行速率，提高生产效率。本发明提供一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：用于处理数据的数据处理***；与数据处理***连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***，所述图像采集***设置在天车车架下方；与数据处理***连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器，所述转动角度测量器设置在天车卷筒上。
根据本发明的第一个实施方案，提供的一种基于图像采集的吊物重心位置监测***。
一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：用于处理数据的数据处理***；与数据处理***连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***，所述图像采集***设置在天车车架下方；与数据处理***连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器，所述转动角度测量器设置在天车卷筒上。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述图像采集***用于识别吊具相对天车摆动位移具体为，所述图像采集***包括：设置在吊具上端的待捕捉标记；设置在天车车架下方，用于实时获取待捕捉标记位置的标记捕捉装置。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述图像采集***与所述数据处理***连接连接具体为：所述标记捕捉装置通过信号与数据处理***连接。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述标记捕捉装置为摄像头。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述标记捕捉装置为红外探测器，所述待捕捉标记为红外发射器。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述标记捕捉装置为雷达探测器，所述待捕捉标记为雷达波反射器。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述转动角度测量器用于监测吊绳伸出长度具体为，所述转动角度测量器的转动轴与天车卷筒的转动轴同轴连接。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述转动角度测量器为绝对式编码器。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述转动角度测量器为多盘绝对式编码器。
根据本发明的第二个实施方案，提供的一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法。
一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法，包括以下步骤：识别天车吊起货物后的摆长L；实时识别沿天车运动方向天车与货物的相对位移d；计算货物相对天车的摆动角度θ；以摆长L和摆动角度θ建立天车与货物重心的极坐标运动轨迹模型。
在本发明中，提供一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：用于处理数据的数据处理***；与数据处理***连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***，所述图像采集***设置在天车车架下方；与数据处理***连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器，所述转动角度测量器设置在天车卷筒上。本申请涉及的基于图像采集的吊物重心位置监测***，相较于现有技术而言，通过图像采集***识别吊具相对天车的实时摆动位移，通过转动角度测量器监测吊绳伸出长度，即可知道吊物重心的高度。吊具连接货物，即吊具连接吊物。数据处理***通过吊绳伸出的长度，即吊具相对天车的摆动位移，既可以计算出吊绳任意时间摆动的角度。通过建立吊绳摆动角度和吊绳长度即可以建立极坐标模型。该极坐标模型能够实时反映出天车运动过程中物体重心的位置变化情况，达到监测吊物重心位置的目的。从而，为天车控制提供依据，提高天车运行速率，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例中基于图像采集的吊物重心位置监测***的整体结构图；
图2为本发明实施例中基于图像采集的吊物重心位置监测方法的流程图。
1：数据处理***；2：图像采集***；201：待捕捉标记；202：标记捕捉装置；3：转动角度测量器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
根据本发明的第一个实施方案，提供的一种基于图像采集的吊物重心位置监测***。
一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：用于处理数据的数据处理***1；与数据处理***1连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***2，所述图像采集***2设置在天车车架下方；与数据处理***1连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器3，所述转动角度测量器3设置在天车卷筒上。
如图1所示，本申请所涉及的一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：数据处理***1、图像采集***2、和转动角度测量器3。其中数据处理***1用于处理数据；图像采集***2与数据处理***1连接，图像采集***2用于识别吊具相对天车摆动位移，所述图像采集***2设置在天车车架下方；转动角度测量器3与数据处理***1连接，转动角度测量器3用于监测吊绳伸出长度，所述转动角度测量器3设置在天车卷筒上。本申请涉及的基于图像采集的吊物重心位置监测***，相较于现有技术而言，通过图像采集***2识别吊具相对天车的实时摆动位移，通过转动角度测量器3监测吊绳伸出长度，即可知道吊物重心的高度。吊具连接货物，即吊具连接吊物。数据处理***1通过吊绳伸出的长度，即吊具相对天车的摆动位移，既可以计算出吊绳任意时间摆动的角度。通过建立吊绳摆动角度和吊绳长度即可以建立极坐标模型。该极坐标模型能够实时反映出天车运动过程中物体重心的位置变化情况，达到监测吊物重心位置的目的。从而，为天车控制提供依据，提高天车运行速率，提高生产效率。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述图像采集***2用于识别吊具相对天车摆动位移具体为，所述图像采集***2包括：设置在吊具上端的待捕捉标记201；设置在天车车架下方，用于实时获取待捕捉标记201位置的标记捕捉装置202。
需要说明的是，待捕捉标记201跟随吊具运动。检测待捕捉标记201的运动状况即可以知道货物相对天车的摆动位移。标记捕捉装置202获取待捕捉标记201的运动状况。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述图像采集***2与所述数据处理***1连接连接具体为：所述标记捕捉装置202通过信号与数据处理***1连接。
需要说明的是，标记捕捉装置202与数据处理***1通过信号连接。数据处理***1通过标记捕捉装置202获取包含吊物运动轨迹的实时图像。通过图像分析，视频标记物追踪方法。数据处理***1即可以实时的获取货物相对天车摆动的位移情况。结合sinθ＝d/L，即可以得到货物的摆动角度。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述标记捕捉装置202为摄像头。
需要说明的是，捕捉装置为摄像头，数据处理***1获取摄像头的图像视频数据后，对图像视频数据进行实时分析。从而获取货物相对天车的摆动位移。
需要进一步说明的是，摄像头安装于天车车架的底部；并在摄像头正下方，吊具上安装识别标志。在天车运行过程中，连续抓拍识别标志的摆动位置，并把采集的所有帧图像传入数据处理***(工控一体机)。图像采集***的图像采集必须与采集时刻同步，此时得到的采集数据才是有效数据。设计采用Microscan专业的视觉工具处理，通过模板匹配工具，对视野内的特征进匹配定位得出特征的坐标。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述标记捕捉装置202为红外探测器，所述待捕捉标记201为红外发射器。
需要说明的是，标记捕捉装置202为红外探测器，而待捕捉标记201为红外发射器。可使得标记捕捉装置202无论夜晚或晚上均清楚的获取吊具运动的图像信息。普通的摄像头受光线的影响大，夜晚无法无法捕捉图像视频信息。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述标记捕捉装置202为雷达探测器，所述待捕捉标记201为雷达波反射器。
需要说明的是，采用红外探测器在白天的时候，由于气温高。红外信号容易受到外界物体散发的红外线的影响，在实施例中，采用雷达探测器与雷达波发射器配合。由于雷达精度高，区分度高。所以能更好的实时采集货物相对天车的位移。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述转动角度测量器3用于监测吊绳伸出长度具体为，所述转动角度测量器3的转动轴与天车卷筒的转动轴同轴连接。
需要说明的是，转动角度测量器3能够实时监测天车卷筒收放吊绳时的转动情况，即可知道伸出吊绳的长度，即可知道货物的摆长d。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述转动角度测量器3为绝对式编码器。
需要说明的是，采用编码器能够准确的检测天车卷筒的转动角度。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述转动角度测量器3为多盘绝对式编码器。
需要说明的是，多盘绝对式编码器相对于单盘绝对式编码器能够测量更多圈数的转动角度。
需要进一步说明的是，绝对编码器，主要用于计算吊绳的实际长度，在建立初步模型建立时，吊物重心估算的重要参数之一。绝对编码器分为单圈和多圈。单圈绝对式编码器，以转动中测量光码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量。多圈绝对式编码器，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮，多组码盘)，在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围。在实验过程中，我们采取多圈绝对式编码器。
根据本发明的第二个实施方案，提供的一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法。
一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法，包括以下步骤：识别天车吊起货物后的摆长L；实时识别沿天车运动方向天车与货物的相对位移d；计算货物相对天车的摆动角度θ；以摆长L和摆动角度θ建立天车与货物重心的极坐标运动轨迹模型。
需要说明的是，极坐标模型为y＝(L,θ)
实施例1
一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，包括：用于处理数据的数据处理***1；与数据处理***1连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***2，所述图像采集***2设置在天车车架下方；与数据处理***1连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器3，所述转动角度测量器3设置在天车卷筒上。
实施例2
重复实施例1，只是所述图像采集***2用于识别吊具相对天车摆动位移具体为，所述图像采集***2包括：设置在吊具上端的待捕捉标记201；设置在天车车架下方，用于实时获取待捕捉标记201位置的标记捕捉装置202。
实施例3
重复实施例2，只是所述图像采集***2与所述数据处理***1连接连接具体为：所述标记捕捉装置202通过信号与数据处理***1连接。
实施例4
重复实施例3，只是所述标记捕捉装置202为摄像头。
实施例5
重复实施例4，只是所述标记捕捉装置202为红外探测器，所述待捕捉标记201为红外发射器。
实施例6
重复实施例5，只是所述标记捕捉装置202为雷达探测器，所述待捕捉标记201为雷达波反射器。
实施例7
重复实施例6，只是所述转动角度测量器3用于监测吊绳伸出长度具体为，所述转动角度测量器3的转动轴与天车卷筒的转动轴同轴连接。
实施例8
重复实施例7，只是所述转动角度测量器3为绝对式编码器。
实施例9
重复实施例8，只是所述转动角度测量器3为多盘绝对式编码器。
实施例10
一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法，包括以下步骤：识别天车吊起货物后的摆长L；实时识别沿天车运动方向天车与货物的相对位移d；计算货物相对天车的摆动角度θ；以摆长L和摆动角度θ建立天车与货物重心的极坐标运动轨迹模型。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，包括：
用于处理数据的数据处理***；
与数据处理***连接，用于识别吊具相对天车摆动位移的图像采集***，所述图像采集***设置在天车车架下方；
与数据处理***连接，用于监测吊绳伸出长度的转动角度测量器，所述转动角度测量器设置在天车卷筒上。
2.根据权利要求1所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述图像采集***用于识别吊具相对天车摆动位移具体为，所述图像采集***包括：设置在吊具上端的待捕捉标记；设置在天车车架下方，用于实时获取待捕捉标记位置的标记捕捉装置。
3.根据权利要求2所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述图像采集***与所述数据处理***连接连接具体为：所述标记捕捉装置通过信号与数据处理***连接。
4.根据权利要求3所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述标记捕捉装置为摄像头。
5.根据权利要求3所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述标记捕捉装置为红外探测器，所述待捕捉标记为红外发射器。
6.根据权利要求3所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述标记捕捉装置为雷达探测器，所述待捕捉标记为雷达波反射器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述转动角度测量器用于监测吊绳伸出长度具体为，所述转动角度测量器的转动轴与天车卷筒的转动轴同轴连接。
8.根据权利要求7所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述转动角度测量器为绝对式编码器。
9.根据权利要求8所述的基于图像采集的吊物重心位置监测***，其特征在于，所述转动角度测量器为多盘绝对式编码器。
10.一种基于图像采集的吊物重心位置监测方法，其特征在于，包括以下步骤：识别天车吊起货物后的摆长L；
实时识别沿天车运动方向天车与货物的相对位移d；
计算货物相对天车的摆动角度θ；
以摆长L和摆动角度θ建立天车与货物重心的极坐标运动轨迹模型。
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