一种桥式起重机吊钩位置测量方法

本发明涉及起重机领域，具体地，涉及一种桥式起重机吊钩位置测量方法。

背景技术：

桥式起重机是一类起重机械，俗称天车或者行车,桥式起重机主要由桥架、大车运行机构、小车运行机构、钢丝绳及吊钩等几部分组成。

桥式起重机运行时，当其大车或小车运行机构加减速行驶运动时，由于钢丝绳是柔性的，吊重会产生类似单摆的晃动，在运行机构停止时，该晃动更加剧烈，并且这种晃动会影响起重机吊装摆放吊重的准确度，影响桥式起重机的工作效率。目前，大多数的吊钩防摇操作仅依靠起重机操作员的经验，这种防摇控制方法往往依赖人为因素，已经无法适应当今桥式起重机的发展需求，需要一种桥式起重机吊钩防摇控制技术。

实现桥式起重机吊钩防摇控制的前提是对桥式起重机吊钩位置的准确获得，现有吊钩位置测量方法多采用在吊钩上安装角度传感器直接测量其与水平方向夹角，此方法是一种接触性的测量方法，需要在吊钩上设置角度传感器安装装置，增加了吊钩结构的复杂性。同时吊钩在与吊物对接时，不可避免的产生刚性接触，会使角度传感器产生额外振动或者摩擦，从而降低角度传感器的正常使用寿命。采用基于机器视觉的测量方法具有无接触，使用寿命长等优点，适合运动物体位置的实时测量。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种桥式起重机吊钩位置测量方法，实时获得桥式起重机吊钩位置，此测量方法可应用于桥式起重机吊钩防摇控制中，为桥式起重机吊钩防摇控制提供前期基础支持。

为实现上述目的，本发明提供一种桥式起重机吊钩位置测量方法，该方法包括以下步骤：

s1：左、右摄像机实时对桥式起重机吊钩特征标志物进行同时捕捉拍摄，获得左右两幅图像；

s2：对所述左右两幅图像进行图像处理；

s3：对所述图像处理后的左右两幅图像进行所述吊钩特征标志物处理，分别获得所述左右两幅图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标；

s4：由所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标通过双目视觉立体成像原理获得吊钩位置。

进一步的，所述左、右摄像机对称安装在桥式起重机的桥架两端，所述左、右摄像机的摄像机光学中心在平行于桥架的同一直线上，所述吊钩特征标志物在工作范围空间运动时都能够被所述左、右摄像机捕捉到。

进一步的，所述吊钩特征标志物为吊钩上涂覆有颜色涂料的圆形区域，所述颜色涂料易于被左、右摄像机捕捉。

进一步的，所述图像处理包括进行高斯滤波处理、图像增强处理、图像灰度化处理。

进一步的，所述步骤s3中包括以下步骤：

第一步：对所述步骤s2处理后的所述左右两幅图像进行自适应二值化处理，所述自适应二值化处理为根据所述吊钩特征标志物与非吊钩特征标志物图像灰度化处理后的灰度值不同，将所述吊钩特征标志物像素值为1，将非吊钩特征标志物像素值为0，所述非吊钩特征标志物为所述左右两幅图像中除所述吊钩特征标志物以外的其它物体和背景；

第二步：通过以下公式(1)，公式(2)计算获得左图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标(x1,y1)和右图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标(x2,y2):

其中：

x1为左图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素x方向坐标，y1为左图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素y方向坐标，为左图像中所有像素值为1的像素x方向的坐标值和，为左图像中所有像素值为1的像素y方向的坐标值和，n1为左图像中所有像素值为1的像素点个数；

x2为右图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素x方向坐标，y2为右图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素y方向坐标，为右图像中所有像素值为1的像素x方向的坐标值和，为右图像中所有像素值为1的像素y方向的坐标值和，n2为右图像中所有像素值为1的像素点个数。

进一步的，由所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标通过双目视觉立体成像原理获得吊钩位置的具体方法包括：

第一步：由所述像素二维坐标(x1,y1)和所述像素二维坐标(x2,y2)通过以下公式(3)，公式(4)和公式(5)求得吊钩世界坐标(xw,yw,zw)：

其中：

xw，yw，zw为所述吊钩在世界坐标系中的坐标，b为所述左、右摄像机之间直线距离，f为所述左、右摄像机的光学焦距；

第二步：所述吊钩位置由吊钩世界坐标(xw,yw,zw)确定。

采用本发明的一种桥式起重机吊钩位置测量方法，具有如下技术效益：

(1)能够实现无接触、无需增加吊钩结构实时获得桥式起重机吊钩位置，避免因接触测量降低测量系统使用寿命的问题和因增加吊钩结构无法对现有吊重进行吊装的问题的产生；

(2)获得的桥式起重机吊钩位置可应用于桥式起重机吊钩防摇控制中，为桥式起重机吊钩防摇控制提供前期基础支持。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的桥式起重机吊钩位置测量方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施方式的桥式起重机吊钩位置测量方法第一角度示意图；

图3示出了根据本发明的实施方式的桥式起重机吊钩位置测量方法第二角度示意图；

图4示出了根据本发明的实施方式的桥式起重机吊钩位置测量方法第三角度示意图；

图5示出了双目视觉立体视觉成像原理；

附图标记说明

1立柱；2轨道；3左摄像机；4桥架；5小车；6钢丝绳；7右摄像机；8吊钩；9虚拟摄像机光线，10吊钩特征标志物。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种桥式起重机吊钩位置测量方法，下面结合图1来描述根据本发明的一种桥式起重机吊钩测量方法，该方法包括以下步骤：

s1：左、右摄像机实时对桥式起重机吊钩特征标志物进行同时捕捉拍摄，获得左右两幅图像；

s2：对所述左右两幅图像进行图像处理；

s3：对所述图像处理后的左右两幅图像进行所述吊钩特征标志物处理，分别获得所述左右两幅图像中所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标；

s4：由所述吊钩特征标志物中心点的像素二维坐标通过双目视觉立体成像原理获得吊钩位置。

一种优选实施例中，如图2所示，该优选实施例中包括立柱1、轨道2、左摄像机3、桥架4、小车5、钢丝绳6、右摄像机7、吊钩8、虚拟摄像机光线9。

需要说明的是，左、右摄像机指的是左摄像机3和右摄像机7。

一种优选实施例中，所述左摄像机3和右摄像机7对称安装在桥式起重机的所述桥架4两端，使得所述左摄像机3和右摄像机7的摄像机光学中心在平行于桥架的同一直线上，并使所述吊钩特征标志物10在工作范围空间运动时都能够被所述左摄像机3和右摄像机7同时捕捉到。

一种优选实施例中，如图4，所述吊钩特征标志物10为吊钩上涂覆有颜色涂料的圆形区域，所述颜色涂料易于被左、右摄像机捕捉。

一种优选实施例中，所述左摄像机3和右摄像机7对吊钩特征标志物10进行同时捕捉拍摄，获得左右两幅图像。

需要说明的是，本申请实施例中的左右两幅图像指的是，同一时刻，由左摄像机3获得一副图像，由右摄像机7获得一副图像，两幅图像为左右两幅图像。

一种优选实施例中，所述步骤s2中所述图像处理包括进行高斯滤波处理、图像增强处理、图像灰度化处理。

一种优选实施例中，所述步骤s3中包括以下步骤：

第一步：对所述步骤s2处理后的所述左右两幅图像进行自适应二值化处理，所述自适应二值化处理为根据所述吊钩特征标志物10与非吊钩特征标志物图像灰度化处理后的灰度值不同，将所述吊钩特征标志物10像素值为1，将非吊钩特征标志物像素值为0，所述非吊钩特征标志物为所述左右两幅图像中除所述吊钩特征标志物10以外的其它物体和背景；

第二步：通过以下公式(1)，公式(2)计算获得左图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素二维坐标(x1,y1)和右图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素二维坐标(x2,y2):

其中：

x1为左图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素x方向坐标，y1为左图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素y方向坐标，为左图像中所有像素值为1的像素x方向的坐标值和，为左图像中所有像素值为1的像素y方向的坐标值和，n1为左图像中所有像素值为1的像素点个数；

x2为右图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素x方向坐标，y2为右图像中所述吊钩特征标志物10中心点的像素y方向坐标，为右图像中所有像素值为1的像素x方向的坐标值和，为右图像中所有像素值为1的像素y方向的坐标值和，n2为右图像中所有像素值为1的像素点个数。

一种优选实施例中，由所述吊钩特征标志物10中心点的像素二维坐标通过双目视觉立体成像原理获得吊钩位置的具体方法包括：

第一步：由所述像素二维坐标(x1,y1)和所述像素二维坐标(x2,y2)通过以下公式(3)，公式(4)和公式(5)求得吊钩世界坐标(xw,yw,zw)：

其中：

xw，yw，zw为所述吊钩在世界坐标系中的坐标，b为所述左摄像机3和右摄像机7之间的直线距离，f为所述左摄像机3和右摄像机7的光学焦距；

第二步：所述吊钩位置由吊钩世界坐标(xw,yw,zw)确定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。