一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法，实时识别并跟踪吊钩摆动轨迹，根据其摆动的角度、幅度和频率，在大小车加(减)速时自适应控制调整大小车的加减速频率曲线，实现智能防摇功能。本发明专利技术针对吊重的闭环实时防摇，适应力强，防摇效果好。

An anti sway control method of crane based on machine vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法
本专利技术涉及机器视觉的应用和运动控制方法，尤其涉及一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法。
技术介绍
随着经济贸易全球化的迅速发展，作为重要物流工具的起重机正向着多参数、大型化发展。由于悬吊钢丝绳长度的增大，运行速度的提高，司机视距的不断加大，跟钩操作越来越困难，这使得在消除负载摆动和迅速准确实现精准起吊与落载上花费越来越多的时间，极大地影响了生产效率，并造成了安全隐患。起重机防摇摆技术正在得到越来越广泛的重视。目前常用的起重机防摇摆技术主要包括机械式防摇和电子式防摇两种。机械式防摇摆系统通过机械手段来消耗摆动能量的被动防摇，消耗时间长而且效果跟司机经验相关。电子式防摇摆系统将防摇和行车控制相结合，依靠系统智能的主动防摇。传统的起重机电子防摇是典型的开环系统，基本上都是绳长走固定加减速曲线来防摇；这种防摇只能针对初始吊钩是静止的情况，而实际的工况是起重机加速或减速前吊钩大都已经开始摆动，这时开环的电子防摇不止不防摇，而且可能加剧吊钩的摆动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所述涉及到的缺陷，提供一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法，包含以下步骤：步骤1)，在起重机上小车设置工业相机以实时采集吊钩图像，并将采集到的吊钩图像传递给起重机的工控机；步骤2)，工控机根据采集的图像基于机器视觉技术实时追踪吊钩摆动轨迹，获得吊钩的动角度摆动幅度和摆动周期ωx；步骤3)，固定绳长的吊重系统吊钩摆动方程如下：式中，l表示绳长，g表示重力加速度，x表示起重机运动机构的水平位移，表示运动机构的加速度，θx表示吊重摆角，表示吊重摆角角加速度；当起重机大小车需要加速或减速时，将该时刻t0的摆动角度和摆动幅度作为方程(1)的初始条件，代入方程(1)，求得吊重的加/减速时间t和加/减速度a，使得在运动机构加速或减速完成时吊重的摆角θx和角速度最小；步骤4)，工控机将计算出来的吊重的加/减速时间t和加/减速度a的传递给可编程逻辑控制器PLC，PLC基于起重机大小车电机的转速、车轮直径和减速比参数将加/减速时间和加/减速度转化成实时的频率曲线后传递给起重机的变频器，精确驱动电机的加减速。作为本专利技术一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法进一步的优化方案，步骤3)中求解方程(1)时的具体步骤如下：令大小车的加减速过程为3段，每段为匀加/减速运动；求得加/减速时间t＝{t1,t2,t3}和加/减速度a＝{a1,a2,a3}；加/减速时间和加/减速度满足约束方程：其中t0和v0分别为加/减速前的时间和速度，ts和vs分别为加/减速完成时的时间和速度；将所有满足方程(2)的加速度a和加速时间t代入方程(1)，加/减速完成时吊重的摆角θx和角速度最小的为最优解。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：相比较之前的开环防摇方法，基于视觉的防摇系统是真正的针对吊钩的闭环实时防摇控制系统，适应力强，特别适合是起重机加速或减速前吊钩大都已经开始摆动的实际的工况防摇效果好。附图说明图1是基于机器视觉的起重机防摇摆控制系统框图；图2是基于机器视觉的起重机防摇摆控制软件框图；图3是实测防摇摆曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。本专利技术公开了一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法，硬件部分该包括安装在起重机小车上的工业相机(用于拍摄起重机吊钩)，安装在控制柜中的工控机，可编程控制器(PLC)和驱动大小车运行的变频器，如图1所示。软件包括基于工控机的检测吊钩轨迹的机器视觉算法、防摇算法和基于可编程逻辑控制器的驱动模块，如图2所示。该系统实时识别并跟踪吊钩摆动轨迹，根据其摆动的角度、幅度和频率，在大小车加(减)速时自适应控制调整大小车的加减速曲线，实现智能防摇功能。基于视觉的防摇系统是真正的针对吊钩的闭环实时防摇控制系统，适应力强，防摇效果好。本专利技术一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法具体包含以下步骤：步骤1)，在起重机上小车设置工业相机以实时采集吊钩图像，并将采集到的吊钩图像传递给起重机的工控机；步骤2)，工控机根据采集的图像基于机器视觉技术实时追踪吊钩摆动轨迹，获得吊钩的动角度摆动幅度和摆动周期ωx；步骤3)，固定绳长的吊重系统吊钩摆动方程如下：式中，l表示绳长，g表示重力加速度，x表示起重机运动机构的水平位移，表示运动机构的加速度，θx表示吊重摆角，表示吊重摆角角加速度；当起重机大小车需要加速或减速时，将该时刻t0的摆动角度和摆动幅度作为方程(1)的初始条件，代入方程(1)，求得吊重的加/减速时间t和加/减速度a，使得在运动机构加速或减速完成时吊重的摆角θx和角速度最小；为了加速方程的求解，令大小车的加减速过程为3段，每段为匀加/减速运动；求得加/减速时间t＝{t1,t2,t3}和加/减速度a＝{a1,a2,a3}；加/减速时间和加/减速度满足约束方程：其中t0和v0分别为加/减速前的时间和速度，ts和vs分别为加/减速完成时的时间和速度；将所有满足方程(2)的加速度a和加速时间t代入方程(1)，加/减速完成时吊重的摆角θx和角速度最小的为最优解；步骤4)，工控机将计算出来的吊重的加/减速时间t和加/减速度a的传递给可编程逻辑控制器PLC，PLC基于起重机大小车电机的转速、车轮直径和减速比参数将加/减速时间和加/减速度转化成实时的频率曲线后传递给起重机的变频器，精确驱动电机的加减速。图3为实测基于的防摇曲线。图中横坐标是时间，单位是100毫秒；纵坐标是工业相机吊钩偏移距离，单位是毫米。波浪形曲线为系统识别出的吊钩摆动轨迹，另外一条曲线为电机的转速，单位是10转/分钟。由图3可以看出，在起重机在运动之前，吊钩已有一定幅度摆动(幅度约为180mm)，由于本系统基于机器视觉实时跟踪吊钩摆动轨迹，带入摆动方程，经过对加速和减速两个阶段的调整之后，摆动幅度明显减小，当行车停止时摆动幅度只有8mm。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法，其特征在于，包含以下步骤：/n步骤1)，在起重机上小车设置工业相机以实时采集吊钩图像，并将采集到的吊钩图像传递给起重机的工控机；/n步骤2)，工控机根据采集的图像基于机器视觉技术实时追踪吊钩摆动轨迹，获得吊钩的动角度

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的起重机防摇摆控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1)，在起重机上小车设置工业相机以实时采集吊钩图像，并将采集到的吊钩图像传递给起重机的工控机；
步骤2)，工控机根据采集的图像基于机器视觉技术实时追踪吊钩摆动轨迹，获得吊钩的动角度摆动幅度和摆动周期ωx；
步骤3)，固定绳长的吊重系统吊钩摆动方程如下：



式中，l表示绳长，g表示重力加速度，x表示起重机运动机构的水平位移，表示运动机构的加速度，θx表示吊重摆角，表示吊重摆角角加速度；
当起重机大小车需要加速或减速时，将该时刻t0的摆动角度和摆动幅度作为方程(1)的初始条件，代入方程(1)，求得吊重的加/减速时间t和加/减速度a；使得在运动机构加速或减速完成时吊重的摆角θx和角速度最小；
步骤4)，工控机将计算出来...

【专利技术属性】
技术研发人员：余汉成，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32