基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，包括吊架和吊钩，以及视频采集处理系统和控制系统。在吊架下方连接有支撑环，支撑环下方边缘通过多个轴座铰接有多个J形吊钩，在位于支撑环下方的限位环周边缘均布有多个边缘限位孔，各J形吊钩贯穿于相应的边缘限位孔且吊钩部分位于孔位下方，在吊扣组件上设置立体占标，位于吊架上的摄像机组件对吊扣组件及立体占标的形状进行拍摄，并通过计算处理后控制吊架及吊钩组件向目标位置移动，又通过控制同步多钩动作对目标物体的多个吊扣实现同步抓取和同步释放，既满足了自动抓取功能又实现了抓取的平稳性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构
本专利技术涉及起重机吊钩机构的部件改进
，尤其涉及基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构。
技术介绍
起重机是用于将重物进行远距离空间移动的一种设备，被吊起的目标重物上套设有绳索或吊扣组件，起重机通过吊钩组件勾住绳索或吊扣组件，以实现与重物的衔接、提升和转移以及释放。传统的起重机的吊钩组件在使用时，吊钩停留在重物附近，通过人工将吊钩与绳索勾住后，呈J形结构的吊钩内侧的挡板对绳索进行防护，实现了起重机的自动抓钩；在卸下重物时，通过人工将挡板内推，将绳索取出，即完成了起重机的自动脱钩。然而上述的起重机的吊钩机构在实际使用时，重物会因为重心不平衡发生晃动，故而起重机的吊钩上调速度就会受限，影响重物的转运效率，因惯性因素导致晃动加剧甚至会造成脱钩危险。如国内钢结构梁的吊装方式多种多样，随着科学技术的不断发展，钢结构梁施工的空间也越来也复杂，吊装方法难度也越来越大，这给钢结构梁的吊装施工带来了新的挑战。传统的钢结构梁吊装提升过程只是凭借司索指挥人员的肉眼观察来指挥钢结构梁吊装，但钢梁两端高差往往偏差较大，钢结构屋架距吊装地面20m，两侧距建筑物不足0.5m，钢屋架长34m，整个钢结构屋架如果采用整体提升，通过专用距离传感器控制提升速度、高差，所需成本大大增加。如果采用吊装单根钢梁，通过传统的司索指挥人员控制提升吊装，钢梁长度较长、不易指挥，极易造成钢梁碰撞近邻建筑物。另外，在特种作业吊装时，为了保证吊装过程中的稳定性和安全性，尤其是在野外的吊装作业时，由于被吊装设备的迎风面较大，为了防止在风力的作用下使被吊装设备发生左右摆动，需要人员用绳索将被吊装设备拉拽加以保护，该方法存在操作难度大、吊装准备时间长等技术缺点。相对于人工协助吊装的传统方式，目前关于吊装设备的自动抓取机构的方案中，往往无法同时满足自动抓取且兼顾抓取的平稳性和可靠性，更无法实现同时通过多吊钩对多吊扣同时抓取的功能。例如公开号为CN111204662A的一种用于识别状态参数的系统、吊装定位系统及吊装设备，该系统包括图像获取装置，用于获取包括所述吊装过程所涉及的目标对象上侧的预设标签在内的预设视野范围的俯视图像；以及状态参数识别装置，用于基于所述预设视野范围的俯视图像及特定几何关系，采用视觉识别方法计算所述吊装过程中的状态参数。该技术方案是通过对吊装过程所涉及的状态参数进行识别，并且根据所识别的状态参数可实现自动吊装过程，该方案重在自动定位和自动抓取，以及类似于该方案的其他自动定位抓取技术方案，都忽视了抓取重物时确保重物平稳性和可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供起重机自动抓钩与自动脱钩机构，该机构基于视觉定位系统获取吊扣组件及标准的立体占标形状和位置图像，并通过计算处理后控制吊架及吊钩组件向目标位置移动，通过控制同步多钩动作对目标物体的多个吊扣实现同步抓取和同步释放，既满足了自动抓取功能又实现了抓取的平稳性和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是采用一种基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，该机构包括吊架和吊钩，以及视频采集处理系统和控制系统。在吊架下方连接有支撑环，在支撑环的下方边缘均布有多个轴座，各轴座内分别安装有销轴且铰接有J形吊钩，同时在各销轴上安装有扭簧，使的各J形吊钩保持向外弹出趋势，同时在位于支撑环的下方设置一个限位环，该限位环的周边缘均布有多个边缘限位孔，各J形吊钩贯穿于相应的边缘限位孔且吊钩部分位于孔位下方，在所述支撑环的下方与限位环之间，设置有导向机构以确保限位环能够仅竖向滑动，在所述支撑环的下方与限位环之间，连接有竖向推拉机构以确保限位环能被控制升降移动，在各J形吊钩的外侧面设置有上宽下窄的斜面，满足：当限位环向上移动时，位于限位环的各边缘限位孔能分别压迫相应形J形吊钩向内收敛，当限位环向下移动时，各J形吊钩自动向外展开，且限位环覆盖于各J形吊钩的出入口上方，所述的视频采集系统包括在起重机吊架的某一位置处（最好是其中心）安装有广角摄像机组件，同时在吊扣组件上相应位置（最好也是其中心）设置立体占标，广角摄像机组件对吊扣组件及立体占标的形状进行拍摄，广角摄像机组件将视频信号输入计算机，并通过软件对其快速处理，选取吊扣组件或立体占标形状图像，离线学习，学习结束后，广角摄像机根据实时采集图像，提取跟踪特征，进行数据识别和计算，通过逆运动学（通过非线性编程实现）求解得到起重机吊架移运动节位置给定值，并通过控制系统调整起重机吊架及摄像头位置；由控制系统控制竖向推拉机构伸缩，进而控制限位环伸缩升降移动，限位环被控制系统控制向上移动后能够释放各J形吊钩的出入口，限位环被控制向下移动后能够同时封闭各J形吊钩的出入口。进一步地，视频采集处理系统识别出吊扣组件或占标特征的边界与中心后，由控制系统通过逆运动学求解得到起重机吊架纵移运动节位置误差，调整起重机吊架纵移运动的位姿以消除此误差，使起重机吊架移动至吊扣组件及立体占标正上方；再控制起重机吊架向下移动直至各激光测距仪同时具有标高信号时，由控制系统控制竖向推拉机构伸缩，进而控制限位环伸缩。优选的，在位于所述支撑环中心下方安装有摄像机组件，在所述限位环的中部有中心透孔，所述多个边缘限位孔均布于中心透孔的周边缘。优选的，控制系统控制所述的限位环升降运动具有上、中、下三工位，限位环位于上工位时能够同时压迫各J形吊钩上部斜面部分使其收敛，限位环位于中工位时保持各J形吊钩处于向外展开状态，限位环处于下工位时能封闭各J形吊钩的出入口。优选的，控制系统驱动竖向推拉机构使限位环处于中工位状态下，所述的摄像机组件的前端从中心透孔穿出用以获取图像信息。优选的，位于支撑环与限位环之间的导向机构是在支撑环上设置穿孔并在穿孔内套固有导向套，同时在限位环上垂直固定有导向杆，各导向杆匹配贯穿于相应导向套内。优选的，限位环处于中工位状态下，位于各J形吊钩的外侧面设置有向内的凹陷区，使得限位环位于该凹陷区后，各J形吊钩自动向外展开，而限位环处于下工位时，限位环又从该凹陷区移出，使各J形吊钩处于竖直状态。优选的，在限位环的外缘设置有向下的翻边，形成导向罩，导向罩覆盖于各J形吊钩外侧。优选的，设置有驱动吊架与支撑环相对转动的机构。优选的，支撑环的下端面呈环形阵列安装有第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴，且第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴的轴心线分别与对应的过支撑环的半径线垂直，所述第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴分别与对应的四组吊钩安装。优选的，支撑环上呈环形阵列安装有第一气缸、第二气缸和第三气缸，所述第一气缸、第二气缸和第三气缸均与支撑环固定连接，所述第一气缸、第二气缸和第三气缸的底端均与限位环固定连接。优选的，支撑环的内侧安装有呈十字形结构的加强杆，所述顶板与支撑环之间的支撑组件包括上下两端分别与顶板和支撑环连接的第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆、第五支杆和第六支杆，所述第一支杆和第二支杆的顶端合并连接，所述第三支杆和第四支杆的顶端合并连接，所述第五支杆和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，包括吊架和吊钩，以及视频采集处理系统和控制系统，其特征在于，在吊架下方连接有支撑环(5)，在支撑环(5)的下方边缘均布有多个轴座，各轴座内分别安装有销轴且铰接有J形吊钩，同时在各销轴上安装有扭簧，使的各J形吊钩保持向外弹出趋势，同时在位于支撑环(5)的下方设置一个限位环，该限位环的周边缘均布有多个边缘限位孔(35)，各J形吊钩(1)贯穿于相应的边缘限位孔(35)且吊钩部分位于孔位下方，在所述支撑环(5)的下方与限位环(4)之间，设置有导向机构以确保限位环能够仅竖向滑动，在所述支撑环(5)的下方与限位环(4)之间，连接有竖向推拉机构以确保限位环能被控制系统控制升降移动，在各J形吊钩的外侧面设置有上宽下窄的斜面，满足：当限位环向上移动时，位于限位环(4)的各边缘限位孔(35)能分别压迫相应形J形吊钩(1)的相应斜面至其向内收敛，当限位环向下移动时，各J形吊钩自动向外展开的同时限位环覆盖于各J形吊钩的出入口(3)上方，所述的视频采集系统包括在起重机吊架的某一位置处安装有广角摄像机组件，同时在吊扣组件上相应位置设置立体占标，广角摄像机组件对吊扣组件及立体占标的形状进行拍摄，并将视频信号输入计算机，通过软件对其处理，选取吊扣组件或立体占标形状图像，离线学习；学习结束后，广角摄像机根据实时采集图像，提取跟踪特征，进行数据识别和计算，通过逆运动学求解得到起重机吊架移运动节位置给定值，并通过控制系统调整起重机吊架及摄像头位置；由控制系统控制竖向推拉机构伸缩，进而控制限位环伸缩升降移动，限位环(4)被控制系统控制向上移动后能够释放各J形吊钩(1)的出入口(3)，限位环被控制向下移动后能够同时封闭各J形吊钩(1)的出入口(3)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉定位的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，包括吊架和吊钩，以及视频采集处理系统和控制系统，其特征在于，在吊架下方连接有支撑环(5)，在支撑环(5)的下方边缘均布有多个轴座，各轴座内分别安装有销轴且铰接有J形吊钩，同时在各销轴上安装有扭簧，使的各J形吊钩保持向外弹出趋势，同时在位于支撑环(5)的下方设置一个限位环，该限位环的周边缘均布有多个边缘限位孔(35)，各J形吊钩(1)贯穿于相应的边缘限位孔(35)且吊钩部分位于孔位下方，在所述支撑环(5)的下方与限位环(4)之间，设置有导向机构以确保限位环能够仅竖向滑动，在所述支撑环(5)的下方与限位环(4)之间，连接有竖向推拉机构以确保限位环能被控制系统控制升降移动，在各J形吊钩的外侧面设置有上宽下窄的斜面，满足：当限位环向上移动时，位于限位环(4)的各边缘限位孔(35)能分别压迫相应形J形吊钩(1)的相应斜面至其向内收敛，当限位环向下移动时，各J形吊钩自动向外展开的同时限位环覆盖于各J形吊钩的出入口(3)上方，所述的视频采集系统包括在起重机吊架的某一位置处安装有广角摄像机组件，同时在吊扣组件上相应位置设置立体占标，广角摄像机组件对吊扣组件及立体占标的形状进行拍摄，并将视频信号输入计算机，通过软件对其处理，选取吊扣组件或立体占标形状图像，离线学习；学习结束后，广角摄像机根据实时采集图像，提取跟踪特征，进行数据识别和计算，通过逆运动学求解得到起重机吊架移运动节位置给定值，并通过控制系统调整起重机吊架及摄像头位置；由控制系统控制竖向推拉机构伸缩，进而控制限位环伸缩升降移动，限位环(4)被控制系统控制向上移动后能够释放各J形吊钩(1)的出入口(3)，限位环被控制向下移动后能够同时封闭各J形吊钩(1)的出入口(3)。


2.根据权利要求1所述的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，其特征在于，视频采集处理系统识别出吊扣组件或占标特征的边界与中心后，由控制系统通过逆运动学求解得到起重机吊架纵移运动节位置误差，调整起重机吊架纵移运动的位姿以消除此误差，使起重机吊架移动至吊扣组件及立体占标正上方；再控制起重机吊架向下移动直至各激光测距仪同时具有标高信号时，由控制系统控制竖向推拉机构伸缩，进而控制限位环伸缩。


3.根据权利要求1所述的起重机自动抓钩与自动脱钩机构，其特征在于，在位于所述支撑环(5)中心下方安装有摄像机组件(33)，在所述限位环的中部有中心透孔(34)，所述多个边缘限位孔(35...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦瑜，左蓉，刘广宇，
申请(专利权)人：天津市滨海新区检验检测中心，
类型：发明
国别省市：天津;12