【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及塔式起重机智能控制，尤其涉及一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法、系统及塔式起重机。
技术介绍
1、塔式起重机是建筑和工程领域的关键设备，用于垂直运输和定位各种重型物体。在塔式起重机操作中，吊物的尺寸检测对于确保安全起重操作至关重要。吊物尺寸的准确测量对于避免碰撞、最大程度地利用工作空间、减少起重事故以及提高工作效率至关重要。
2、传统方法通常依赖于操作员的技能和经验，这可能导致主观误差和操作错误，进一步影响塔机使用安全。现有专利公开号为cn116958530a塔式起重机吊物尺寸的检测方法的中国专利申请，其技术方案使用单一相机利用yolov5算法识别吊钩，利用对应的一种吊物识别方法进行吊物识别，从而计算吊物的尺寸。该方法对吊物的尺寸检测仅限于长度和宽度，忽略了吊物竖直方向上的高度，具有局限性，不能完全满足塔机自动驾驶安全运行的条件。
3、因此，有必要提出一种更为全面和准确的吊物尺寸检测方法，以克服上述种种限制。这种新方法应该能够降低单一传感器误差，并通过多传感器融合来获取吊物的全部尺寸信息。通过综合不同传感器的数据，可以更好地理解吊物的尺寸和形状。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，研制一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法、系统及塔式起重机，利用多传感器融合技术，将激光点云数据、吊物重量数据以及塔机运动状态数据进行后端融合，以提高吊物尺寸检测的准确性和全面性。
2、本专利技术解决技术问题的技术方
3、1.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，包括以下步骤：
4、s1.将激光雷达安装在吊钩斜下方位置，获取吊钩下方的吊物点云数据，通过并结合先进的点云聚类算法与点云过滤测距技术，以获取吊物的平面尺寸以及吊物最高点距离雷达的距离；
5、s2.使用称重传感器用于检测吊物是否离开地面，将激光雷达获取的平面尺寸和称重传感器的数据融合分析，同时结合吊钩高度编码器，测算出吊物的高度；
6、s3.将采集的数据在中央处理器中进行融合，包括激光雷达的空间位置坐标转换、激光点云、称重传感器的吊物悬挂状态以及塔机升降编码器的高度信息，通过数据融合算法进行整合，消除误差，并输出一个准确的三维吊物尺寸数据模型。
7、上述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法基础上，物点云数据具体处理过程如下：
8、(1)雷达坐标转换：
9、手动测量获得雷达相对于吊钩中心点的位置偏移，对于三维空间，
10、平移矩阵表示为
11、绕x轴旋转矩阵
12、绕y轴旋转矩阵
13、绕z轴旋转矩阵
14、其中，θ角度由激光雷达搭载的imu输出，在采集区域内放置标定板，并使用激光测距仪获取标定板与激光雷达的位置和方向，并与imu的输出值进行比较确定其传感器存在的误差，并应用在其计算旋转矩阵上，将每个点云点的位置和方向通过平移矩阵和旋转矩阵转换为吊钩中心坐标系中的坐标来实现校正偏转的点云；
15、(2)点云过滤:
16、设置点云滤波模块，根据激光雷达安装位置与吊绳的相对角度距离，获得吊绳在激光雷达点云中的相对位置信息，包括角度和距离。根据角度和距离，分别设置角度阈值和距离阈值，定义过滤条件，进行距离过滤和角度过滤，清除吊绳自身点云；
17、(3)吊物尺寸检测：
18、通过对激光点云的高度信息进行分割，将悬在空中的吊物与其他表面分离开，通过设置一个高度阈值hthreshold，将低于该阈值的点云划分为吊物点云数据psuspension，高于该阈值的点云划分为其他表面点云数据pother，pi表示点云中的第i个点,z表示点云中的高度值；
19、(4)吊物点云数据psuspension，使用计算凸壳的面积aconvex，其中凸壳上的点是从点云中选择的一部分点进行计算，其中(xi,yi,zi)是凸壳上的点的坐标，n是凸壳上的点的数量，判断凸壳面积是否超过阈值athreshold，如果超过阈值，则存在悬浮物体上的空洞,并生成一个二值化的空洞掩码mhole，
20、(5)使用形状拟合算法将上述的空洞区域与吊物点云进行形状拟合，得到吊物的实际平面尺寸(xh,yh)以及平面高度信息zh。
21、上述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法基础上，采用中值滤波算法对来自称重传感器的重量数据信息进行处理，具体实施步骤为：
22、(1)定义窗口大小：确定中值滤波的窗口大小n，根据采集到的称重数据的噪声水平选择窗口大小，在吊物离开地面的瞬间或从平台上瞬间悬空，即为快速变化但噪声较少的信号选择较小的窗口，在吊物处于空中并跟随吊钩运动时，即为慢变化但受噪声干扰的信号选的较大窗口，并根据是实际需求对窗口大小进行调整；
23、(2)排序窗口数据：遍历重量数据序列，对每个数据点应用中值滤波，在每个位置i，选择窗口大小为n的数据子序列；
24、(3)计算中值：对窗口内的数据进行排序，并选择中间的值作为滤波后的值wi；
25、(4)边界处理：在序列边界处，通过在序列边缘重复数据点来填充窗口；
26、(5)输出中值：将得到滤波后的吊物重量数据序列；
27、将获得的滤波后的吊物重量数据进行重量变化率δw的计算：即当前重量wt与上一个时间点的重量wt-1之差除以时间间隔△t，通过设定一个阈值wthreshold，表示变化率在吊物离地状态下的允许范围，阈值根据实际情况进行调整，当重量变化率低于设定的阈值时，认为吊物处于离地状态，发出吊物离地标志位gw。
28、上述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法基础上，
29、数据的融合采用后端融合方法，具体包括以下过程：定义一个数据结构hanging(r,d)作为融合结果输出，使用离地标志gw进行条件判断，当离地标志位为真是，将雷达检测到的吊物平面尺寸作为实际尺寸用于计算吊物最大直径，当离地标志位为假时，则采用系统的默认值来计算吊物最大直径，其中r为吊物最大直径，xm和ym分别为吊物默认尺寸值，当离地标志位为真时，采用雷达点云中除吊物以外的点云pother的最大值作为d，当离地标志位为假时，采用默认值1，其中d为吊物离地时激光雷达与地面距离的最大值，最后融合算法输出一定义的数据hanging(r,d)，通过串口发送给自动驾驶控制器。
30、另一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测装置，其包括：
31、采集模块,用于通过激光雷达扫描采集吊钩下方吊物点云数据；
32、聚类滤波模块,点云聚类算法与点云过滤测距技术,获取吊物的平面尺寸以及吊物最高点距离雷达的距离；
33、分割模块,对吊物点云数据高度信息分割，将悬在空中的吊物与其他表面分离开；...
【技术保护点】
1.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，物点云数据具体处理过程如下：
3.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，采用中值滤波算法对来自称重传感器的重量数据信息进行处理，具体实施步骤为：
4.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，
5.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测装置，其特征是，包括：
6.一种电子设备,包括存储器﹑处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法。
7.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法。
8.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测系统，其特
9.一种塔式起重机，包括权利要求6所述的塔式起重机吊物尺寸检测系统。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，物点云数据具体处理过程如下：
3.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，采用中值滤波算法对来自称重传感器的重量数据信息进行处理，具体实施步骤为：
4.根据权利要求1所述基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测方法，其特征是，
5.一种基于多传感器融合的塔式起重机吊物尺寸检测装置，其特征是，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：魏国亮，丁洪磊，李忠恒，李明竟，李港，王士博，刘顺涛，
申请(专利权)人：中科骊久济南机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。