[发明专利]基于视觉的桥式吊车自动控制系统

说明书

本发明为一种基于视觉的桥式吊车自动控制系统，提出了一种新型的桥式吊车控制方式，控制系统包括有桥式吊车控制系统以及视觉测量系统，其中桥式吊车控制系统，基于独立设计开发的控制电路，控制桥式吊车系统按预定要求运行；视觉测量系统，用于实现桥式吊车负载摆角状态量的测量。本发明提出一种新型的桥式吊车自动控制系统，将视觉引入桥式吊车负载摆角测量中，以代替传统的接触式摆角测量装置，并据此提出一种新型的负载摆角测量算法，利用计算机视觉的方法实现负载摆角的非接触测量，控制桥式吊车系统(可以为实验室桥式吊车实验平台或是工业桥式吊车平台)完成相应任务。

技术领域

本发明涉及非线性欠驱动系统自动控制的技术领域，特别是涉及一种基于视觉的桥式吊车自动控制系统。

背景技术

众所周知，桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具，它利用绳索将负载与吊车上的台车相连，并通过台车的运动来将负载运送到指定的位置，桥式吊车在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛的应用。

鉴于桥式吊车在运行时，吊车上台车的运动会引起负载的摆动，使得负载可能会和周围的操作工人或者是其它物体发生碰撞，致使负载损坏，甚至导致发生人员伤亡事故，尤其是当台车到达指定位置停止运行后，吊车所悬挂的负载会发生比较强烈的残余摆动，这样不仅会带来较大的安全隐患，同时也严重影响了吊车的工作效率。因此，为了有效避免安全隐患，提高吊车的工作效率，在操作吊车时，一方面需要实现台车的快速准确定位，以满足准确运送负载的要求；另一方面，需要有效地抑制负载的摆动，实现负载的“无摆”或者“微摆”操作。特别是当台车到达指定位置时，负载必须很快地停止摆动，以期提高吊车的工作效率。

在传统的桥式吊车防摆控制系统中，负载摆角信息往往采用电位器或光电编码器等方式进行检测，属于接触式的测量方法。测量装置需要安装在桥式吊车系统内部，机械结构复杂、独立性差，不利于批量化、模块化生产；同时由于测量系统容易受到电器噪声的影响，无法保证负载摆角的测量精度。而基于计算机视觉的非接触式测量方法，具有信息丰富、检测系统独立于系统之外，以及结构简单等优点，将其应用于桥式吊车的负载摆角测量中，能够大大提高控制系统的可扩展性以及便捷性。

为了满足台车的快速准确定位和有效地抑制负载的摆动这两方面的吊车操作要求，一般是通过有经验的工人操纵吊车来实现，具体在操作过程中，工人需要利用他们的经验并通过其眼睛的观测来估计台车的位置与摆角大小，然后选择合理的动作序列来有效抑制负载的摆动，并尽快将它运送到指定的位置，所以一个工人只有在具备多年吊车操作经验，并且掌握娴熟的吊车操作技巧之后，才能利用吊车快速地将负载运送到指定的位置，并有效地抑制负载的摆动。

一般来说，为了实现吊车系统的安全操作，吊车操作人员需要接受很长时间的培训，并在操作过程中不断总结经验以及吸取各种教训，因此，现有的吊车系统对吊车操作人员的技能要求偏高，一般的吊车操作人员无法实现吊车系统的安全操作。此外，鉴于吊车操作者在吊车操作过程中的劳动强度较大，使得吊车的工作效率偏低，吊车操作的准确度有时也难以满足要求[1-7]。

因此就需要对桥式吊车自动控制系统进行研究并加入计算机视觉实现负载摆角的非接触式测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于视觉的桥式吊车自动控制系统，以实现桥式吊车的自动控制，提高生产的安全性以及生产效率，并经由计算机视觉实现桥式吊车负载摆角的非接触式测量，克服负载摆角测量装置需要安装在桥式吊车系统内部，机械结构复杂、独立性差，不利于批量化、模块化生产的缺点，提高控制系统的可扩展性以及便捷性

本发明的技术方案

一种基于视觉的桥式吊车自动控制系统，包括桥式吊车控制系统以及视觉测量系统，其中：

桥式吊车控制系统，基于独立设计的控制电路实现，用于采集桥式吊车的状态信息，并根据相应控制算法进行控制信号的计算输出，控制桥式吊车系统按预定要求运行，包括硬件控制电路以及硬件数据采集电路；