一种基于倾角仪的吊具零位检测方法及吊具检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于倾角仪的吊具零位检测方法及吊具检测系统，包括以下步骤：1)标定吊具检测系统坐标系，建立摄像机坐标系与全局坐标系的转换关系，同时测量几何模型的初值；2)在摄像机控制柜内安装倾角仪，记录吊具的标定位置及检测着箱位置处轨道的水平倾角；3)对所述吊具的缠绕方式的几何模型进行数值简化，建立所述吊具的水平偏移随起升高度的线性关系。本发明专利技术对吊具零位偏移，不计吊具偏移引起的吊具旋转的情况下，分析其零位偏移。分析其零位偏移。分析其零位偏移。

【技术实现步骤摘要】
一种基于倾角仪的吊具零位检测方法及吊具检测系统


[0001]本专利技术涉及自动化岸桥的检测技术，更具体地说，涉及一种基于倾角仪的吊具零位检测方法及吊具检测系统。

技术介绍

[0002]岸边桥式起重机已由半自动运行逐渐向全自动运行方向推行。随着自动化程度的日益提高，自动着箱已成为必然趋势，而吊具的防摇运行和自动着箱都需要对摆角进行检测。由于起重机体积庞大，制造安装过程存在偏差，以及吊具采用交叉缠绕方式，使得吊具零位并不处在挂装中心位置处。当执行半自动运行而不执行自动着箱时，不需要精确的吊具零位，往往仅对吊具的零位进行粗略标定，标定方法大都采用固定小车位置，缓慢变动起升，建立吊具零位与小车位置和起升高度的关系表，通过查表的方法查找当前零位。当执行自动着箱时，需要精确的吊具零位，而传统标定方法下的吊具真实零位与标定零位往往偏差过大，降低了着箱成功率和着箱效率。目前有一种提高吊具零位准确的方法是增加标定的小车位置数量，即增加关系表的维数，但关系表越大，其维护也越复杂。因此，如何检测吊具零位并对其进行紧致表达是岸桥自动装卸的关键。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于倾角仪的吊具零位检测方法及吊具检测系统，对吊具零位偏移，不计吊具偏移引起的吊具旋转的情况下，分析其零位偏移。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一方面，一种基于倾角仪的吊具零位检测方法，包括以下步骤：
[0006]1)标定吊具检测系统坐标系，建立摄像机坐标系与全局坐标系的转换关系，同时测量几何模型的初值；
[0007]2)在摄像机控制柜内安装倾角仪，记录吊具的标定位置及检测着箱位置处轨道的水平倾角；
[0008]3)对所述吊具的缠绕方式的几何模型进行数值简化，建立所述吊具的水平偏移随起升高度的线性关系。
[0009]较佳的，所述步骤1)中，通过吊具检测系统对所述吊具上三盏光源灯的检测，获得所述吊具在所述吊具检测系统坐标系中的坐标，并传输至PLC控制器进行自动运行控制和自动着箱使用；
[0010]在小车位置X
c
处将空载的所述吊具竖直缓慢下放至地面着箱，使用徕卡建立大地坐标系，并给出三盏的所述光源灯的局部坐标P
a
(x,y,z)、P
b
(x,y,z)、P
c
(x,y,z)，同时读取所述吊具检测系统坐标系中三盏的所述光源灯的局部坐标所述吊具检测系统坐标系中三盏的所述光源灯的局部坐标建立如下公式(1)的坐标转换关系：
[0011]P＝RP
s
+T
ꢀꢀ
(1)
[0012]上式中，R表示，T表示
[0013]较佳的，所述公式(1)采用反对称阵求解，表达如下：
[0014][0015][0016]解得旋转矩阵后，可得到欧拉角：
[0017]θ
x
＝atan2(R
32
,R
33
)
[0018][0019]θ
z
＝atan2(R
21
,R
11
)
ꢀꢀ
(3)。
[0020]较佳的，所述步骤2)中，当对所述吊具检测系统坐标系进行标定时，记录此时所述倾角仪的读数θ0，则所述吊具检测系统坐标系与所述轨道的水平倾角为θ
′
y
+θ
y
+θ0，取逆时针为正；
[0021]当小车运动到某一位置x
T
时，读取此时所述倾角仪的读数并记作θ
xT
，则在任一位置处，所述吊具检测系统坐标系旋转到所述全局坐标系的y方向的欧拉角为：
[0022]θ
yT
＝θ
y
+θ0‑
θ
xT
ꢀꢀ
(4)
[0023]旋转矩阵按如下公式(5)更新：
[0024][0025][0026][0027]R＝R(θ
x
)R(θ
yT
)R(θ
z
)
ꢀꢀ
(5)。
[0028]较佳的，所述步骤3)中，所述吊具的两侧缠绕方式为平行绕法和/或交叉绕法。
[0029]较佳的，所述缠绕方式为平行绕法时，在高度H1处的总绳长为S1，其计算如下：
[0030]S1＝2c+πr
t
+πr
s
+2aθ
ꢀꢀ
(6)
[0031]其中，a＝r
t
‑
r
s
；
[0032]c为小车架上滑轮的偏转后圆心至吊具上架上滑轮的圆心距离，a为小车架上滑轮偏转的距离，2θ为小车架上滑轮与吊具上架上滑轮的欧拉角度，rt为小车架上滑轮的半径，rs为吊具上架上滑轮的半径。
[0033]较佳的，所述缠绕方式为交叉绕法时，在高度H处的总绳长为S2，其计算如下：
[0034]S2＝2C+πr
t
+πr
s
+2Aε
ꢀꢀ
(7)
[0035]其中，A＝r
t
‑
r
s
；
[0036]C为钢丝绳在小车架上滑轮的切点至吊具上架上滑轮的切点距离，A为小车架上滑轮的圆心至钢丝绳的切点距离，2ε为小车架上滑轮与吊具上架上滑轮的偏转角度，rt为小车架上滑轮的半径，rs为吊具上架上滑轮的半径。
[0037]较佳的，所述吊具在起升运动过程中，两侧缠绕的总绳长S1、S2的差值保持不变，即有如下等式成立：
[0038][0039]上式中，D、d、A、a为固定参数，H、X通过标定获得；
[0040]D为小车架上滑轮间的间距，d为吊具上架上滑轮的间距，H为小车架上滑轮至吊具上架上滑轮的垂线距离，X为吊具上架上滑轮至垂线的水平距离；
[0041]所述吊具检测系统坐标系进行标定的同时，对上述参数进行测量通过离线数值求解，并拟合出所述吊具的水平偏移X
′
与起升高度H
′
的关系如下：
[0042]X
′
＝kH
′
+m
ꢀꢀ
(9)
[0043]则所述吊具检测系统坐标系标定的平移矩阵T
x
的表达式为：
[0044]T
x
＝T
x0
+X
′‑
X＝T
x0
+kH
′
+m
‑
X
ꢀꢀ
(10)
[0045]在任意小车位置x
r
处，当前所述吊具零位的平移向量为：
[0046]T
xT
＝T
x0
+X
′‑
X＝T
x0
+kH...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)标定吊具检测系统坐标系，建立摄像机坐标系与全局坐标系的转换关系，同时测量几何模型的初值；2)在摄像机控制柜内安装倾角仪，记录吊具的标定位置及检测着箱位置处轨道的水平倾角；3)对所述吊具的缠绕方式的几何模型进行数值简化，建立所述吊具的水平偏移随起升高度的线性关系。2.根据权利要求1所述的基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于：所述步骤1)中，通过吊具检测系统对所述吊具上三盏光源灯的检测，获得所述吊具在所述吊具检测系统坐标系中的坐标，并传输至PLC控制器进行自动运行控制和自动着箱使用；在小车位置X
c
处将空载的所述吊具竖直缓慢下放至地面着箱，使用徕卡建立大地坐标系，并给出三盏的所述光源灯的局部坐标P
a
(x,y,z)、P
b
(x,y,z)、P
c
(x,y,z)，同时读取所述吊具检测系统坐标系中三盏的所述光源灯的局部坐标吊具检测系统坐标系中三盏的所述光源灯的局部坐标建立如下公式(1)的坐标转换关系：P＝RP
s
+T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)上式中，R表示，T表示。3.根据权利要求2所述的基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于，所述公式(1)采用反对称阵求解，表达如下：解，表达如下：解得旋转矩阵后，可得到欧拉角：θ
x
＝atan2(R
32
,R
33
)θ
z
＝atan2(R
21
,R
11
)
ꢀꢀꢀ
(3)。4.根据权利要求3所述的基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于：所述步骤2)中，当对所述吊具检测系统坐标系进行标定时，记录此时所述倾角仪的读数θ0，则所述吊具检测系统坐标系与所述轨道的水平倾角为θ
′
y
+θ
y
+θ0，取逆时针为正；当小车运动到某一位置x
T
时，读取此时所述倾角仪的读数并记作θ
xT
，则在任一位置处，所述吊具检测系统坐标系旋转到所述全局坐标系的y方向的欧拉角为：θ
yT
＝θ
y
+θ0‑
θ
xT
ꢀꢀꢀ
(4)旋转矩阵按如下公式(5)更新：
R＝R(θ
x
)R(θ
yT
)R(θ
z
)
ꢀꢀꢀ
(5)。5.根据权利要求3所述的基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述吊具的两侧缠绕方式为平行绕法和/或交叉绕法。6.根据权利要求5所述的基于倾角仪的吊具零位检测方法，其特征在于：所述缠绕方式为平行绕法时，在高度H1处的总绳长为S1，其计算如下：S1＝2c+πr
t
+πr
s
+2aθ
ꢀꢀꢀ
(6)其中，a＝r
t
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阙亚青，韩吉星，刘春明，
申请(专利权)人：深圳海星港口发展有限公司，
类型：发明
国别省市：