【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁施工，具体涉及一种基于机器视觉的悬浇施工装置及方法。
技术介绍
1、挂篮装置是实施预应力混凝土桥梁悬臂浇筑法的主要设备之一，主要由承重结构、吊挂系统、行走系统、模板系统等组成，其中行走系统负责挂篮装置的行走与移动。悬臂浇筑施工为分段施工，本节段施工完成后，挂篮装置需要行走至已浇筑桥梁节段前端，开始下一节段的施工，使桥梁不断浇筑成型直至合拢。当前，挂篮装置的行走主要依靠现场工程师通过人工水准仪测量确定位置，然后人工铺设轨道、安装销轴以及千斤顶等设备，再人工顶推使其向下一节段的施工位置移动。在实际操作过程中，人工因素会与机械设备、现场作业环境等多种因素相互干扰，进而会影响挂篮装置行走的精度及效率，在施工安全性方面也有所欠缺。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于机器视觉的悬浇施工装置及方法，基于对作业现场图像的实时采集与识别，能够减少人工因素的干扰，实现挂篮装置高效、高精度行走，减轻作业强度，提升施工安全性。
2、技术方案：本专利技术所述的基于机器视觉的悬浇施工装置，包括装置主体和执行端，装置主体包括视觉传感器和示控器，执行端包括控制柜和驱动系统，驱动系统包括轨道结构、挂篮行走结构和动力装置，其中动力装置能够带动挂篮行走结构沿着轨道结构移动，控制柜安装在挂篮行走结构上，用于接收示控器发出的指令以控制动力装置；视觉传感器包括左自动跟踪摄像机和右自动跟踪摄像机，两自动跟踪摄像机用于从不同角度实时采集作业现场的图像，并将图像传输至示控器
3、进一步地，示控器还包括显示模块和plc模块，其中显示模块用于显示包括登录界面、主界面、地质以及参数设置界面、实时监测曲线界面、历史数据界面、远程控制界面，以及作业现场的三维实时虚拟图、实时数据和历史数据；plc模块具有发射、调制以及编码无线电的功能，能够将指令信息以无线电方式发送至控制柜。
4、进一步地，控制柜中设置有无线通信模块、微控制器模块和开关电路模块，动力装置采用驱动电机作为动力源；微控制器模块通过无线通信模块接收无线电指令信号，并解调、解码无线电指令信号，得到控制驱动电机电路的信号；开关电路模块用于实现对驱动电机的直接控制。
5、进一步地，轨道结构包括第一轨道和第二轨道，轨道尾端通过第二锚固结构与桥梁固定；
6、挂篮行走结构包括第一贝雷梁、第二贝雷梁、第三贝雷梁、第四贝雷梁，以及固定于四根贝雷梁顶部的前横梁和后横梁，第一、第二贝雷梁通过横向杆件连接，第三、第四贝雷梁通过横向杆件连接；右侧外模、左侧外模、底模通过挂篮吊带与前横梁、后横梁、贝雷梁相连接；
7、动力装置包括右侧动力装置和左侧动力装置，第一、第二贝雷梁底部设置有能够沿着第一轨道移动的第一轨道轮和第三轨道轮，第三、第四贝雷梁底部设置有能够沿着第二轨道移动的第二轨道轮和第四轨道轮；右侧动力装置包括安装在第三、第四贝雷梁上，包括用于驱动第二轨道轮的第四驱动电机；左侧动力装置包括安装在第一、第二贝雷梁上，包括用于驱动第一轨道轮的第三驱动电机。
8、进一步地，自动跟踪摄像机距离作业现场20～30m，与作业现场之间形成的角度为0～90°，左自动跟踪摄像机和右自动跟踪摄像机之间保持距离。
9、进一步地，在作业现场做标记以便更好地识别出图像中的特征信息，标记包括标靶、荧光笔涂鸦。
10、进一步地，自动跟踪摄像机的安装组件包括云台和脚架主体，脚架主体包括安装座，安装座上穿设有卡接轴，自动跟踪摄像机固定在云台上，云台底部与卡接轴上端相固定；安装座外侧周向均布有三条支撑腿，支撑腿与卡接轴之间通过插接轴相连接；卡接轴底部设有水平仪。
11、进一步地，支撑腿底部设有第一驱动电机和伸缩轴，第一驱动电机通过丝杆机构驱动伸缩轴向上收缩或向下延伸；伸缩轴底部设有第一插锥轴。
12、进一步地，第一插锥轴侧面设有矩形通槽，矩形通槽的两侧壁面开设有轨道槽；矩形通槽中背对背固定有两个第二驱动电机，第二驱动电机的输出端设有丝杆，丝杆上套接有滑座，滑座前端设有第二插锥轴，第二驱动电机能够驱动滑座沿着两轨道槽移动，使得第二插锥轴伸出或缩回矩形通槽。
13、以上通过水平仪、插锥轴，能够保证自动跟踪摄像机采集图像时的稳定可靠，提升采集数据的可用性。
14、本专利技术所述的基于机器视觉的悬浇施工方法，包括：利用两台经调平的自动跟踪摄像机从不同角度实时采集作业现场的图像；基于视差原理对两自动跟踪摄像机采集的图像进行立体建模和解析，并基于分层卷积神经网络识别和读取出图像中的特征信息，特征信息包括轨道结构的铺设完成、挂篮行走结构与轨道结构间的第一锚固结构拆除、模具的拆除以及作业人员的撤离；当特征信息显示已全部完成，表示满足挂篮移动条件，此时向控制柜发送挂篮移动的指令；挂篮移动中进行实时的视觉监控，待挂篮准确移动到目标位置时，自动向控制柜发送挂篮停止的指令。
15、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
16、(1)通过两台自动追踪摄像机获取不同角度的作业现场图像，然后进行建模和解析，识别出图像中的特征信息，作为施工挂篮行走的依据，能够实现挂篮行走高效、精准，减少人工因素的干扰，提高施工安全性。
17、(2)采集的图像是连续的、全天候的以及可回溯的，依靠立体成像技术建成三维虚拟作业场景，便于对作业现场全方位的监控。
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1.一种基于机器视觉的悬浇施工装置，其特征在于，包括装置主体和执行端，装置主体包括视觉传感器(42)和示控器(41)，执行端包括控制柜(13)和驱动系统(43)，驱动系统(43)包括轨道结构(44)、挂篮行走结构(51)和动力装置(52)，其中动力装置(52)能够带动挂篮行走结构(51)沿着轨道结构(44)移动，控制柜(13)安装在挂篮行走结构(51)上，用于接收示控器(41)发出的指令以控制动力装置(52)；视觉传感器(42)包括左自动跟踪摄像机(35)和右自动跟踪摄像机(36)，两自动跟踪摄像机用于从不同角度实时采集作业现场的图像，并将图像传输至示控器(41)；示控器(41)中的数据处理模块(45)基于视差原理对两自动跟踪摄像机采集的图像进行立体建模和解析，并基于分层卷积神经网络识别和读取出图像中的特征信息，特征信息作为是否向控制柜(13)发送挂篮移动指令的依据，特征信息包括轨道结构(44)的铺设完成、挂篮行走结构(51)与轨道结构(44)间的第一锚固结构(25)拆除、模具的拆除以及作业人员的撤离。
2.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，示控器(41)
3.根据权利要求2所述的悬浇施工装置，其特征在于，控制柜(13)中设置有无线通信模块(48)、微控制器模块(49)和开关电路模块(50)，动力装置(52)采用驱动电机作为动力源；微控制器模块(49)通过无线通信模块(48)接收无线电指令信号，并解调、解码无线电指令信号，得到控制驱动电机电路的信号；开关电路模块(50)用于实现对驱动电机的直接控制。
4.根据权利要求3所述的悬浇施工装置，其特征在于，轨道结构(44)包括第一轨道(14)和第二轨道(2)，轨道尾端通过第二锚固结构(27)与桥梁固定；
5.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，自动跟踪摄像机距离作业现场20～30m，与作业现场之间形成的角度为0～90°，左自动跟踪摄像机(35)和右自动跟踪摄像机(36)之间保持距离。
6.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，在作业现场做标记以便更好地识别出图像中的特征信息，标记包括标靶、荧光笔涂鸦。
7.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，自动跟踪摄像机的安装组件包括云台(37)和脚架主体(38)，脚架主体(38)包括安装座(16)，安装座(16)上穿设有卡接轴(161)，自动跟踪摄像机固定在云台(37)上，云台(37)底部与卡接轴(161)上端相固定；安装座(16)外侧周向均布有三条支撑腿(163)，支撑腿(163)与卡接轴(161)之间通过插接轴(164)相连接；卡接轴(161)底部设有水平仪(162)。
8.根据权利要求7所述的悬浇施工装置，其特征在于，支撑腿(163)底部设有第一驱动电机(165)和伸缩轴(166)，第一驱动电机(165)通过丝杆机构驱动伸缩轴(166)向上收缩或向下延伸；伸缩轴(166)底部设有第一插锥轴(167)。
9.根据权利要求8所述的悬浇施工装置，其特征在于，第一插锥轴(167)侧面设有矩形通槽(1671)，矩形通槽(1671)的两侧壁面开设有轨道槽(1670)；矩形通槽(1671)中背对背固定有两个第二驱动电机(1672)，第二驱动电机(1672)的输出端设有丝杆(1673)，丝杆(1673)上套接有滑座(1674)，滑座(1674)前端设有第二插锥轴(1675)，第二驱动电机(1672)能够驱动滑座(1674)沿着两轨道槽(1670)移动，使得第二插锥轴(1675)伸出或缩回矩形通槽(1671)。
10.一种基于机器视觉的悬浇施工方法，其特征在于，包括：利用两台经调平的自动跟踪摄像机从不同角度实时采集作业现场的图像；基于视差原理对两自动跟踪摄像机采集的图像进行立体建模和解析，并基于分层卷积神经网络识别和读取出图像中的特征信息，特征信息包括轨道结构(44)的铺设完成、挂篮行走结构(51)与轨道结构(44)间的第一锚固结构(25)拆除、模具的拆除以及作业人员的撤离；当特征信息显示已全部完成，表示满足挂篮移动条件，此时向控制柜(13)发送挂篮移动的指令；挂篮移动中进行实时的视觉监控，待挂篮准确移动到目标位置时，自动向控制柜(13)发送挂篮停止的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的悬浇施工装置，其特征在于，包括装置主体和执行端，装置主体包括视觉传感器(42)和示控器(41)，执行端包括控制柜(13)和驱动系统(43)，驱动系统(43)包括轨道结构(44)、挂篮行走结构(51)和动力装置(52)，其中动力装置(52)能够带动挂篮行走结构(51)沿着轨道结构(44)移动，控制柜(13)安装在挂篮行走结构(51)上，用于接收示控器(41)发出的指令以控制动力装置(52)；视觉传感器(42)包括左自动跟踪摄像机(35)和右自动跟踪摄像机(36)，两自动跟踪摄像机用于从不同角度实时采集作业现场的图像，并将图像传输至示控器(41)；示控器(41)中的数据处理模块(45)基于视差原理对两自动跟踪摄像机采集的图像进行立体建模和解析，并基于分层卷积神经网络识别和读取出图像中的特征信息，特征信息作为是否向控制柜(13)发送挂篮移动指令的依据，特征信息包括轨道结构(44)的铺设完成、挂篮行走结构(51)与轨道结构(44)间的第一锚固结构(25)拆除、模具的拆除以及作业人员的撤离。
2.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，示控器(41)还包括显示模块(46)和plc模块(47)，其中显示模块(46)用于显示包括登录界面、主界面、地质以及参数设置界面、实时监测曲线界面、历史数据界面、远程控制界面，以及作业现场的三维实时虚拟图、实时数据和历史数据；plc模块(47)具有发射、调制以及编码无线电的功能，能够将指令信息以无线电方式发送至控制柜(13)。
3.根据权利要求2所述的悬浇施工装置，其特征在于，控制柜(13)中设置有无线通信模块(48)、微控制器模块(49)和开关电路模块(50)，动力装置(52)采用驱动电机作为动力源；微控制器模块(49)通过无线通信模块(48)接收无线电指令信号，并解调、解码无线电指令信号，得到控制驱动电机电路的信号；开关电路模块(50)用于实现对驱动电机的直接控制。
4.根据权利要求3所述的悬浇施工装置，其特征在于，轨道结构(44)包括第一轨道(14)和第二轨道(2)，轨道尾端通过第二锚固结构(27)与桥梁固定；
5.根据权利要求1所述的悬浇施工装置，其特征在于，自动跟踪摄像机距离作业现场20～30m，与作业现场之间形成的角度为0～90°，左...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彦军，邹卫平，吴维莉，俞仲明，戴正伟，李婷，许川建，
申请(专利权)人：中交三航局第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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