一种智能钢带吊装用包装在线达标控制系统及方法与流程
本发明属于钢带包装技术领域，尤其涉及一种智能钢带吊装用包装在线达标控制系统及方法。
背景技术：
目前，最接近的现有技术：
现有工厂中需要对钢卷进行吊运。目前吊运钢卷的装置为单臂吊梁，在吊梁上固定有吊钩；然后通过工作人员控制遥控器对钢卷的吊运装置进行控制。钢卷吊运装置在钢卷吊装包装过程中，起到非常重要的作用。
但是现有的钢卷吊运装置在对钢卷吊运过程中，易使钢卷产生剧烈的晃动，出现钢卷与周围的包装器械出现碰撞；同时现有的钢卷吊运装置在吊运过程中，不能实时获取钢卷吊运的情况，无法为工作人员提供具体的运行情况。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有的钢卷吊运装置在对钢卷吊运过程中，易使钢卷产生剧烈的晃动，出现钢卷与周围的包装器械出现碰撞；同时现有的钢卷吊运装置在吊运过程中，不能实时获取钢卷吊运的情况，无法为工作人员提供具体的运行情况。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能钢带吊装用包装在线达标控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种智能钢带吊装用包装在线达标控制系统包括：
图像采集模块，与中央处理模块连接，通过在天车上通过螺栓固定有摄像头，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像；
运动状态采集模块，与中央处理模块连接，通过在吊具上设置有姿态传感器，利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态；
重量采集模块，与中央处理模块连接，通过在吊具上设置有重量传感器，检测包装钢卷的重量；
激光测距模块，与中央处理模块连接，通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息；
中央处理模块，分别与图像采集模块、运动状态采集模块、重量采集模块、激光测距模块、报警模块、无线信号传输模块、电机运行状态控制模块、定位模块和吊具吊运升降模块连接，用以协调各个模块的正常运行；
电机运行状态控制模块，与中央处理模块连接，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳；
定位模块，与中央处理模块连接，通过在天车上设置有定位器，实现天车在钢卷的正上方，便于进行夹取；
吊具吊运升降模块，与中央处理模块连接，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运。
进一步，所述中央处理模块与报警模块连接，当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警；
中央处理模块与无线信号传输模块连接，通过在天车上设置有无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心。
进一步，所述与中央处理模块连接，通过在天车上通过螺栓固定有摄像头，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像的图像采集模块包括：
钢卷图像颜色处理模块，根据工作要求，将获取的钢卷图像中的灰度和彩色进行调整；
钢卷图像编码模块，将上述调色完成的图像，利用脉码调制编码技术对钢卷图像进行编码；
钢卷图像压缩模块，根据编码完成的图像容量大小，利用一定的压缩程序对数据进行压缩；
钢卷图像增强复原模块，当对钢卷图像进行分析对比时，调取压缩完成的钢卷图像信息，进行增加对比度、去掉模糊噪声和修正几何畸变增强复钢卷图像信息。
进一步，所述钢卷图像增强复原模块中设置有图像特征识别模块，其中图像特征识别模块包括：
钢卷图像深度处理模块，对增强复原的钢卷图像进一步调整对比度、去噪声等方法对钢卷图像进行深度处理；
钢卷图像特征提取模块，对深度处理完成的钢卷图像，提取钢卷边缘、点和形状等特征；
钢卷图像识别模块，根据提取的钢卷特征信息，利用神经网络对特征识别。
进一步，所述与中央处理模块连接，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳的电机运行状态控制模块中电机具体控制过程，如下：
当姿态传感器检测到吊具出现剧烈晃动时，中央处理模块控制吊具吊运升降模块停止运行；
当姿态传感器检测吊具出现横向晃动时，控制电机控制天车上的移动小车沿吊具晃动的方向移动一定距离；
当姿态传感器检测吊具出现纵向晃动时，控制电机操作天车沿吊具晃动的方向移动一定距离；
根据吊具晃动的幅度，循环往复，移动一定距离，逐渐使吊具稳定。
进一步，所述与中央处理模块连接，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运的吊具吊运升降模块中吊具升降控制方法，具体过程如下：
当吊具空载时，中央处理模块控制吊具下降到钢卷附近；根据钢卷的图像信息和天车的位置信息，对天车进行调整，使天车在钢卷的上方；
逐渐控制吊具下降，使吊具两侧的夹头对钢卷实时夹取；夹取提升之后，根据重量传感器检测到的钢卷的重量信息，中央处理模块实时判断，是否超过上限值；根据判定的结果，对吊具进行实时提升吊运；
当姿态传感器检测吊具出现剧烈晃动时，中央控制模块控制吊具停止运行，配合电机运行状态控制模块调整吊运钢卷的运行状态。
本发明的另一目的在于提供一种智能钢带吊装用包装在线达标控制系统控制方法，所述控制方法，具体包括以下步骤：
步骤一，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像；并且通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息；
步骤二，根据钢卷图像信息、天车与钢卷的距离数据信息和天车的位置信息，控制器控制天车运行到钢卷正上方；
步骤三，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运；在钢卷包装吊运过程中，利用重量传感器检测包装钢卷的重量；并且利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态；
步骤四，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳；
步骤五，当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警；同时通过利用天车上的无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心。
进一步，所述步骤二～步骤四中，控制器控制电机的运行方向的方法包括：
步骤1，根据图像采集模块采集一条高精度电机在线达标运动路线信息作为参考轨迹，当电机在这条参考轨迹上循迹运动时依据姿态传感器确定出电机当前的位置点；
步骤2，电机在循迹运动的过程中，根据步骤1中采集的参考轨迹搜索出距离电机当前位置点最近的匹配点，选取距离最近匹配点一定距离的前向点，依据两点求曲率得到最近匹配点处的道路曲率；
步骤3，由步骤1中确定的电机当前位置点与步骤2中确定的最近匹配点计算得到轨迹跟踪偏差，包括横向偏差和头指向误差；找到电机运动在线达标路线，计算出电机运动在线达标路线处的轨迹跟踪偏差；根据电机动力学模型和循迹状态变量以及道路曲率计算得到电机运动在线达标路线处横向偏差加速度与轮胎侧偏力和道路曲率的关系，并将横向偏差加速度取零计算得到电机前馈侧偏力，用于消除横向偏差加速度和道路曲率的影响，提高电机的侧倾稳定性；
步骤4，建立基于电机反馈侧偏力的动力学轨迹集合，得到最优反馈控制率，并结合步骤3获得的循迹状态变量构建全状态的线性反馈控制器，由此得到的反馈控制量即为电机反馈侧偏力，用于消除外部环境干扰和模型不准确性所产生的循迹误差；
步骤5，根据步骤3得到的电机前馈侧偏力和步骤四得到的电机反馈侧偏力确定出电机侧偏力，再得到电机侧偏角，最后根据电机转角输入得到轨迹跟踪控制的转角控制量，下发到在线控转器中实现轨迹跟踪控制。
步骤2中两点求曲率法计算道路曲率的具体步骤如下：
提取出参考轨迹上最近匹配点以及选取距离最近匹配点一定距离的前向点，找出这两点的横向坐标和纵向坐标的差值，根据几何学关系求解出该最近匹配点处的曲率。
进一步，步骤3中所述电机运动在线达标路线是指：刚体在外力作用下做定点转动时，外力作用在刚体特殊位置，此时刚体达到动平衡，这时的转动支点，即使取消约束，刚体还是绕该点转动，这样的外力特殊作用位置，就是刚体的电机运动在线达标路线。
进一步，步骤3中把电机看做一个刚体，电机在运动时会受到前后轮侧偏力的作用，以电机运动在线达标路线建模消除所有与后轮作用力相关的影响因素，简化控制器结构的设计。
进一步，步骤3中电机运动在线达标路线需要满足：
本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载实现权利要求4～8任意一项所述控制方法的控制器。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的控制方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明通过设置有图像采集模块，通过在天车上通过螺栓固定有摄像头，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像；运动状态采集模块，通过在吊具上设置有姿态传感器，利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态；重量采集模块，通过在吊具上设置有重量传感器，检测包装钢卷的重量；激光测距模块，通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息；报警模块，当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警；无线信号传输模块，通过在天车上设置有无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心；电机运行状态控制模块，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳；定位模块，通过在天车上设置有定位器，实现天车在钢卷的正上方，便于进行夹取；吊具吊运升降模块，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运。
本发明在钢带吊装的的过程中，能够有效控制吊具及钢卷的运行状态，提高了钢卷吊运的稳定性，避免出现钢卷与周围的包装器械出现碰撞；同时本发明能够有效对钢卷提取，在吊运过程中，实时获取钢卷吊运的情况，并能将吊运状态传送至监控中心，供工作人员监控。
本发明控制器控制电机的运行方向的方法中，根据图像采集模块采集一条高精度电机在线达标运动路线信息作为参考轨迹，当电机在这条参考轨迹上循迹运动时依据姿态传感器确定出电机当前的位置点；电机在循迹运动的过程中，根据采集的参考轨迹搜索出距离电机当前位置点最近的匹配点，选取距离最近匹配点一定距离的前向点，依据两点求曲率得到最近匹配点处的道路曲率；确定的电机当前位置点与确定的最近匹配点计算得到轨迹跟踪偏差，包括横向偏差和头指向误差；找到电机运动在线达标路线，计算出电机运动在线达标路线处的轨迹跟踪偏差；根据电机动力学模型和循迹状态变量以及道路曲率计算得到电机运动在线达标路线处横向偏差加速度与轮胎侧偏力和道路曲率的关系，并将横向偏差加速度取零计算得到电机前馈侧偏力，用于消除横向偏差加速度和道路曲率的影响，提高电机的侧倾稳定性；建立基于电机反馈侧偏力的动力学轨迹集合，得到最优反馈控制率，并结合获得的循迹状态变量构建全状态的线性反馈控制器，由此得到的反馈控制量即为电机反馈侧偏力，用于消除外部环境干扰和模型不准确性所产生的循迹误差；根据得到的电机前馈侧偏力和步骤四得到的电机反馈侧偏力确定出电机侧偏力，再得到电机侧偏角，最后根据电机转角输入得到轨迹跟踪控制的转角控制量，下发到在线控转器中实现轨迹跟踪控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能钢带吊装用包装在线达标控制系统结构示意图。
图2是本发明实施例提供的智能钢带吊装用包装在线达标控制方法流程图。
图中：1、图像采集模块；2、运动状态采集模块；3、重量采集模块；4、激光测距模块；5、中央处理模块；6、报警模块；7、无线信号传输模块；8、电机运行状态控制模块；9、定位模块；10、吊具吊运升降模块。
图3是本发明实施例提供的控制器控制电机的运行方向的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决上述的技术问题，下面结合附图对本发明的技术方案作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的智能钢带吊装用包装在线达标控制系统包括：
图像采集模块1，与中央处理模块5连接，通过在天车上通过螺栓固定有摄像头，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像。
运动状态采集模块2，与中央处理模块5连接，通过在吊具上设置有姿态传感器，利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态。
重量采集模块3，与中央处理模块5连接，通过在吊具上设置有重量传感器，检测包装钢卷的重量。
激光测距模块4，与中央处理模块5连接，通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息。
中央处理模块5，分别与图像采集模块1、运动状态采集模块2、重量采集模块3、激光测距模块4、报警模块6、无线信号传输模块7、电机运行状态控制模块8、定位模块9和吊具吊运升降模块10连接，用以协调各个模块的正常运行。
报警模块6，与中央处理模块5连接，当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警。
无线信号传输模块7，与中央处理模块5连接，通过在天车上设置有无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心。
电机运行状态控制模块8，与中央处理模块5连接，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳。
定位模块9，与中央处理模块5连接，通过在天车上设置有定位器，实现天车在钢卷的正上方，便于进行夹取。
吊具吊运升降模块10，与中央处理模块5连接，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运。
本发明实施例提供的与中央处理模块5连接，通过在天车上通过螺栓固定有摄像头，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像的图像采集模块1包括：
钢卷图像颜色处理模块，根据工作要求，将获取的钢卷图像中的灰度和彩色进行调整。
钢卷图像编码模块，将上述调色完成的图像，利用脉码调制编码技术对钢卷图像进行编码。
钢卷图像压缩模块，根据编码完成的图像容量大小，利用一定的压缩程序对数据进行压缩。
钢卷图像增强复原模块，当对钢卷图像进行分析对比时，调取压缩完成的钢卷图像信息，进行增加对比度、去掉模糊噪声和修正几何畸变增强复钢卷图像信息。
本发明实施例提供的钢卷图像增强复原模块中设置有图像特征识别模块，其中图像特征识别模块包括：
钢卷图像深度处理模块，对增强复原的钢卷图像进一步调整对比度、去噪声等方法对钢卷图像进行深度处理。
钢卷图像特征提取模块，对深度处理完成的钢卷图像，提取钢卷边缘、点和形状等特征。
钢卷图像识别模块，根据提取的钢卷特征信息，利用神经网络对特征识别。
本发明实施例提供的与中央处理模块5连接，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳的电机运行状态控制模块8中电机具体控制过程，如下：
当姿态传感器检测到吊具出现剧烈晃动时，中央处理模块控制吊具吊运升降模块停止运行。
当姿态传感器检测吊具出现横向晃动时，控制电机控制天车上的移动小车沿吊具晃动的方向移动一定距离。
当姿态传感器检测吊具出现纵向晃动时，控制电机操作天车沿吊具晃动的方向移动一定距离。
根据吊具晃动的幅度，循环往复，移动一定距离，逐渐使吊具稳定。
本发明实施例提供的与中央处理模块5连接，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运的吊具吊运升降模块10中吊具升降控制方法，具体过程如下：
当吊具空载时，中央处理模块控制吊具下降到钢卷附近；根据钢卷的图像信息和天车的位置信息，对天车进行调整，使天车在钢卷的上方。
逐渐控制吊具下降，使吊具两侧的夹头对钢卷实时夹取；夹取提升之后，根据重量传感器检测到的钢卷的重量信息，中央处理模块实时判断，是否超过上限值；根据判定的结果，对吊具进行实时提升吊运。
当姿态传感器检测吊具出现剧烈晃动时，中央控制模块控制吊具停止运行，配合电机运行状态控制模块调整吊运钢卷的运行状态。
如图2所示，本发明实施例提供的智能钢带吊装用包装在线达标控制方法，具体包括以下步骤：
s101：利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像；并且通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息。
s102：根据钢卷图像信息、天车与钢卷的距离数据信息和天车的位置信息，控制器控制天车运行到钢卷正上方。
s103：当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运；在钢卷包装吊运过程中，利用重量传感器检测包装钢卷的重量；并且利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态。
s104：当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳。
s105：当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警；同时通过利用天车上的无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心。
本发明应用中，首先，利用摄像头对包装的钢卷及其周围情况，获取相应的图像；并且通过在吊具上设置有激光测距传感器，检测吊具与钢卷的距离位置数据信息。其次，根据钢卷图像信息、天车与钢卷的距离数据信息和天车的位置信息，控制器控制天车运行到钢卷正上方。然后，当天车在钢卷正上方时，控制器控制吊具下降夹取钢卷，并对钢卷进行吊运；在钢卷包装吊运过程中，利用重量传感器检测包装钢卷的重量；并且利用姿态传感器检测吊具及吊运钢卷时，吊具和钢卷的运行状态。
其中，当吊运钢卷的过程中，钢卷和吊具出现晃动时，控制器控制电机的运行方向，减少钢卷的晃动，使钢卷吊运的过程得到平稳。当吊具与钢卷碰撞或者吊运钢卷状态出现异常时，利用报警器进行报警；同时通过利用天车上的无线信号收发器，与监控中心连接，将钢卷包装的实时数据传递到监控中心。
如图3所示，本发明实施提供控制器控制电机的运行方向的方法包括：
s201，根据图像采集模块采集一条高精度电机在线达标运动路线信息作为参考轨迹，当电机在这条参考轨迹上循迹运动时依据姿态传感器确定出电机当前的位置点。
s202，电机在循迹运动的过程中，根据步骤1中采集的参考轨迹搜索出距离电机当前位置点最近的匹配点，选取距离最近匹配点一定距离的前向点，依据两点求曲率得到最近匹配点处的道路曲率。
s203，由步骤s201中确定的电机当前位置点与步骤s202中确定的最近匹配点计算得到轨迹跟踪偏差，包括横向偏差和头指向误差；找到电机运动在线达标路线，计算出电机运动在线达标路线处的轨迹跟踪偏差；根据电机动力学模型和循迹状态变量以及道路曲率计算得到电机运动在线达标路线处横向偏差加速度与轮胎侧偏力和道路曲率的关系，并将横向偏差加速度取零计算得到电机前馈侧偏力，用于消除横向偏差加速度和道路曲率的影响，提高电机的侧倾稳定性。
s204，建立基于电机反馈侧偏力的动力学轨迹集合，得到最优反馈控制率，并结合步骤s203获得的循迹状态变量构建全状态的线性反馈控制器，由此得到的反馈控制量即为电机反馈侧偏力，用于消除外部环境干扰和模型不准确性所产生的循迹误差。
s205，根据步骤s203得到的电机前馈侧偏力和步骤s203得到的电机反馈侧偏力确定出电机侧偏力，再得到电机侧偏角，最后根据电机转角输入得到轨迹跟踪控制的转角控制量，下发到在线控转器中实现轨迹跟踪控制。
两点求曲率法计算道路曲率的具体如下：提取出参考轨迹上最近匹配点以及选取距离最近匹配点一定距离的前向点，找出这两点的横向坐标和纵向坐标的差值，根据几何学关系求解出该最近匹配点处的曲率。
步骤s203中所述电机运动在线达标路线是指：刚体在外力作用下做定点转动时，外力作用在刚体特殊位置，此时刚体达到动平衡，这时的转动支点，即使取消约束，刚体还是绕该点转动，这样的外力特殊作用位置，就是刚体的电机运动在线达标路线。
步骤s203中把电机看做一个刚体，电机在运动时会受到前后轮侧偏力的作用，以电机运动在线达标路线建模消除所有与后轮作用力相关的影响因素，简化控制器结构的设计。
步骤s203中电机运动在线达标路线需要满足：
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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