一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法及系统与流程

本发明涉及塔机吊钩定位，尤其涉及一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法及系统。

背景技术：

1、塔式起重机(以下简称塔机)作为建筑施工过程中必备的工程机械之一，已经成为建筑施工中不可或缺的设备。随着国民经济的高速发展和城市建设的不断推进，塔机的使用量也呈现出明显的增长趋势。目前，国内塔机的整体保有量较大，市场需求量也在不断增加。预计未来，我国塔机行业市场规模将继续扩大，市场需求量将持续增加。特别是随着装配式建筑的推广和应用，塔机的使用将更加广泛，市场前景非常广阔。

2、建筑机械的大量投入使用，给施工过程带来了便利，提升了施工的效率，但塔机本身属于需要驾驶员操作的特种施工机械，每天塔机司机都需要进行连续高强度的高空作业，存在着疲劳安全隐患，且工程施工项目大多存在赶工期日夜施工能情况，尤其容易发生塔机事故，同时随着社会发展，人们越来越注重自身的安全及价值，人力用工成本会急剧上升，而塔机司机作为特种设备的特殊操作工种，因其特殊的工作环境，随着现有人员的逐渐老去，今后从事塔机司机工作的人员会越来越少，这对施工企业来说，将会出现招工难，用工荒等问题。

3、综上所述，需要一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法及系统来解决现有技术中所存在的不足之处。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法及系统，旨在解决塔机司机工作强度较大、操作难度较高，容易发生事故的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将图像采集模块和图像拼接模块接入塔机plc开始吊装；

4、步骤2：地面人员将货物挂载到塔机吊钩上；

5、步骤3：司机通过全景拼接图像点选需要吊钩移动到的目标位置；

6、步骤4：通过移动路径计算模块得到当前塔机吊钩位置到吊钩的目标吊装位置之间的路径信息；

7、步骤5：主机将该路径信息转化为塔机的动作信号，输出到塔机控制器后，塔机开始通过路径智能运行模式工作，吊钩携带货物按照计算出的路径开始移动；

8、步骤6：当吊钩按照指定路径移动到目标位置后，系统提示司机，当前辅助定位任务已完成，司机接管后续卸货工作。通过全景拼接图像点选可直接确定需要吊钩移动到的目标位置，并且通过移动路径计算模块得到当前塔机吊钩位置到吊钩的目标吊装位置之间的路径信息，位置较为精准，减轻了塔机司机的工作强度，操作相对容易，在一定程度上避免了事故的发生。

9、进一步的，所述步骤3中，司机通过全景拼接图像点选需要吊钩移动到的目标位置，全景拼接图像的处理方法包括以下步骤：

10、步骤a1：通过吊钩幅度小车上安装的摄像头定时拍摄塔吊下方吊钩区域的图像，采集到图像an和其对应的位置信息；

11、步骤a2：通过主机将图像an进行自动拼接，相邻两张图像之间至少有20％以上的重叠部分；

12、步骤a3：拼接过程中，主机结合相邻图像间的重叠部分进行组合和调整，把原始采集的区域图像，拼接成一个完整的实景图；

13、步骤a4：实景图中的每张图片an，都包含了该张图片的位置信息xn，yn，zn，αn、βn、zn；

14、xn，yn，zn为定位的绝对坐标值信息，x为经度值，y为纬度值，αn、βn、zn为塔机大臂角度、幅度小车位置和吊钩大臂距离的相对坐标信息，α为塔机大臂旋转角度与0度指北的夹角，β为幅度小车距离塔身中心点的距离，z为吊钩与大臂间的距离高度值。

15、进一步的，所述塔机大臂角度由回转角度传感器记录从大臂指北0度为起点顺时针，大臂旋转到αn时刻，回转角度传感器的旋转编码器记录数值换算得到αn；

16、所述幅度小车位置由幅度小车从塔机大臂幅度小车内限位为起点，运行到βn位置时候，幅度传感器的旋转编码器记录数值换算得到βn；

17、所述吊钩大臂距离由吊钩收至上限位位置时候为起点，下降至zn位置时候，高度传感器的旋转编码器记录数值换算得到zn。

18、进一步的，所述步骤4中，通过移动路径计算模块得到当前塔机吊钩位置到吊钩的目标吊装位置之间的路径信息包括以下步骤：

19、步骤b1：司机确定点选位置后，主机将该图像包含的坐标xn、yn、zn进行提取，坐标xn、yn、zn为目标位置坐标；

20、步骤b2：主机通过传感器获取当前状态下塔机吊钩的坐标x1、y1、z1，坐标x1、y1、z1为起始位置坐标；

21、步骤b3：主机通过计算得到从起始位置坐标x1、y1、z1到目标位置坐标xn、yn、zn的三维移动路径。

22、进一步的，所述步骤5中，路径智能运行模式包括以下步骤：

23、步骤c1：通过前期自学习得到塔机运行特性数据，塔机司机在司索工在起吊点挂钩完成后，在系统上输入点选需要运送的吊钩落点位置，输入完成后系统将自动计算整个运输过程的路线，并向塔机输出对应的操作信号；

24、步骤c2：控制塔机将吊装物品自动运送至目标位置附近，再接近目标位置时，系统将提示司机注意目标位置落点，司机在此时直接操作手柄，控制塔机将吊装物品准确下落至吊装点位；

25、步骤c3：在该模式下，塔机司机只在起吊和落吊的时候手动介入微调操作，除此之外的吊装物品转运过程，系统自动控制塔吊完成移动路径的选择与定位。

26、一种基于图像采集的塔机吊钩定位系统，用于执行如前述的一种基于图像采集的塔机吊钩定位方法，系统包括主机、物联网传感模块和图像采集模块，所述主机用于采集、记录、分析与计算驾驶员操作信号、塔机实时运行数据，所述主机还用于数据云传输与通讯，所述物联网传感模块用于塔机吊钩运行过程中采集实时的运行数据，所述图像采集模块用于采集塔机吊钩区域的图像，所述物联网传感模块和图像采集模块均与主机相连接；

27、所述主机执行以下步骤：

28、将图像采集模块和图像拼接模块接入塔机plc开始吊装；

29、地面人员将货物挂载到塔机吊钩上；

30、司机通过全景拼接图像点选需要吊钩移动到的目标位置；

31、通过移动路径计算模块得到当前塔机吊钩位置到吊钩的目标吊装位置之间的路径信息；

32、主机将该路径信息转化为塔机的动作信号，输出到塔机控制器后，塔机开始工作，吊钩携带货物按照计算出的路径开始移动；

33、当吊钩按照指定路径移动到目标位置后，系统提示司机，当前辅助定位任务已完成，司机接管后续卸货工作。

34、进一步的，所述物联网传感模块包括定位模块、起重量检测模块、高度检测模块、幅度检测模块、回转角度检测模块和风速检测模块，所述定位模块用于获取塔机吊钩的位置坐标，所述起重量检测模块用于检测采集塔机吊钩起重量，所述高度检测模块用于检测采集塔机吊钩距离水平地面的水平高度，所述幅度检测模块检测采集塔机吊钩的幅度信号，所述回转角度检测模块用于记录回转电机齿轮转动圈数并换算塔机大臂旋转角度，所述风速检测模块用于采集塔顶风速，所述定位模块、起重量检测模块、高度检测模块、幅度检测模块、回转角度检测模块和风速检测模块均与主机相连接。

35、进一步的，系统还包括移动路径计算模块与通讯模块，所述移动路径计算模块用于根据当前塔机吊钩位置与吊钩的目标吊装位置之间的距离信息计算移动路径，并且移动路径计算模块与主机相连接。

36、进一步的，所述主机连接有塔机plc，塔机plc采集司机的操作控制信号。

37、进一步的，所述操作控制信号包括不同速度档位的吊钩上下移动，幅度小车前后移动，大臂左右回转等动作信号。

38、本发明的实质性效果：

39、1、本发明中，通过全景拼接图像点选可直接确定需要吊钩移动到的目标位置，并且通过移动路径计算模块得到当前塔机吊钩位置到吊钩的目标吊装位置之间的路径信息，位置较为精准，减轻了塔机司机的工作强度，操作相对容易，在一定程度上避免了事故的发生。

40、2、本发明中，通过设置的主机配合物联网传感模块采集、记录、分析与计算驾驶员操作信号、塔机实时运行数据。

41、3、本发明中，通过设置的塔机plc采集司机的不同速度档位的吊钩上下移动，幅度小车前后移动，大臂左右回转等操作控制信号，进而方便系统前期自学习得到塔机运行特性数据。