[发明专利]一种基于自动吊钩系统的定位方法

摘要

一种基于自动吊钩系统的定位方法。该方法基于超声波测距与机器视觉相结合的自动吊钩系统定位方法，设计一种自动吊钩定位系统，实现吊钩定位点与负载定位点的精确定位。采用超声波测距方法实现Z方向定位。传感器与吊钩主控制器连接，控制器发出测距命令，定时器获得超声波的返回时间，系统计算吊钩Z方向上的距离H。采用视觉定位方法实现X方向和Y方向定位。利用已知场景负载信息设计视觉定位算法，吊钩系统工作的期望位置信息作为参考路标，建立路标数据库作为参考条件，实时图像和视频信息经目标识别、特征匹配处理，得到吊钩系统需要的相对位置信息，实现吊钩在X方向和Y方向上的精确定位。

主权项

1.一种基于自动吊钩系统的定位方法，其特征在于，该方法基于机器视觉与超声波测距相结合的定位方法，设计自动吊钩系统定位方法，实现吊钩定位点(1)与负载定位点(2)的精确定位；其中，X方向是吊钩系统跟随吊车水平横向移动的方向，Y方向是吊钩系统跟随吊车水平纵向移动的方向，Z方向是吊绳竖直移动的方向；该方法的具体步骤如下：第1，将摄像机与工作电路安装在吊钩定位点，基于参考路标(3)和场景负载(4)，采用视觉定位方法实现X方向和Y方向定位；利用已知场景(4)负载信息设计视觉定位算法，自动吊钩系统工作的期望位置信息作为参考路标(3)，建立路标数据库作为参考条件，实时图像和视频信息经目标识别、特征匹配处理，得到吊钩系统需要的相对位置信息，实现吊钩在X方向和Y方向上的精确定位；第2，将超声波传感器与吊钩主控制器组成的连接电路安装在吊钩定位点，采用超声波测距方法实现Z方向定位；超声波传感器与吊钩主控制器连接开始工作，控制器发出测距命令，定时器获得超声波的返回时间，系统计算吊钩Z方向上的距离H，利用得知的距离信息，控制吊钩升降，完成Z方向的定位；具体步骤如下：第2.1，图像信号的采集处理；初始化程序参数，K＝0，K表示定位算法运行次数；摄像机根据实际需要采集视频图像信息，建立自动吊钩系统视觉定位的图像库；摄像机拍摄图像F(0)，F(1)，…，F(i)；F(0)为参考路标初始图像，表示最佳视觉定位点图像；F(i)表示吊钩在i时刻所拍摄图像；第2.2，视觉定位参数检测和评估结果；将采集图像加载到图像处理算子和定位参数处理算子中；在已知参考物体的几何形状与三维模型的条件下，应用摄像机标定方法估计自动吊钩系统平面与图像平面的单应矩阵，构造出摄像机内参数与单应矩阵的约束方程，利用最小二乘法对摄像机内外参数进行线性求解与非线性优化，估计摄像机内参数、外参数以及透镜畸变参数，消除图像中光学畸变的影响；利用特定算子对图像进行处理；图像处理得到外参数矩阵t(x,y,z)，获取定位参数t(0)，t(1)，…，t(i‑1)；t(i)表示F(i‑1)和F(i)之间的平移向量参数矩阵；计算定位误差error；误差error表示i时刻的图像定位点与参考路标初始定位图像点之间的定位误差；获得实时运动载体单元相对于吊钩系统三维场景期望位置特定参照物的局部相对位置信息；第2.3，输出结果；根据吊钩顺利自动完成开钩与闭钩操作需要的有效定位距离，进行误差阈值修正；误差error小于预设阈值时，符合期望要求；否则，根据相对位置信息作为反馈，控制吊车系统，移动吊钩位置，直至达到预期目标，实现吊钩自动化远程精确控制，完成自动吊钩系统的视觉定位。