基于机器视觉的轮胎吊自动化关键技术研究

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1、学校编码１０３９０分类号ＴＰ２４２．６学号２０１３１１８０２０１５密级集Ｉ大葦硕：ｔ学位论文基于机器视觉的轮胎吊自动化关键技术研巧指导教师：陈宁副教授作者姓名：王胜申请学位级别：硕古学科专业：机械设计及理论研巧方向：先进机电产品、工艺与装备论文提交日期：２０１６年４月５日论文答辩日期：２０１６年６月６日学位授予单位：集美大学学位授予日期：２０１６年６月答辩委员会主席：吴晓明副教授论文评阅人：；硕士学位论文基于机器视觉的轮胎吊自动化关键技术研究ResearchonKeyTech

2、nologyofRubber-TyredGantryCraneAutomationBasedonMachineVision学科门类：工学作者姓名：王胜指导教师：陈宁副教授学科专业：机械设计及理论学科方向：先进机电产品、工艺与装备学位授予单位：集美大学论文答辩日期：2016年6月6日学术诚信声明兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果，论文中不包含其。除文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。声明人：（签名）ｉ王弓时间ｆ：今聲因保护

3、知识产权声明本入完全了解集美大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可采用、汇编学位论文影印、缩印或扫描等复制手段保存。同意集美大学可Ｗ用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。作者（签名王驻导师（签名）：时间：河占食句Ｉ令苗午基于机器视觉的轮胎吊自动化关键技术研究摘要多年来我国港口集装箱吞吐量都稳居全球第一，但在调度管理水平及装卸运输机械的自动化程度方面还远落后于国外先进港口。目前，国内港口的集装箱装卸基本还处于人工作业水平，安全性差，效率低，竞争力不强。

4、因此，如何有效提高装卸机械，特别是轮胎吊的自动化水平就成为研究的关键之一。随着计算机、图像处理、人工智能、智能控制等技术的进步，使得基于机器视觉的柔性自动化技术得以实现并迅速发展。本课题以提高轮胎吊自动化水平为研究目标，对其两项关键技术—基于视觉的集装箱识别、定位与跟踪技术；基于视觉伺服的吊绳防摇控制技术进行了理论和实验上的探索性研究。主要工作如下：（1）将机器视觉技术应用于集装箱识别与定位，并对集装箱的视觉识别算法进行了优化研究。首先通过颜色模板预定位与自适应变步长块匹配图像分割相结合的方法对图像进行快速分割。然后根据分割出来的二值图像采用Blob粒子特征分析

5、及形状不变矩特征分析法提取集装箱的五种形状不变性特征，并结合长宽比构成六维特征向量作为集装箱识别的依据。结果表明此识别方法对集装箱发生平移、旋转以及尺度变化都具有良好的鲁棒性。（2）完成了基于视觉测量的软硬件系统结构的设计，并将其应用于吊绳摆角测量中，实现了对吊绳摆角的实时、准确测量。（3）构建轮胎吊小车和吊具的二自由度动力学模型，通过仿真分析得出影响吊绳摆角的主要因素是小车速度（加速度）、吊重及吊绳长度。在分析传统防摇方式优缺点的基础上提出并设计了一种基于图像视觉伺服的模糊自适应PID吊绳防摇控制方法。其原理是通过吊具下的摄像机实时定位集装箱在水平面的坐标，引

6、导小车实现对集装箱的跟踪，并结合另一台摄像机实时采集的吊绳摆角信息作为控制器的两个输入变量，采用模糊自适应在线调整PID参数的方法来跟踪理想速度曲线以达到集装箱定位与吊绳防摇控制的统一。（4）在理论研究的基础上搭建了轮胎吊集装箱装卸的模拟实验平台，并在实验平台上完成了理论研究的验证工作，主要包括以下三个方面：一是系统远程控制的可行性验证；二是集装箱视觉识别、定位与跟踪算法的理论验证；三是基于视觉伺服的吊具模糊自适应PID防摇控制的效果验证。基本完成了设定的验证内容，达到了预期的验证目的。关键词：轮胎吊；机器视觉；集装箱识别与定位；图像分割；视觉伺服；模糊自适应P

7、ID；防摇控制IResearchonKeyTechnologyofRubber-TyredGantryCraneAutomationBasedonMachineVisionAbstractAlthough,thecontainerthroughputofChina’sseaportswasrankedfirstintheworldformanyyears,butinSchedulingmanagementlevel,automationdegreeofloadingandunloadingtransportmachineryarestillfarbehindto

8、foreignadvan