基于机器视觉的吊具位姿检测系统.pdf

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1、基于机器视觉的吊具位姿检测系统倪菲·茅时群费国叶军1上海交通大学机械与动力工程学院上海2002152上海振华重工(集团)有限公司上海200125摘要：提出1种基于单目机器视觉的吊具空间位姿的传感检测系统，在装卸箱过程中实时检测吊具位姿。首先在起重机小车上选取基准点，并安装近红外相机，在吊具上安装由3个发射灯组成的结构光源。用单目相机拍摄吊具上的结构光源，并在暗图像中通过图像识别算法识别出光源在相机中的坐标。然后根据相机标定参数和相机、基准点坐标关系等得到吊具在基准点坐标中的位置和姿态。相较于现有的设备，此检测系统具有成本低、全

2、天候、快速准确等特点，其能为吊具控制系统提供了可靠的反馈数据。关键词：吊具；单目机器视觉；位姿检测传感器中图分类号：TP75文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)10—0043—05Abstract：Thepaperpresentsakindofmonocularmachinevisionbasedspreaderdetectionsystem(SDS)todetectspreaderposition．TheSDScanmeasurethespreaderpositioninrealtimeduringoper

3、atingthecontainers．Firstly，chooseadatummarkandinstallanear—infraredcameraonthetrolley，andassembleastructuringlightsourcemadeupofthreelampsonspreader．Imageprocessingalgorithmsareemployedtorecognizethecoordinatesoflampsinpicturederivedfromthecamera．Accordingtothelamps

4、coordinates，cameracalibrationparametersandcoordinaterelationshipbetweentheda—tummarkandthecamera，thespreaderpositionandorientationcanbeworkedout．Thesystemhasall-weather，notouch，quickandaccuratedetection，andlowcostquality，andCanprovidevalidandreliablefeedbackdatafors

5、preadercontrolsystem．Keywords：spreader；monocularmachinevision；positiondetectionsensor但对于起重机作业来说，轴方向上的位置可由放0引言绳编码器得到，故不必计算。对于SDS系统来说，为了提高集装箱的装卸效率、降低人工成本，需要检测5个变量(、Y、t、、Z)来描述集装越来越多的港口开始使用自动化的集装箱起重机。箱在空间的位置和姿态。SDS系统的设计要求精度其特点在于集装箱的装卸过程不需要人为参与，为：在最远17．5m处，位置精度为20mlTl，角度

6、它可以通过起重机大小车的编码器进行位置定位，精度为0．1。，识别速度为100次／s。大大减少了人工成本和工作强度，这种装卸集装由相关文献可知，相对于现有系统的局限，箱的方法是1个半开环控制，其并没有直接检测本文描述的SDS是基于单目机器视觉的检测方法，到集装箱和吊具的姿态。而且，自动化起重机在其具有精度高、无接触、全天候、低成本等特点。运行过程中产生的振动、形变及编码器定位误差1系统结构和原理等都会影响其定位的准确性，由此可导致其在装卸箱时，吊具无法对准目标集装箱，从而存在安1．1系统结构全隐患。因此，需要吊具检测系统(Spr

7、eaderDe—如图2所示，该系统的主要组成有：①基准tectionSensor，SDS)完成吊具位姿(见图1)的点。基准点选取在小车平台上任意一点；②近红直接检测，待检测量包括偏移量(、Y、)和外相机。安装在小车平台下，光轴垂直地面并指旋转量(侧倾角度t、偏转角度s、俯仰角度2)。向地面，其轴与中间的红外发射灯圆心对齐；上海市科委人才计划，博士后基金资助(10R21421600)，上海市浦东新区博士后基金资助(274．IOS19)《起重运输机械》2011(10)一43—具控制PLC。PLC根据吊具位姿计算控制量，并将其由Pr

8、ofibus发送到吊具上的液压缸；液压缸根据指令移动吊具到指定位置。整个控制为闭环控制系统，直到吊具位姿满足要求为止。1．2系统的工作原理首先用相机拍摄3个发射灯的图像；通过图像处理得到3个发射灯的圆心图像坐标。由于相机先行标定过，所以可以计算3个发射灯圆心在0中的坐标。但通