一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统。

背景技术

专利申请CN86203711公开了一种塔式起重机。这种塔式起重机上有两条连接在塔臂端部和塔身顶端之间的承重缆索，该缆索悬吊着沿缆索来回运行的变幅小车，重物起吊后，吊重全作用在承重缆索上，使塔臂基本上只承受轴向力，克服了吊重直接作用在塔壁弦杆上时，塔臂需要承受很大弯矩的缺点。起重机采用运行小车式变幅机构，因而具有良好的工作性能。起重机的承重缆索的长度与塔臂的长度相等，吊重在变幅时，始终作水平移动。

上述塔式起重机采用的是小车式变幅机构，那么，变幅小车运行过程的动作准确性将影响着该塔式起重机作业的高效性。

可见，如何设计一款能够把控变幅小车所处位置的系统以保障变幅小车动作的准确性，从而有利于塔式起重机作业高效性，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统，从而有利于塔式起重机作业高效性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统，所述变幅位置修正系统包括图像获取模块、图像识别模块、图像分析模块、数据分析模块、判定模块、信号生成模块、通信模块以及控制模块，所述图像获取模块、图像识别模块、图像分析模块、数据分析模块、判定模块、信号生成模块以及通信模块分别与所述控制模块电连接，

所述控制模块执行的步骤包括：

所述控制模块控制所述图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像，以及所述控制模块控制所述图像获取模块获取关于所述变幅小车与所述预设参照物之间目标距离的先验深度图像；

所述控制模块控制所述图像识别模块对所述当前深度图像执行关于目标检测的操作获得所述当前深度图像当中关于预设参照物的当前目标图像区域，以及所述控制模块控制所述图像识别模块对所述先验深度图像执行关于目标检测的操作获得所述先验深度图像当中关于预设参照物的先验目标图像区域；

所述控制模块控制所述图像分析模块获取所述当前目标图像区域的第一像素数据以及获取所述先验目标图像区域的第二像素数据；

所述控制模块控制所述数据分析模块根据所述第一像素数据以及所述第二像素数据确定关于所述当前距离的当前修正评价指数；

所述控制模块判定所述当前修正评价指数是否属于预先确定的修正评价指数阈值范围，若否，则所述控制模块控制所述信号生成模块生成第一信号并且所述控制模块控制所述通信模块将所述第一信号发送至所述变幅小车，使得所述变幅小车相对于所述预设参照物发生修正位移量，若是，则所述控制模块控制所述信号生成模块生成第二信号并且所述控制模块控制所述通信模块将所述第二信号发送至所述变幅小车，使得所述变幅小车保持当前位置。

本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统基于深度图像确定变幅小车与预设参照物之间的当前距离对应的当前修正评价指数，对变幅小车当前位置是否需要修正进行量化评估，有利于把控变幅小车所处位置以及有利于保障变幅小车动作的准确性，从而有利于塔式起重机作业高效性。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述预设参照物为设置在起重大臂长度方向上的一端的司机室，所述起重大臂上设置有轨道，所述轨道的长度方向与所述起重大臂的长度方向一致，所述变幅小车在所述轨道上沿其长度方向移动，所述变幅小车与所述司机室之间的实时距离为所述当前距离。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述控制模块控制所述数据分析模块根据所述第一像素数据以及所述第二像素数据确定关于所述当前距离的当前修正评价指数，采用的算法如下：

式中，P表示当前修正评价指数，F

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述变幅位置修正系统还包括与所述控制模块电连接的修正位移量确定模块，所述图像获取模块包括设置在所述变幅小车上的TOF相机，所述TOF相机正对所述预设参照物并用于拍摄关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像，

在所述控制模块判定所述当前修正评价指数不属于预先确定的修正评价指数阈值范围之后，以及在所述控制模块控制所述信号生成模块生成第一信号并且所述控制模块控制所述通信模块将所述第一信号发送至所述变幅小车，使得所述变幅小车相对于所述预设参照物发生修正位移量之前，所述控制模块执行的步骤还包括：

所述控制模块控制所述修正位移量确定模块根据所述当前目标图像区域的图像数据和所述先验目标图像区域的图像数据确定所述变幅小车需要相对于所述预设参照物发生的修正位移量。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述控制模块控制所述修正位移量确定模块根据所述当前目标图像区域的图像数据和所述先验目标图像区域的图像数据确定所述变幅小车需要相对于所述预设参照物发生的修正位移量，采用的算法如下：

式中，S表示所述变幅小车需要相对于所述预设参照物发生的修正位移量，δ表示预先确定的修正经验系数，n表示当前目标图像区域的取样像素点的样本数目，i表示当前目标图像区域的取样像素点的样本序号，D

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述通信模块设置有以太网通信接口，以及所述通信模块还用于与数据平台基于以太网实现数据交互，其中，所述先验深度图像由所述数据平台发送并经由所述通信模块传输至所述变幅位置修正系统。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述变幅位置修正系统还包括与所述控制模块电连接的信息获取模块，

在所述控制模块控制所述图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像之前，所述控制模块执行的步骤还包括：

所述控制模块控制所述信息获取模块获取关于所述变幅小车的当前运行信息，其中，所述当前运行信息包括所述变幅小车所处环境的当前风速、当前温度、当前湿度、所述变幅小车的当前移动速度以及当前载荷；

所述控制模块控制所述数据分析模块根据所述当前运行信息以及预设运行信息确定所述变幅小车的当前运行评价指数，其中，所述预设运行信息包括所述变幅小车所处环境的预设风速、预设温度、预设湿度、所述变幅小车的预设移动速度以及预设载荷；

所述控制模块控制所述判定模块判定所述当前运行评价指数是否属于预先确定的运行评价指数阈值范围，若是，则触发所述控制模块控制所述图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像的步骤执行，若否，则所述控制模块控制所述信号生成模块生成第三信号并且所述控制模块控制所述通信模块将所述第三信号发送至所述变幅小车，使得所述变幅小车暂停运行。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述控制模块控制所述数据分析模块根据所述当前运行信息以及预设运行信息确定所述变幅小车的当前运行评价指数，采用的算法如下：

式中，K表示所述变幅小车的当前运行评价指数，V表示所述变幅小车所处环境的当前风速，W表示所述变幅小车所处环境的当前湿度，T表示所述变幅小车所处环境的当前温度，S表示所述变幅小车的当前移动速度，Z表示所述变幅小车的当前载荷，V'表示所述变幅小车所处环境的预设风速，W'表示所述变幅小车所处环境的预设湿度，T'表示所述变幅小车所处环境的预设温度，S'表示所述变幅小车的预设移动速度，Z'表示所述变幅小车的预设载荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的塔式起重机变幅小车变幅位置显示系统的结构示意图；

图3是本发明实施例的控制模块一种执行步骤的流程示意图；

图4是本发明实施例的控制模块另一种执行步骤的流程示意图；

图5是本发明实施例的控制模块又一种执行步骤的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例一：本发明公开了一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统，如图1所示，该变幅位置修正系统包括图像获取模块、图像识别模块、图像分析模块、数据分析模块、判定模块、信号生成模块、通信模块以及控制模块，图像获取模块、图像识别模块、图像分析模块、数据分析模块、判定模块、信号生成模块以及通信模块分别与控制模块电连接。可选的，本发明的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统所适用的塔式起重机可以设置有塔式起重机变幅小车变幅位置显示系统。如图2所示，塔式起重机变幅小车变幅位置显示系统包括安装于变幅小车上的电源供电系统、单片机数据处理、显示屏。进一步可选的，在施工现场，水平臂塔吊做变幅作业的时候，安装于变幅小车上的轨道行走轮带动三相交流发电机，产生AC20v 20W的电能，经过整流滤波、DC/DC电路的转换，分别输出给单片机和显示屏需要的工作电压和电流。又进一步可选的，单片机对发电机过来的脉冲做相应运算，通过相应的I/O口输出给驱动IC ULN2003，由驱动IC点亮LED数码管完成实时数据显示。

如图3所示，本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统的控制模块执行的步骤包括：

S101、控制模块控制图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像。可选的，该图像获取模块可以设置有用于拍摄该当前深度图像的深度相机，比如，结构光深度相机或者双目立体深度相机。

S102、控制模块控制图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间目标距离的先验深度图像。可选的，该图像获取模块可以设置有数据接口，该数据接口用于外部数据源向该图像获取模块传输具有先验深度图像的数据。进一步可选的，该图像获取模块可以设置有USB接口，用于外部数据源向该图像获取模块传输具有先验深度图像的数据。

S103、控制模块控制图像识别模块对当前深度图像执行关于目标检测的操作获得当前深度图像当中关于预设参照物的当前目标图像区域。可选的，该目标检测可以基于深度学习模型来实现。进一步可选的，该深度学习模型为YOLO。

S104、控制模块控制图像识别模块对先验深度图像执行关于目标检测的操作获得先验深度图像当中关于预设参照物的先验目标图像区域。

S105、控制模块控制图像分析模块获取当前目标图像区域的第一像素数据以及获取先验目标图像区域的第二像素数据。

S106、控制模块控制数据分析模块根据第一像素数据以及第二像素数据确定关于当前距离的当前修正评价指数。

S107、控制模块判定当前修正评价指数是否属于预先确定的修正评价指数阈值范围。若否，则执行步骤S108a，若是，则执行步骤S108b。可选的，修正评价指数阈值范围可以是本领域技术人员根据经验数据而预先确定的。

S108a、控制模块控制信号生成模块生成第一信号并且控制模块控制通信模块将第一信号发送至变幅小车，使得变幅小车相对于预设参照物发生修正位移量。

S108b、控制模块控制信号生成模块生成第二信号并且控制模块控制通信模块将第二信号发送至变幅小车，使得变幅小车保持当前位置。

本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统基于深度图像确定变幅小车与预设参照物之间的当前距离对应的当前修正评价指数，并通过判定当前修正评价指数是否属于修正评价指数阈值范围，确定变幅小车所处的位置是否需要修正。具体地，若当前修正评价指数不属于修正评价指数阈值范围，则控制模块控制信号生成模块生成第一信号并且控制模块控制通信模块将第一信号发送至变幅小车，使得变幅小车相对于预设参照物发生修正位移量；若当前修正评价指数属于修正评价指数阈值范围，则控制模块控制信号生成模块生成第二信号并且控制模块控制通信模块将第二信号发送至变幅小车，使得变幅小车保持当前位置。可见，本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统基于深度图像确定变幅小车与预设参照物之间的当前距离对应的当前修正评价指数，对变幅小车当前位置是否需要修正进行量化评估，有利于把控变幅小车所处位置以及有利于保障变幅小车动作的准确性，从而有利于塔式起重机作业高效性。

实施例二：为了提高本发明的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统把控变幅小车所处位置的精准性，可以对变幅小车与起重大臂之间的位置关系进行限定。具体而言，预设参照物为设置在起重大臂长度方向上的一端的司机室，起重大臂上设置有轨道，轨道的长度方向与起重大臂的长度方向一致，变幅小车在轨道上沿其长度方向移动，变幅小车与司机室之间的实时距离为当前距离。

为了提高本发明的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统关于当前修正评价指数的确定步骤执行的高效性，从而有利于该于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统能够运行顺畅，本发明可以基于预先确定的第一像素数据、第二像素数据以及当前修正评价指数之间的映射关系并在给定第一像素数据和第二像素数据的情况下求解当前修正评价指数。具体而言，控制模块控制数据分析模块根据第一像素数据以及第二像素数据确定关于当前距离的当前修正评价指数，采用的算法如下：

式中，P表示当前修正评价指数，F

上述关于确定当前修正评价指数的算法中，关于图像的分辨率、像素点的亮度、像素点的对比度、像素点的饱和度以及像素点的灰度，分别是通过当前目标图像区域的对应参量与先验目标图像区域的对应参量之间的比值来表达。其中，考虑到分辨率的大小对于图像数据的数据量、分析的精细度等方面均有影响，该式子的第一项为当前目标图像区域的分辨率与先验目标图像区域的分辨率比值的四次方；考虑到像素点的亮度、对比度、饱和度以及灰度为图像色彩方面的参量，以及考虑到对它们作规范化处理，并且在适当降低计算量的情况下采用取样的方式对上述因素评估，该式子的第二项如上。那么，当前修正评价指数能够兼顾到图像的分辨率、像素点的亮度、像素点的对比度、像素点的饱和度、像素点的灰度这几方面对当前目标图像区域与先验目标图像区域的关联性进行评判，可以理解的是，若该关联性符合预期，则该当前修正评价指数属于预先确定的修正评价指数阈值范围，若该关联性不符合预期，则该当前修正评价指数不属于预先确定的修正评价指数阈值范围。

为了使得本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统在获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像的便捷性以及所得到的当前深度图像的有效性，该图像获取模块可以是通过TOF相机获取当前深度图像。另外，为了进一步优化本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统的功能，该系统可以通过修正位移量确定模块来确定变幅小车的修正位移量，提高该系统功能的完备性以及提高该系统的智能化程度。具体而言，变幅位置修正系统还包括与控制模块电连接的修正位移量确定模块，图像获取模块包括设置在变幅小车上的TOF相机，TOF相机正对预设参照物并用于拍摄关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像，

在控制模块判定当前修正评价指数不属于预先确定的修正评价指数阈值范围之后即步骤S107执行并确定该判定结果为“否”之后，在控制模块控制信号生成模块生成第一信号并且控制模块控制通信模块将第一信号发送至变幅小车，使得变幅小车相对于预设参照物发生修正位移量之前即步骤S108a之前，该控制模块执行的步骤还包括：

S1071、控制模块控制修正位移量确定模块根据当前目标图像区域的图像数据和先验目标图像区域的图像数据确定变幅小车需要相对于预设参照物发生的修正位移量。

为了提高本发明的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统关于修正位移量的确定步骤执行的高效性，从而有利于该于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统能够运行顺畅，本发明可以基于预先确定的当前目标图像区域的图像数据和先验目标图像区域的图像数据以及修正位移量之间的映射关系并在给定当前目标图像区域的图像数据和先验目标图像区域的图像数据的情况下求解修正位移量。具体而言，控制模块控制修正位移量确定模块根据当前目标图像区域的图像数据和先验目标图像区域的图像数据确定变幅小车需要相对于预设参照物发生的修正位移量，采用的算法如下：

式中，S表示变幅小车需要相对于预设参照物发生的修正位移量，δ表示预先确定的修正经验系数，n表示当前目标图像区域的取样像素点的样本数目，i表示当前目标图像区域的取样像素点的样本序号，D

上述算法中，通过当前目标图像区域的像素点的“深度”即像素点所对应的表示变幅小车与预设参照物之间的当前距离与先验目标图像区域的像素点所对应的表示变幅小车与预设参照物之间的目标距离均值之间的差值来表示当前目标图像区域的像素点与先验目标图像区域的像素点关于变幅小车与预设参照物之间的当前距离与目标距离的关联来求取修正位移量的参照值，并且通过与修正经验系数来调整该修正位移量的参照值，使得最终确定变幅小车需要相对于预设参照物发生的修正位移量。其中，修正经验系数可以是本领域技术人员根据经验数据而预先确定的，可选的，修正经验系数的取值范围可以是(0，1)。修正经验系数的影响因素可以包括变幅小车与起重大臂之间的装配误差、控制模块的响应速度、变幅小车的惯性大小等等。当修正经验系数为正数时，修正位移量的正负可以根据

为了便于本发明公开的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统与外部设备实现数据交互，通信模块设置有以太网通信接口，以及通信模块还用于与数据平台基于以太网实现数据交互，其中，先验深度图像由数据平台发送并经由通信模块传输至变幅位置修正系统。

实施例三：为了提高本发明用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统把控变幅小车运行的稳定性，可以基于变幅小车运行过程的多方面因素进行量化的综合评价，需要确保该评价指数符合预期即确保该变幅小车当前运行稳定才触发控制模块控制图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像的步骤执行，以及后续关于把控变幅小车所处位置的相关步骤的执行。具体而言，如图1所示，变幅位置修正系统还包括与控制模块电连接的信息获取模块。

在控制模块控制图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像之前即步骤S101之前，如图5所示，控制模块执行的步骤还包括：

S201、控制模块控制信息获取模块获取关于变幅小车的当前运行信息。其中，当前运行信息包括变幅小车所处环境的当前风速、当前温度、当前湿度、变幅小车的当前移动速度以及当前载荷。

S202、控制模块控制数据分析模块根据当前运行信息以及预设运行信息确定变幅小车的当前运行评价指数。其中，预设运行信息包括变幅小车所处环境的预设风速、预设温度、预设湿度、变幅小车的预设移动速度以及预设载荷。

S203、控制模块控制判定模块判定当前运行评价指数是否属于预先确定的运行评价指数阈值范围。若是，则触发控制模块控制图像获取模块获取关于变幅小车与预设参照物之间当前距离的当前深度图像的步骤执行即触发步骤S101执行，若否，则执行步骤S204。可选的，运行评价指数阈值范围可以是本领域技术人员根据经验而预先确定的。

S204、控制模块控制信号生成模块生成第三信号并且控制模块控制通信模块将第三信号发送至变幅小车，使得变幅小车暂停运行。

为了提高本发明的用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统关于当前运行评价指数的确定步骤执行的高效性，从而有利于该于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统能够运行顺畅，本发明可以基于预先确定的前运行信息、预设运行信息以及当前运行评价指数之间的映射关系并在给定前运行信息、预设运行信息的情况下求解当前运行评价指数。具体而言，控制模块控制数据分析模块根据当前运行信息以及预设运行信息确定变幅小车的当前运行评价指数，采用的算法如下：

式中，K表示变幅小车的当前运行评价指数，V表示变幅小车所处环境的当前风速，W表示变幅小车所处环境的当前湿度，T表示变幅小车所处环境的当前温度，S表示变幅小车的当前移动速度，Z表示变幅小车的当前载荷，V'表示变幅小车所处环境的预设风速，W'表示变幅小车所处环境的预设湿度，T'表示变幅小车所处环境的预设温度，S'表示变幅小车的预设移动速度，Z'表示变幅小车的预设载荷。可选的，该预设运行信息可以是本来领域技术人员根据设计变幅小车过程中确定的允许变幅小车运行的对应参量的最大值，即允许变幅小车运行的其所处环境的最大风速、最大湿度、最大温度、允许变幅小车运行的最大移动速度即额定移动速度以及允许变幅小车运行的最大载荷即额定载荷。特别地，当前运行评价指数阈值范围可以是(0,1)。

上述关于确定变幅小车的当前运行评价指数的算法主要体现了变幅小车的当前运行信息与预设运行信息之间的差异。其中，所涉及的关于该当前运行评价指数的影响因素主要分为环境方面的影响因素和运行参数方面的影响因素，也即环境方面的影响因素包括风速、温度和湿度，运行参数方面的影响因素包括变幅小车的移动速度和载荷。那么，当前运行评价指数能够兼顾到变幅小车所处环境以及变幅小车运行参数对当前运行状态与预设运行状态的关联性进行评判，可以理解的是，若该关联性符合预期，则该当前运行状态指数属于预先确定的运行评价指数阈值范围，若该关联性不符合预期，则该当前运行评价指数不属于预先确定的运行评价指数阈值范围。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种用于塔式起重机变幅小车的变幅位置修正系统中，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。