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专利名称：一种小车起重作业用防偏拉的方法
技术领域：
本发明涉及一种小车起重作业用防偏拉的方法，具体是应用在塔 式起重机施工过程中利用机器视觉方法防止偏拉的方法。
背景技术：
随着近几年建筑业的发展，大型、高层的建筑物增加，建筑施工 的机械化程度也在不断提高。塔机因其起升高度高、起升重量大及工 作幅度宽等特点，使其在高层建筑工程中得到了广泛的应用。
但塔机属于高空作业设备，工作过程中需要不停地起止动来完成 吊载工作，而且在工作过程中，歪拉斜吊的现象普遍存在，直接增大 了超载额度，加剧了塔机倾翻事故发生的�：π�。为了防止塔机倾翻 事故的发生，塔机规程对起重量限制器、起重力矩限制器、行程限位、
小车断绳保护装置的安装使用要求进行了详细的说明；塔机安全操作 规程也明确规定，不得斜拉或斜吊重物。但在实际的工作过程中有意、 无意的歪拉斜吊现象还是经常发生。当吊载重物的钢丝绳的倾角大于 一定的阈值时，在塔机起升或变幅时就有可能导致倾覆力矩大于平衡 力矩，从而导致塔机倾翻。

发明内容
本发明的目的就是针对上述的不足，提供一种利用机器视觉的方 法来测量钢丝绳在吊载重物准备起升或变幅前的斜拉角度值，当斜拉 角度大于一定的阈值时能够及时报警并切断起升和变幅的动力，从而 避免因为塔机偏拉角过大而导致塔机倾翻。
本发明提供的小车起重作业用防偏拉的方法，是通过如下技术实 现的在塔式起重机的小车底部固定有一摄像头和标志杆，而在吊钩 上设置一标识物，摄像头连接有图像处理器，图像处理器与控制器电 连接；摄像头采集标识物信息，图像处理器用于对摄像头采集的标识 物的信息进行处理并计算出标识物的偏拉角度，当偏拉角度大于设定 值时(可以设定为需要的度数，如5度等等)，控制器进行报警并断开 起升和变幅电路。
上述计算标识物的偏拉角度是通过如下步骤实现的在摄像头正
下方固定一长度一定的标志杆，标志杆的质心为O', :I聂像头距离O'长 度为M'，摄像头采集标志杆和标识物信息，在图像处理器中利用图 像处理算法分割出标识物在图像中的质心S',从而得出6>'和S'之间的距 离I',进而得到标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际距 离L;通过高度传感器获得当前起升高度为M,进而得出吊绳与垂直方向的角度，即为偏拉角度。
所述得到标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际距离
L的方法为
假设标志杆实际长度为R，标志杆在摄像头采集的图像中的实际长 度为SL,摄像头的焦距为/;
则/ = JSZ.M'/i ,即标志杆单位图像长度对应的实际长度为
标志物质心到摄像头在地面的垂直投影中心单位图像长度对应的 实际长度为r' =M.i '/M';
标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际距离
丄-ir'.丄'，A为修正系数，考虑畸变等影响，(KyKl。
为了达到精确测量的目的，摄像头和标志杆与小车固定连接，且 相对位置不变，标志杆需要始终处于摄像头的视场当中，摄像头和标 志杆能够随小车移动。摄像头的分辨率可以根据实际测量精度的要求 设定。
上述的标识物即代表了吊重，标识物的质心即吊重的质心，为了 测量精确，标识物需要有明显的颜色以及紋理特征。
图像处理器完成图像的分割以及角度的计算等工作，即属于图像 处理领域，这在现有技术中是容易实现的。
控制器控制起升和变幅电路，当图像处理器得出的角度没有达到 设定的极限值时，控制器控制起升和变幅电路正常工作，起运吊重。 当图像处理器得出的角度值大于设定的极限值时，图像处理器对控制 器发送信号，控制器可以控制报警并断开起升和变幅电路，整个起重 机不工作。起升和变幅电路在塔机上是十分常用的，故上述技术在电 子电路领域是容易实现的，不需要创造性劳动。
本发明提供的应用在塔式起重机领域的防偏拉的方法，利用图像 采集、图像处理、电子电路等技术，精确的测定偏拉的角度值，能够 极大的改善塔式起重机领域的防偏拉不足的现象，大大防止斜拉或斜 吊等现象的产生，降低了事故的发生率。且利用现在比较先进的技术， 降低了误差，不易产生错误；使用方便，不受环境等影响；实时的工 作，比人工更加高效，具有很好的推广应用价值。


图l为本发明实施例的角度测量原理图2为本发明实施例的电气原理图。
图3为本发明实施例的结构原理图。
其中，l.小车，2.摄像头，3.标志杆，4.标识物。
具体实施例方式
下面将对本发明的实施方式进行详细说明。
一种小车起重作业用防偏拉的方法，应用在塔式起重机上，如图3 所示，具体为在塔式起重机的小车1正下方设置一摄像头2，摄像头2 正下方设置一标志杆3，标志杆3的质心为0,摄像头2距离o'长度为m'， 吊钩上固定 一 颜色和紋理特征明显的标识物4 ,易于被摄像头2采 集、分辨。
结合图2、图3,图2中视频采集�？�201等同于图3中的摄像头2。 摄像头2连接有图像处理器2 03 ，图像处理器2 03电连接有控制器 204,图像处理器2 03用于对摄像头2采集的信息进行处理并计算出 需要的角度值；控制器204控制起升和变幅电路205以及报警。
设置有高度传感器202测量实际高度，采用普通高度传感器即可。
应用时，如图1所示，摄像头采集标志杆和标识物的信息， 利用图像处理算法分割出吊重的质心s'(即标识物表示的质心s'),
从而得出o'和s'之间的距离r,进而可以得到标识物实际质心与起吊点
在地面的垂直投影的实际距离L;高度传感器测得当前起升高度为M， 并传送给图像处理器，进而计算出吊绳与垂直方向的角度^。
所述得到标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际距离 L的方法为
假设标志杆实际长度为R,标志杆在摄像头釆集的图像中的实际长 度为SL,摄像头的焦距为/;
则/ = sl.m'/w ,即标志杆单位图^象长度对应的实际长度为
标志物质心到摄像头在地面的垂直投影中心单位图像长度对应的 实际长度为r' =m./ '/m';
标识物实际质心与起吊点在地面的垂直才更影的实际距离 i = /b.r'.z, A为々务正系凄t, 0</Kl。
计算出吊绳与垂直方向的角度e后，对比设定的极限值，极限值的 大小是根据塔式起重机能够承受的扭矩等数据计算得出，是容易得到 的，例如极限值为正负5度。如果角度e小于设定的极限值，则控制器 控制起升和变幅电路正常工作，起吊吊重；如果角度e大圩设定的极限 值，则控制器报警并控制断开起升和变幅电路，起重机不工作，即达 到了本发明的目的。
权利要求
1. 一种小车起重作业用防偏拉的方法，其特征在于在塔式起重机的小车底部固定有一摄像头和标志杆，而在吊钩上设置一标识物，摄像头连接有图像处理器，图像处理器与控制器电连接；摄像头采集标识物信息，图像处理器用于对摄像头采集的标识物的信息进行处理并计算出标识物的偏拉角度，当偏拉角度大于设定值时，控制器进行报警并断开起升和变幅电路。
2. 根据权利要求1所述的小车起重作业用防偏拉的方法，其特征 在于所述计算标识物的偏拉角度是通过如下步骤实现的在摄像头 正下方固定一长度一定的标志杆，标志杆的质心为O',才聂像头距离O' 长度为M'，摄像头采集标志杆和标识物信息，在图像处理器中利用 图像处理算法分割出标识物在图像中的质心s',从而得出<9'和s'之间的 距离r,进而得到标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际 距离L;通过高度传感器获得当前起升高度为M，进而得出吊绳与垂直 方向的角度，即为偏拉角度。
3. 根据权利要求2所述的小车起重作业用防偏拉的方法，其特征 在于所述得到标识物实际质心与起吊点在地面的垂直投影的实际距 离L的方法为假设标志杆实际长度为R,标志杆在摄像头采集的图像中的实际长 度为SL，摄像头的焦距为/;则/ = ,即标志杆单位图像长度对应的实际长度为标志物质'g到摄像头在地面的垂直投影中心单位图像长度对应的 实际长度为r' =M.i '/M';标识物实际质心与起吊点在地面的垂直影的实际距离 丄-A:-r'-丄'，A为4务正系凄t, 0<A<1。
4. 根据权利要求3所述的小车起重作业用防偏拉的方法，其特征 在于摄像头和标志杆与小车固定连接。
5. 根据权利要求1所述的小车起重作业用防偏拉的方法，其特征 在于所述偏拉角度的设定值为5度。
全文摘要
本发明涉及一种小车起重作业用防偏拉的方法，具体是应用在塔式起重机施工过程中利用机器视觉方法防止偏拉的方法。具体是在塔式起重机的小车底部固定有一摄像头和标志杆，而在吊钩上设置一标识物，摄像头连接有图像处理器，图像处理器与控制器电连接；摄像头采集标识物信息，图像处理器用于对摄像头采集的标识物的信息进行处理并计算出标识物的偏拉角度，当偏拉角度大于设定值时，控制器进行报警并断开起升和变幅电路。本发明提供的应用在塔式起重机领域的防偏拉的方法，利用图像采集、图像处理、电子电路等技术，精确的测定偏拉的角度值，能够极大的改善塔式起重机领域的防偏拉不足的现象，大大降低事故的发生率。
文档编号G01B11/26GK101428740SQ20081023855
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者何淑娟, 崔志先, 王积永 申请人:何淑娟;王积永;崔志先;山东富友有限公司