一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法

1.本发明涉及无人天车吊运钢材领域，特别是指一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法。


背景技术：

2.随着物联网、人工智能等信息技术的发展，钢铁企业正在向以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的智能制造模式转型。其中，起重机与库区的无人化与智能化建设，成为智能工厂建设极具代表性的一项技术。
3.现阶段，针对钢卷库的无人行车改造，技术已经相对成熟，其可以通过规范钢卷摆放库位，并且由于钢卷具备标准的卷筒直径，通过夹钳激光定位可以实现准确的吊运。
4.然而，在长材吊运，特别是棒材吊运过程中，由于物料本身的重力以及多层码放积压等因素引起的钢材形状变化以及位置变化，难以通过针对钢卷库的定位控制方式实现准确吊运。当钢材由于定位不准偏出电磁吊边缘时，容易在吊运行进过程中发生掉落事故。因此，必须建立新一代基于机器视觉库位识别的精准定位控制方法。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，能够对天车起吊、落吊位置进行精确定位控制，避免由于定位不准导致的天车行走过程中钢材掉落问题。所述技术方案如下：
6.本发明实施例提供了一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，包括：
7.s1，起吊一次+二次定位控制：根据智能库管系统发送的起吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车起吊位置进行二次定位；
8.s2，起吊称重+位置校核控制：对天车起吊位置进行二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊，对所吊起钢材进行起吊称重校核后，启动安装于天车上的视觉扫描对起吊位置进行校核；
9.s3，落吊一次+二次定位控制：完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车落吊位置进行二次定位；
10.s4，落吊位置校核控制：在完成落吊二次定位后，启动安装于天车上的视觉扫描对落吊位置进行校核。
11.进一步地，所述s1包括：
12.s11，接收智能库管系统发送的吊运指令，启动天车吊运定位控制；
13.s12，根据智能库管系统发送的起吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目
标位置，实现起吊一次定位；
14.s13，天车到达智能库管系统发送的起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的起吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第一阈值，当超过第一阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正起吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的起吊目标位置，实现起吊二次定位。
15.进一步地，所述s12包括：
16.判断天车状态，若天车处于正常工作状态且得到吊运工单，则启动天车x、y、z轴联动定位控制，发送各轴速度至传动系统，传动系统接收到速度值后，驱动电机运行，通过闭环控制天车行驶到达智能库管系统发送的起吊目标位置。
17.进一步地，在s13之后，所述方法还包括：
18.设定第一故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成起吊二次定位且调整次数达到第一故障次数限制，则提示故障报警。
19.进一步地，所述第一故障次数限制为5次。
20.进一步地，所述s2包括：
21.s21，在完成起吊二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊；
22.s22，设定测重平衡位置，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的测重平衡位置；
23.s23，对所吊起钢材进行测重，若测得重量小于预设钢材重量，则说明未成功吊起钢材，此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；若测得重量大于等于预设钢材重量，则说明已成功吊起钢材，完成起吊称重校核控制；
24.s24，启动安装于天车上的视觉扫描，判断电磁吊与所吸附钢材的相对位置是否准确，当在电磁吊外的钢材尺寸大于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置不准确，此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；当钢材在电磁吊外的钢材尺寸小于等于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置准确，完成起吊位置校核控制。
25.进一步地，所述钢材是棒材或高线卷。
26.进一步地，所述s3包括：
27.s31，完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现落吊一次定位；
28.s32，天车到达智能库管系统发送的落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的落吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第二阈值，当超过第二阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正落吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的落吊目标位置，实现落吊二次定位。
29.进一步地，所述s31包括：
30.完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，通过执行天车x、y、z轴联动闭环控制与吊具防摆控制，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现
落吊一次定位。
31.进一步地，所述s4包括：
32.s41，在完成落吊二次定位后，电磁吊消磁落吊；
33.s42，设定电磁吊脱离位置，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的电磁吊脱离位置，此时电磁吊与钢材完全分离；
34.s43，启动安装于天车上的视觉扫描，判断钢材位置是否达到修正后的落吊目标位置，若钢材位置与修正落吊目标位置之间的偏差超过预设的第三阈值，则电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到落吊位置，重新加磁吸料，并返回执行s32，重新进行落吊二次定位；如果判断钢材位置准确，则完成落吊位置校核控制。
35.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
36.1)基于智能库管系统发送起吊目标位置与视觉扫描修正的起吊一次+二次定位控制，解决了钢材多层堆放过程中造成的位置偏离问题，保证了起吊过程的准确定位；
37.2)基于称重与视觉扫描校核的起吊称重+位置校核控制，保证了起吊过程中钢材充分吸附于电磁吊的限定尺寸范围内，避免了后续吊运过程中的掉落风险；
38.3)基于智能库管系统发送落吊目标位置与视觉扫描修正的落吊一次+二次定位控制，实现在落吊前对落吊位置进行准确识别，避免库位存在钢材不规则摆放所导致的后续落吊过程难以达到预定目标位置；
39.4)基于视觉扫描的落吊位置校核控制，实现了对落吊后钢材位置的识别确认，成功完成了整个吊运过程。
附图说明
40.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。
41.图1为本发明实施例提供的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法的流程示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
43.如图1所示，本发明实施例提供了一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，包括：
44.s1，起吊一次+二次定位控制：根据智能库管系统发送的起吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车起吊位置进行二次定位；具体可以包括以下步骤：
45.s11，接收智能库管系统(简称：库管)发送的吊运指令，启动天车吊运定位控制；
46.s12，根据智能库管系统发送的起吊目标位置(简称：目标值)，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目标位置，实现起吊一次定位；
47.本实施例中，判断天车状态，若天车处于正常工作状态且得到吊运工单，则计算天车x、y、z各轴运行参数(包括：目标位置、速度、加速度曲线等信息)，启动天车x、y、z轴联动定位控制，发送各轴速度至传动系统，传动系统接收到速度值后，驱动电机运行，通过闭环控制天车行驶到达智能库管系统发送的起吊目标位置。
48.s13，天车到达智能库管系统发送的起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的起吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第一阈值，当超过第一阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正起吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的起吊目标位置，实现起吊二次定位；
49.本实施例中，在s13之后，还需设定第一故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成起吊二次定位且调整次数达到第一故障次数限制，则提示故障报警。
50.本实施例中，经过二次定位算完成一次调整。
51.s2，起吊称重+位置校核控制：对天车起吊位置进行二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊，对所吊起钢材进行起吊称重校核后，启动安装于天车上的视觉扫描对起吊位置进行校核；具体可以包括以下步骤：
52.s21，在完成起吊二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊；
53.本实施例中，所述钢材是棒材或高线卷。
54.s22，设定测重平衡位置，即钢材被完全吊起脱离地面的电磁吊z轴上升高度，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的测重平衡位置；
55.s23，对所吊起钢材进行测重，若测得重量小于预设钢材重量，则说明未成功吊起钢材，此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；若测得重量大于等于预设钢材重量，则说明已成功吊起钢材，完成起吊称重校核控制；
56.s24，启动安装于天车上的视觉扫描，判断电磁吊与所吸附钢材的相对位置是否准确，当在电磁吊外的钢材尺寸大于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置不准确，此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；当钢材在电磁吊外的钢材尺寸小于等于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置准确，完成起吊位置校核控制；
57.本实施例中，在s24之后，还需设定第二故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成起吊称重与位置校核控制且调整次数达到第二故障次数限制，则提示故障报警。
58.s3，落吊一次+二次定位控制：完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车落吊位置进行二次定位；具体可以包括以下步骤：
59.s31，完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现落吊一次定位；
60.本实施例中，完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，通过执行天车x、y、z轴联动闭环控制与吊具防摆控制，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现落吊一次定位。
61.s32，天车到达智能库管系统发送的落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫
描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的落吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第二阈值，当超过第二阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正落吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的落吊目标位置，实现落吊二次定位；
62.本实施例中，在s32之后，还需设定第三故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成落吊二次定位且调整次数达到第三故障次数限制，则提示故障报警。
63.s4，落吊位置校核控制：在完成落吊二次定位后，启动安装于天车上的视觉扫描对落吊位置进行校核；具体可以包括以下步骤：
64.s41，在完成落吊二次定位后，电磁吊消磁落吊；
65.s42，设定电磁吊脱离位置，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的电磁吊脱离位置，此时电磁吊与钢材完全分离；
66.s43，启动安装于天车上的视觉扫描，判断钢材位置是否达到修正后的落吊目标位置，若钢材位置与修正落吊目标位置之间的偏差超过预设的第三阈值，则电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到落吊位置，重新加磁吸料，并返回执行s32，重新进行落吊二次定位；如果判断钢材位置准确，则完成落吊位置校核控制。
67.本实施例中，在s43之后，还需设定第四故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成落吊位置校核控制且调整次数达到第四故障次数限制，则提示故障报警。
68.本实施例中，第一、第二、第三和第四故障次数限制均为5次，在实际应用中，可以根据实际情况确定第一、第二、第三和第四故障次数限制的取值。
69.本实施例中，所述机器视觉库位识别是指通过天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，即：钢材的所在位置，钢材的所在位置也称为库位。在实际应用中，钢材放置后再吊运，位置会发生变化，所以需要通过视觉扫描确认，通过实验证明，本实施例所述的针对无人行车的机器视觉库位识别的检测精度在5mm以内。
70.本实施例中，在起吊二次定位、落吊二次定位和落吊位置校核步骤中，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车起吊、落吊位置进行精确定位控制，避免由于定位不准导致的天车行走过程中钢材掉落问题。
71.本发明实施例所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，至少具有以下有益效果：
72.1)基于智能库管系统发送起吊目标位置与视觉扫描修正的起吊一次+二次定位控制，解决了钢材多层堆放过程中造成的位置偏离问题，保证了起吊过程的准确定位；
73.2)基于称重与视觉扫描校核的起吊称重+位置校核控制，保证了起吊过程中钢材充分吸附于电磁吊的限定尺寸范围内，避免了后续吊运过程中的掉落风险；
74.3)基于智能库管系统发送落吊目标位置与视觉扫描修正的落吊一次+二次定位控制，实现在落吊前对落吊位置进行准确识别，避免库位存在钢材不规则摆放所导致的后续落吊过程难以达到预定目标位置；
75.4)基于视觉扫描的落吊位置校核控制，实现了对落吊后钢材位置的识别确认，成功完成了整个吊运过程。
76.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，包括：s1，起吊一次+二次定位控制：根据智能库管系统发送的起吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车起吊位置进行二次定位；s2，起吊称重+位置校核控制：对天车起吊位置进行二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊，对所吊起钢材进行起吊称重校核后，启动安装于天车上的视觉扫描对起吊位置进行校核；s3，落吊一次+二次定位控制：完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车落吊位置进行二次定位；s4，落吊位置校核控制：在完成落吊二次定位后，启动安装于天车上的视觉扫描对落吊位置进行校核。2.根据权利要求1所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s1包括：s11，接收智能库管系统发送的吊运指令，启动天车吊运定位控制；s12，根据智能库管系统发送的起吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至起吊目标位置，实现起吊一次定位；s13，天车到达智能库管系统发送的起吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的起吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第一阈值，当超过第一阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正起吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的起吊目标位置，实现起吊二次定位。3.根据权利要求2所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s12包括：判断天车状态，若天车处于正常工作状态且得到吊运工单，则启动天车x、y、z轴联动定位控制，发送各轴速度至传动系统，传动系统接收到速度值后，驱动电机运行，通过闭环控制天车行驶到达智能库管系统发送的起吊目标位置。4.根据权利要求2所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，在s13之后，所述方法还包括：设定第一故障次数限制，如果进行多次调整均无法完成起吊二次定位且调整次数达到第一故障次数限制，则提示故障报警。5.根据权利要求4所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述第一故障次数限制为5次。6.根据权利要求1所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s2包括：s21，在完成起吊二次定位后，电磁吊通电加磁吸料，使钢材吸附于电磁吊；s22，设定测重平衡位置，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的测重平衡位置；s23，对所吊起钢材进行测重，若测得重量小于预设钢材重量，则说明未成功吊起钢材，
此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；若测得重量大于等于预设钢材重量，则说明已成功吊起钢材，完成起吊称重校核控制；s24，启动安装于天车上的视觉扫描，判断电磁吊与所吸附钢材的相对位置是否准确，当在电磁吊外的钢材尺寸大于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置不准确，此时执行电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到起吊位置后，消磁落料，并返回执行s13，重新进行起吊二次定位；当钢材在电磁吊外的钢材尺寸小于等于0.25倍钢材直径时，则判定所述相对位置准确，完成起吊位置校核控制。7.根据权利要求1或6所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述钢材是棒材或高线卷。8.根据权利要求1所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s3包括：s31，完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现落吊一次定位；s32，天车到达智能库管系统发送的落吊目标位置后，启动安装于天车上的视觉扫描获得实际吊运位置，判断智能库管系统发送的落吊目标位置与实际吊运位置之间的偏差是否超过预设的第二阈值，当超过第二阈值时，通过扫描的实际吊运位置修正落吊目标位置，重新驱动天车x、y、z轴定位控制，直到控制天车到达修正后的落吊目标位置，实现落吊二次定位。9.根据权利要求8所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s31包括：完成起吊位置校核控制后，根据智能库管系统发送的落吊目标位置，通过执行天车x、y、z轴联动闭环控制与吊具防摆控制，控制天车的x、y、z轴运行至落吊目标位置，实现落吊一次定位。10.根据权利要求1所述的针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，其特征在于，所述s4包括：s41，在完成落吊二次定位后，电磁吊消磁落吊；s42，设定电磁吊脱离位置，执行电磁吊z轴上升，控制电磁吊上升至设定的电磁吊脱离位置，此时电磁吊与钢材完全分离；s43，启动安装于天车上的视觉扫描，判断钢材位置是否达到修正后的落吊目标位置，若钢材位置与修正落吊目标位置之间的偏差超过预设的第三阈值，则电磁吊z轴下降，控制电磁吊回到落吊位置，重新加磁吸料，并返回执行s32，重新进行落吊二次定位；如果判断钢材位置准确，则完成落吊位置校核控制。

技术总结
本发明提供一种针对无人行车的机器视觉库位识别与定位控制方法，属于无人天车吊运钢材领域。所述方法包括：S1，起吊一次+二次定位控制；S2，起吊称重+位置校核控制；S3，落吊一次+二次定位控制；S4，落吊位置校核控制；其中，在起吊二次定位、落吊二次定位和落吊位置校核步骤中，启动安装于天车上的视觉扫描，对天车起吊、落吊位置进行精确定位控制，避免由于定位不准导致的天车行走过程中钢材掉落问题。不准导致的天车行走过程中钢材掉落问题。不准导致的天车行走过程中钢材掉落问题。


技术研发人员：杨荃 王晓晨 刘洋 徐冬 邵健 徐亚滨 李颖斌 谢再兴 单静波 彭功状 张学军 徐言东
受保护的技术使用者：北京科技大学设计研究院有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/3/7