[发明专利]集装箱起重机的吊具空间姿态的检测方法和装置

权利要求书

1.一种集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，包括：

图像捕捉设备，安装在起重机的小车底部，该图像捕捉设备的光轴指向地面，其中以图像捕捉设备的光心为原点定义图像捕捉设备坐标系，并以小车上的任一点为原点定义参考点坐标系；

三角架，其一边朝下与吊具连接；

三个发射灯，其正面垂直向上，分别固定于该三角架的三个角上；以及计算设备，连接该图像捕捉设备，该计算设备包括：

存储模块，保存通过预先标定获得的各个发射灯之间距离、该图像捕捉设备的内部参数、图像捕捉设备和参考点坐标转换关系、以及三个发射灯到该吊具的几何中心的距离；

图像采集模块，通过图像捕捉设备的光学传感器将光线强度的模拟信号转换为数字信号，并按顺序组成图像；

位置识别模块，通过图像识别的方法在该图像中识别出三个发射灯的中心在图像中的位置；

坐标转换模块，根据预存的各发射灯之间的距离和该图像捕捉设备的内部参数计算出三个发射灯在图像捕捉设备坐标系中的坐标；

参考点转换模块，根据预存的图像捕捉设备和参考点坐标转换关系计算三个发射灯在该参考点坐标系下的坐标，从而得到该吊具相对参考点的偏转角度、俯仰角度和侧倾角度；以及

吊具中心计算模块，根据三个发射灯中心在参考点坐标系下的坐标，以及预存的三个发射灯到该吊具的几何中心的距离，计算出该吊具的几何中心在参考点坐标系下的坐标，从而得到该吊具相对该参考点坐标系在大、小车方向上的偏移。

2.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述三个发射灯为红外发射灯，所述图像捕捉设备为红外图像捕捉设备。

3.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述图像捕捉设备的光轴与位于所述三角架顶点的发射灯的中心在垂直方向上对齐。

4.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述图像捕捉设备的内部参数包括：横向名义焦距、纵向名义焦距和主点位置。

5.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述发射灯包括布置在一圆形电路板上组成圆形阵列的多个发光二极管，该圆形阵列被封装在盒体内，盒体上方开孔，并安装玻璃。

6.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述计算设备内置于所述图像捕捉设备中。

7.如权利要求1所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，其特征在于，所述三角架呈等腰三角形，其底边与所述吊具连接。

8.一种集装箱起重机的吊具空间姿态的检测方法，使用如权利要求1所述的检测装置检测吊具空间姿态，该方法包括以下步骤：

运行前的标定阶段，包括：

测量三个发射灯之间的距离；

测量三个发射灯到吊具中心的距离；

标定图像捕捉设备的内部参数；

计算出图像捕捉设备和参考点坐标转换关系；以及

保存上述三个发射灯之间的距离、三个发射灯到吊具中心的距离、图像捕捉设备的内部参数、以及图像捕捉设备和参考点坐标转换关系于计算设备的存储模块中；

运行阶段，包括：

用图像采集模块采集三个发射灯的图像数据；

用位置识别模块在图像中将三个发射灯的中心在图像中的位置识别出来；

用坐标转换模块，结合三个发射灯之间的距离以及图像捕捉设备内部参数，计算出三个发射灯的中心在图像捕捉设备坐标下的坐标值；

用参考点转换模块，结合图像捕捉设备和参考点坐标转换关系计算三个发射灯的中心在参考点坐标下的坐标值，从而计算出吊具的偏转角度、俯仰角度和侧倾角度；以及

用吊具中心计算模块，结合三个发射灯中心到吊具中心的距离计算吊具中心在参考点坐标系下的坐标，从而计算吊具相对参考点的大、小车方向偏移。

9.如权利要求8所述的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测方法，其特征在于，计算出图像捕捉设备和参考点坐标转换关系的步骤包括：

通过图像采集模块采集到三个发射灯的影像；

用位置识别模块找到三个发射灯的中心在图像中的位置；

结合三个发射灯之间的距离和图像捕捉设备内部参数，通过坐标转换模块，将三个发射灯的中心在图像捕捉设备坐标系下的第一坐标计算出来；以及

测量三个发射灯的中心在参考点坐标系中的第二坐标，基于上述第一坐标和第二坐标计算出图像捕捉设备和参考点坐标转换关系。