用于吊臂的检测方法、控制器、用于吊臂的检测装置和工程机械与流程

1.本发明涉及起重机吊臂状态检测技术领域，具体地涉及一种用于吊臂的检测方法、控制器、用于吊臂的检测装置和工程机械。


背景技术：

2.传统的吊臂旁弯检测方式是人工目视检测，通过吊钩自然垂落将吊臂顶端投影到地面。在吊臂全缩时变化不同的工作幅度，在地面上投影不同的投影点，通过目视方法，人工用粉笔在地面上画出相应的投影点位置，人工连接这些投影点成为直线，该直线作为基准线。吊臂全伸时，人工通过目视的方式，在地面上用粉笔画出吊钩垂落的投影点，最后用钢尺测量出该投影点到基准线的距离作为旁弯量。人工使用吊钩投影检测时，由于吊臂顶端非常高，吊钩会产生摇摆。同时，在挂载重物时吊钩离地面距离大，重物体积大且有摇摆，投影点通过人工目视的方式确认起来极为困难，并且不精准。检测结果与检测人员水平有很大关系，检测误差大且无法估计。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的是提供一种用于吊臂的检测方法、控制器、用于吊臂的检测装置和工程机械，解决现有技术中的技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于吊臂的检测方法，包括：获取基准面，其中基准面是基于获取的吊臂的基准臂上的多个检测点的位置而确定的；确定吊臂处于待检测状态；获取待检测状态下吊臂的顶端的检测点的位置；以及根据顶端的检测点的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态。
5.在本发明实施例中，基准臂为吊臂的基本臂。
6.在本发明实施例中，多个检测点位于基准臂的同一侧面上。
7.在本发明实施例中，多个检测点均匀分布。
8.在本发明实施例中，多个检测点包括至少三个不共线的检测点。
9.在本发明实施例中，获取基准面包括：获取多个检测点的位置；以及对多个检测点的位置进行拟合，以得到基准面。
10.在本发明实施例中，获取多个检测点的位置包括：确定吊臂处于基准状态；以及获取基准状态下多个检测点的位置。
11.在本发明实施例中，获取检测点的位置包括：控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点；控制位置检测设备检测检测点与位置检测设备之间的距离；以及根据距离和位置检测设备的转动角度确定检测点的位置。
12.在本发明实施例中，控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点包括：控制位置检测设备实时采集图像；获取实时采集的图像；以及根据实时采集的图像控制位
置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点。
13.在本发明实施例中，根据实时采集的图像控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点包括：确定实时采集的图像是否包括检测点；在确定实时采集的图像不包括检测点的情况下，控制位置检测设备转动直至位置检测设备采集到包括检测点的图像；以及在确定实时采集的图像包括检测点的情况下，控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点。
14.在本发明实施例中，位置检测设备对准检测点包括：位置检测设备发出的测距光线对准检测点。
15.在本发明实施例中，从基准状态变化至待检测状态，基准臂不产生水平方向的位移。
16.在本发明实施例中，基准状态为待检测状态。
17.在本发明实施例中，在基准状态下，吊臂完全伸出且达到最大仰角。
18.在本发明实施例中，在待检测状态下，吊臂完全伸出，吊臂达到最大仰角，吊臂的载荷为额定载荷。
19.在本发明实施例中，旁弯状态包括旁弯量和/或旁弯方向。
20.在本发明实施例中，顶端的检测点位于顶端的截面上。
21.在本发明实施例中，顶端的检测点位于顶端的截面的下圆弧顶点处或顶端的截面的侧边上。
22.本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例的用于吊钩的检测方法。
23.本发明第三方面提供一种用于吊钩的检测装置，包括：位置检测设备，被配置成检测吊臂的基准臂上的多个检测点的位置和吊臂的顶端的检测点的位置；以及前述实施例的控制器。
24.在本发明实施例中，位置检测设备包括：图像采集单元，被配置成实时采集图像；测距单元，被配置成检测检测点与位置检测设备之间的距离信息，其中测距单元的测距方向与图像采集单元的图像采集方向平行；以及转动单元，图像采集单元和测距单元固定设置在转动单元上，转动单元被配置成通过自身转动实现对图像采集单元和测距单元的转动。
25.本发明第四方面提供一种工程机械，包括：吊臂；以及前述实施例的用于吊臂的检测装置。
26.本发明实施例通过基于获取的吊臂的基准臂上的多个检测点的位置而确定基准面，以及根据待检测状态下吊臂的顶端的检测点的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态，测量精度高，省去手动标定投影位置的麻烦，实现测量过程的自动读数和计算，降低对检测人员个人技术水平和经验的要求，提高了检测结果的可信度。
27.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
28.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附
图中：
29.图1是本发明实施例的用于吊臂的检测方法100的流程示意图；
30.图2是本发明实施例的用于吊臂的检测装置200的结构示意图；以及
31.图3是本发明实施例的工程机械300的结构示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
33.如图1所示，在本发明实施例中，提供一种用于吊臂的检测方法100，包括以下步骤：
34.步骤s110：获取基准面，其中基准面是基于获取的吊臂的基准臂上的多个检测点的位置而确定的。其中，基准臂例如具体为吊臂的基本臂也即吊臂的第一节臂，当然，本发明实施例并不局限于此，基准臂还可以选用吊臂的第一节臂之外的其它节臂，本领域技术人员应当理解的是，在选用其它节臂作为基准臂的时候，相对于采用基本臂作为基准臂的情况，还需要在最终确定旁弯状态的时候进一步地考虑到该节臂相对于基本臂的位移影响。多个检测点例如位于基准臂的同一侧面上。多个检测点例如均匀分布。多个检测点例如包括至少三个不共线的检测点。
35.步骤s130：确定吊臂处于待检测状态。从基准状态变化至待检测状态，基准臂例如不产生水平方向的位移。基准状态例如为待检测状态。当然，本发明实施例并不局限于此，基准状态也可以不为待检测状态。在基准状态下，吊臂例如完全伸出且达到最大仰角。当然，本发明实施例并不局限于此，还可以是其他基准状态。在待检测状态下，吊臂例如完全伸出，吊臂例如达到最大仰角，吊臂的载荷例如为额定载荷。当然，本发明实施例并不局限于此，还可以是其他待检测状态。
36.步骤s150：获取待检测状态下吊臂的顶端的检测点的位置。顶端的检测点例如位于顶端的截面上。顶端的检测点例如位于顶端的截面的下圆弧顶点处或顶端的截面的侧边上。当然，本发明实施例并不局限于此，还可以是其他合适的位置。以及
37.步骤s170：根据顶端的检测点的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态。旁弯状态例如包括旁弯量和/或旁弯方向。
38.具体地，获取基准面也即步骤s110例如包括步骤：
39.(a)获取多个检测点的位置。以及
40.(b)对多个检测点的位置进行拟合，以得到基准面。
41.更具体地，获取多个检测点的位置也即步骤(a)例如包括步骤：
42.(a1)确定吊臂处于基准状态；以及
43.(a2)获取基准状态下多个检测点的位置。
44.具体地，获取检测点的位置例如包括如下步骤：
45.(c1)控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点。
46.(c2)控制位置检测设备检测检测点与位置检测设备之间的距离。以及(c3)根据距离和位置检测设备的转动角度确定检测点的位置。
47.更具体地，控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点也即步骤(c1)例
如包括步骤：
48.(c11)控制位置检测设备实时采集图像。
49.(c12)获取实时采集的图像。以及
50.(c13)根据实时采集的图像控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点。
51.根据实时采集的图像控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点也即步骤(c13)例如包括步骤：
52.(c131)确定实时采集的图像是否包括检测点。
53.(c132)在确定实时采集的图像不包括检测点的情况下，控制位置检测设备转动直至位置检测设备采集到包括检测点的图像。以及
54.(c133)在确定实时采集的图像包括检测点的情况下，控制位置检测设备转动直至位置检测设备对准检测点。
55.其中，位置检测设备对准检测点例如包括：位置检测设备发出的测距光线对准检测点。
56.本发明实施例的用于吊臂的检测方法100例如可用于起重机等工程机械出厂检测或作业前的吊臂旁弯检测。
57.在本发明实施例中，提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于吊钩的检测方法。其中，用于吊钩的检测方法的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
58.具体地，控制器例如可为工控机、笔记本电脑、平板电脑、显控电脑、嵌入式系统、微处理器、手机、可编程逻辑器件等控制设备。
59.如图2所示，在本发明实施例中，提供一种用于吊臂的检测装置200，包括：位置检测设备210和控制器230。控制器230例如为根据任意一项前述实施例的控制器。其中，控制器230的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
60.控制器230例如可为工控机、笔记本电脑、平板电脑、显控电脑、嵌入式系统、微处理器、手机、可编程逻辑器件等控制设备。
61.其中，位置检测设备210被配置成检测吊臂的基准臂上的多个检测点的位置和吊臂的顶端的检测点的位置。
62.进一步地，位置检测设备210例如包括：图像采集单元211、测距单元213和转动单元215。
63.具体地，图像采集单元211被配置成实时采集图像。图像采集单元211例如为相机。
64.测距单元213被配置成检测检测点与位置检测设备之间的距离信息，其中测距单元213的测距方向与图像采集单元211的图像采集方向平行。测距单元213例如为激光测距仪。激光测距仪测距方向和相机拍摄方向例如保持一致，也即平行。
65.图像采集单元211和测距单元213固定设置在转动单元215上，转动单元215被配置成通过自身转动实现对图像采集单元211和测距单元213的转动。转动单元215例如为云台，具体例如为两轴云台。激光测距仪和相机例如同时安装固定在云台内部。
66.用于吊臂的检测装置200例如还可以包括一些辅助检测设备，例如激光测距仪专用反射板、电源和三脚支架等。
67.在本发明实施例中，提供一种工程机械300，包括：吊臂310和检测装置330。其中，检测装置330例如为根据任意一项前述实施例的装置。其中，检测装置330的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
68.综上所述，本发明实施例通过基于获取的吊臂的基准臂上的多个检测点的位置而确定基准面，以及根据待检测状态下吊臂的顶端的检测点的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态，测量精度高，省去手动标定投影位置的麻烦，实现测量过程的自动读数和计算，降低对检测人员个人技术水平和经验的要求，提高了检测结果的可信度。
69.下面结合用于吊臂的检测装置的一个具体示例以及利用该检测装置进行起重机的旁弯检测的一个具体示例为例来详细介绍本发明实施例的技术方案。且以下示例具体选用基本臂作为基准臂。
70.检测装置主要由云台、激光测距仪、相机和显控电脑以及相应配件组成。相机拍摄方向和激光测距仪测距方向保持一致，也即相机拍摄方向平行于激光测距仪测距方向。云台具体例如为两轴云台。还可以使用自由度更多的云台实现检测装置的功能。
71.激光测距仪和相机同时安装固定在云台内部，通过云台转动控制相机拍摄方向和激光测距仪测距方向。安装调试完成后可不再拆解。云台通过旋转和俯仰动作控制相机拍摄方向和激光测距仪测距方向。
72.显控电脑连接云台、相机和激光测距仪。显控电脑搭载了可控制云台、相机和激光测距仪，且拥有图像识别能力的控制软件；在使用过程中，控制软件可以控制并读取云台转动方位、控制激光测距仪测距并读取测距数据、控制相机开关并实时读取相机图像数据。
73.辅助测量装备包括激光测距仪专用反射板、电源和三脚支架等。
74.在使用检测装置进行起重机的旁弯检测时，按照起重机使用规范，调整工程机械，例如将车架调平等。例如将吊臂调整到最大仰角，开始伸臂，达到吊臂完全伸出状态，还需要将检测装置架设在起重机一侧合适位置，该合适位置是指在该位置检测装置可以检测到吊臂上的所有检测点的标记物。标记物为激光测距仪专用的反射板。标记物一般是放置在检测点处且以检测点的位置为中心的。当然，也可以不用标记物。标记物可以帮助更好地识别检测点的位置，进而测量更远距离的检测点。激光测距仪专用的反射板还可以用反射涂漆代替，距离较近时使用记号笔标记位置即可；也可以用反射贴纸代替；也可以不需要标记物，不影响功能的实现。三脚支架用于支撑云台、相机和激光测距仪。电源用于为检测装置供电。
75.显控电脑实时读取相机的图像数据，根据相机的图像数据，通过图像识别的方法，先控制云台角度使得相机中央对准检测标记物，由于相机和激光测距仪方向一致，此时可以在相机图像中看到激光测距仪测距光斑，再控制云台角度将激光测距仪的测距光斑移动到检测标记物的中心。如果相机中已经出现激光测距光斑，可以直接将测距光斑移动到标记物中央。此时读取云台水平方向角度和垂直方向角度和激光测距仪测量得到的距离，可以得到检测点在以云台为原点的球坐标系下的坐标。在此是通过图像识别控制云台自动运动的方式将激光光斑移动到检测标记中央。还可以使用激光测距仪和相机同轴的产品，只需将相机拍摄中心对准检测标记中心即可。
76.显控电脑的程序设定为沿吊臂扫描捕捉各个检测点，在对准测量完成后自动寻找下一个检测点，实现自动检测。
77.基本臂上的检测点例如为6个，在基本臂侧平面上均匀排布，需要时可以增加或减少。只要能实现确定基准面的目的即可。吊臂顶端检测点设置在吊臂顶端截面下圆弧顶点处。吊臂顶端检测点还可以设置在顶端其他位置，例如侧面，只要在算出该检测点距离基准平面的距离之后减去该点在无旁弯状态时距离所选取的基准平面的相应的距离即可，例如当吊臂顶端的检测点位于吊臂顶端截面的下圆弧顶点处时，该检测点距离基准平面的距离需要减去基本臂宽度的一半作为旁弯量。如需测定每节臂的旁弯，还可以在每节臂顶端都设置检测点。
78.通过显控电脑自动识别相机图像数据，将激光测距光斑分别对准基本臂上各个检测点，测量记录它们的空间坐标，利用这些点的位置拟合得到基准平面。拟合过程中，先将球坐标转化为以云台为原点的空间直角坐标系下的坐标。利用最小二乘法拟合得到基准面。假设转换后的坐标z轴为云台水平面也即云台旋转中心所在水平面的法线方向，z轴竖直朝上，云台旋转中心作为坐标系原点，x轴设置为云台旋转中心所在点到第一个检测点在云台旋转中心所在水平面上的投影。在此是以云台水平面和第一个检测点位置为参考的建立的空间直角坐标系，还可以使用其它坐标系，坐标系的选取或转换不会影响计算结果。
79.可假设基本臂所在平面在该空间直角坐标系下的一般方程为：ax by cz d＝0，a、b、c、d为平面的一般方程中的四个系数，(x,y,z)为平面所经过的点的坐标。
80.从坐标假设条件必有a≠0，可以将方程设为：x＝a0y a1z a2，其中a0、a1、a2为平面方程x＝a0y a1z a2的三个参数
81.测量得到的检测点球坐标为d
n
(d
n
,φ
n
,θ
n
)转换为直角坐标后为dn(x
n
,y
n
,z
n
)，其中：x
n
＝d
n
cosφ
n
cosθ
n
；y
n
＝d
n
cosφ
n
sinθ
n
；z
n
＝d
n
sinφ
n
。
82.设置参数：
[0083][0084]
则有：mξ＝n。
[0085]
通过最小二乘法拟合得到：ξ＝(m
t
m)
‑1m
t
n。
[0086]
即可得到参数a0，a1，a2。
[0087]
通过显控电脑识别相机图像数据，将激光点对准吊臂顶端检测点，测量记录其空间坐标，计算该点到拟合得到的基准面的距离，将其减掉基本臂宽度w的一半即为旁弯量。若定义吊臂向靠近云台一侧产生旁弯时旁弯量为负，吊臂向远离云台一侧产生旁弯时旁弯量为正。吊臂顶端检测点检测数据转换为直角坐标后为(x
k
,y
k
,z
k
)，则a2>0时所测旁弯量p的计算公式具体为：
[0088][0089]
其中w为基本臂的宽度。
[0090]
a2<0时所测旁弯量p的计算公式具体为：
[0091][0092]
同理，当需要检测其他待检测状态下例如不同载荷的吊臂旁弯时，可按要求挂载不同载荷以将吊臂达到待检测状态，按照前述步骤计算不同载荷下的旁弯量和旁弯方向。
[0093]
在此值得一提的是，对于选用除基本臂之外的其它节臂作为基准臂的时候，相对于采用基本臂作为基准臂的情况，还需要在最终确定旁弯状态的时候进一步地考虑到该节臂相对于基本臂的位移影响，例如如果选用第二节臂作为基准臂，那么在最终计算旁弯量p的时候，还相应地要根据第二节臂相对于基本臂的位置来去掉因选用第二节臂替换基本臂所带来的影响，具体例如考虑第二节臂的侧面相对基本臂的侧面在垂直于侧面方向的位移。
[0094]
本发明实施例对检测装置的水平校准没有要求，对检测装置的安装位置要求不高，小范围的安装位置调整对检测结果无影响。
[0095]
使用高精度的云台和激光测距仪测定检测点的准确的空间位置，以及使用拟合平面的方法降低误差，测量精度更高，通过图像识别的方式自动寻找检测点，可以省去手动标定投影位置的麻烦，实现测量过程的自动读数和计算，可以降低对检测人员个人技术水平和经验的要求，进而提高检测结果的可信度。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0097]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0098]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0099]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0100]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0101]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介
质的示例。
[0102]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0103]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0104]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。