基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统及方法与流程
本发明涉及消防车，尤其涉及一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统及方法。
背景技术：
1、破拆消防车是一种搭载有多种实用的举高破拆工具，包括液压锤、液压剪、液压抓、起重卷扬、铲斗等，除灭火功能外，兼具破拆功能的消防车，可以帮助消防官兵在灭火救援现场快速开辟救援通道，满足灭火救援需求。
2、为满足应急抢险救援需求，破拆消防车往往需要载有多种机具。为能够实现快速更换机具，机械臂卡爪与机具装夹位置往往做成快换结构或尽可能进行工具集成设计。当需要更换机具时，由操作人员使用操作面板等控制终端，控制机械臂运动，辅助快装卡爪与机具的自动装夹动作或机具自动放回动作，从而实现机具更换作业。
3、相关技术中，申请号cn202210635191.3的专利公开了一种无人作业工具自动切换的快换装置，通过设计挡板和转接部件，实现作业工具的自动连接与自动分离。但是，机械结构的改进虽然可以减轻安装机具的工作量，却仍需人工参与对准安装。
4、申请号cn202122584826.5的专利公开了一种多作业属具集成式破拆机器人，将多种作业属具集成在作业动臂上，避免作业过程中的属具更换动作。但是，属具集成方案仅能应用在属具数量较少的场合，破拆消防车往往面对较为复杂的灭火救援环境，需同时满足灭火功能及多种破拆作业需求，车载机具数量较多，集成属具的方案难以在破拆消防车领域应用。
5、申请号cn202010192941.5的专利公开了一种提高破拆机器人末端工具远程对接精度的方法，通过引入机械臂末端的参考坐标系，增加工具对接时的计算准确性。但该方法实际通过多处空间坐标参考点计算以降低坐标系转换误差，缺少自动识别步骤，无法实现机具自动更换作业。
6、为了满足多机具灵活切换的需求，提升作业人员的作业便利性，本发明提供了一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统及方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统及方法，通过设置相机装置，能够通过识别不同的定位标识识别出具体地机具，利用图像识别及双目视觉定位方法测得机具更换过程中的精确定位偏差，可以辅助精确实现机具自动装夹动作，避免传统远程手动操控装夹时需要操作人员人工仔细对准的问题，大幅提升操作便利性。
2、为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，包括机具快装装置、相机装置、图像处理终端和控制器，所述机具快拆装置包括臂架、卡爪和多个机具，所述臂架设置在消防车上，所述卡爪设置在臂架上，多个所述机具设置在消防车上，多个所述机具设置在所述臂架的两侧，所述机具上设置有定位标识，所述相机装置包括多个相机，多个所述相机分布在所述机具的两侧，所述图像处理终端分别和所述相机和所述控制器电连接，所述图像处理终端用于接收所述相机拍摄的图像信息，所述控制器和所述机具快装装置电连接，所述控制器根据接收的位置信息控制所述机具快拆装置。
3、本发明在实际使用时：相机装置通过图像信息获取卡爪与机具的位置信息，并传输到控制器内，控制器接收到信息后，根据位置信息控制机械臂运动，实现机具自动更换。且相机装置能够通过不同的定位标识识别出具体地机具，能够实现精准识别，且通过相邻两相机组合成双目相机组对机具以及卡爪进行拍摄，能够提高图像识别的精准性，利用图像识别及双目视觉定位方法测得机具更换过程中的精确定位偏差，可以辅助精确实现机具自动装夹动作，避免传统远程手动操控装夹时需要操作人员人工仔细对准的问题，大幅提升操作便利性。
4、进一步地，消防车上设置有多个机具支座，多个所述机具分别放置在所述机具支座上，所述机具支座上设置有定位标识。
5、通过采用上述技术方案，相机通过识别机具支座上的定位标识，能够确认机具支座的具体位置，有利于提高机具在机具支座上的放置精度。
6、进一步地，消防车上设置有多组升降装置，所述升降装置分布在所述机具的两侧，多个所述相机分别设置在多组升降装置上。
7、通过采用上述技术方案，升降装置能够调整相机的高度，当抓取不同的机具时，由于不同机具结构差异性较大，通过调整相机的高度，使得相机的视野范围处于最佳状态，从而有助于提高相机测得机具更换过程中的精确定位偏差。
8、进一步地，所述升降装置包括多个电动推杆和相机支具，所述电动推杆设置在消防车上，所述电动推杆位于所述机具远离所述臂架的一侧，所述相机支具固定在所述电动推杆的升降端，所述相机支具上设置有多个所述相机。
9、通过采用上述技术方案，便于调整相机的高度，且同一相机支具上相邻两相机能够组成双目相机组，双目相机组能够保持同步升降，有助于提高相机的识别精度。
10、进一步地，所述卡爪的转动轴、所述机具的装夹轴和所述机具支座的放置轴上均设置有定位标识。
11、通过采用上述技术方案，由于卡爪、机具和机具支座均体积较大，其上的轴仅为其上一零件，若直接采用图像识别必定会导致较大的识别定位误差，而通过识别定位标识，能够提高定位的精准度。
12、进一步地，所述臂架上设置有倾角传感器，所述倾角传感器和所述控制器电连接。
13、通过采用上述技术方案，通过设置倾角传感器，有助于精确计算卡爪所处的空间位置。
14、为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制方法，包括以下步骤：
15、s1、输入指令：工作人员输入控制指令。
16、s2、机具自动更换控制主流程：相机将采集到的图像信息通过图像处理终端实时的输送至控制器处，相机通过拍摄不同定位标识，从而判断定位标识间的间距，控制器根据指令控制卡爪安装机具或者取下机具。
17、通过采用上述技术方案，操作人员仅需在操作面板上进行选择。控制器收到指令后，将根据臂架快装卡爪上是否已经安装有机具，自主控制实现机具自动放回动作与机具自动装夹动作，满足多机具灵活切换的需求，提升作业人员的作业便利性。
18、进一步地，所述s2包括以下步骤：
19、s21、机具自动装夹作业流程：
20、s211、读取臂架倾角传感器角度，计算卡爪空间位置。
21、s212、根据目标机具位置，控制臂架卡爪运动至附近，调节相机高度，调整相机视野范围。
22、s213、双目相机组识别定位标识符并计算相对空间距离。
23、s214、规划臂架运动轨迹，控制臂架卡爪对准机具装夹轴。
24、s215、判断卡爪与机具装夹轴距离差是否在设定值内，若否，重复s214，若是，进入下一步。
25、s216、卡爪卡住机具装夹轴，并推出卡销固定。
26、s22、机具自动放回作业流程：
27、s221、读取臂架倾角传感器角度，计算卡爪空间位置。
28、s222、根据目标机具位置，控制臂架卡爪运动至附近，调节相机高度，调整相机视野范围。
29、s223、识别卡爪中所装机具，卡爪中机具与系统记载是否统一，若是，进入下一步，若否，人工确认，修正后进入下一步。
30、s224、双目相机组识别定位标识符并计算相对空间距离。
31、s225、规划臂架运动轨迹，控制机具缓慢落于机具支座上。
32、s226、机具放置轴与机具支座平台距离差值是否在设定值内，若否，重复s225，若是，进入下一步。
33、s227、卡爪收回卡销，并松开机具装夹轴。
34、通过采用上述技术方案，利用图像识别及双目视觉定位方法测得机具更换过程中的精确定位偏差，可以辅助精确实现机具自动装夹或者放回动作，且通过设置倾角传感器，有助于精确计算卡爪所处的空间位置。
35、进一步地，在对目标机具抓取时，靠近目标机具最近的相机作为主相机，与临近相机组成双目相机组。
36、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
37、1、本发明通过利用图像识别及双目视觉定位方法测得机具更换过程中的精确定位偏差，可以辅助精确实现机具自动装夹动作，避免传统远程手动操控装夹时需要操作人员人工仔细对准的问题，大幅提升操作便利性。
38、2、本发明中的破拆消防车需使用或收回某一车载机具时，操作人员仅需在操作面板上进行选择。控制器收到指令后，将根据臂架的卡爪上是否已经安装有机具，自主控制实现机具自动放回动作与机具自动装夹动作。
39、3、本发明通过在机具、卡爪、机具支座上设置不同的定位标识，能够确认机具、卡爪、机具支座的具体位置，有利于提高机具装夹过程中的定位精度。
40、4、本发明中设计了机具防松保护。当卡爪上装有机具时，仅当相机系统实时定位距离差在规定值以内时，可以控制机具松脱。
技术特征：
1.一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，包括机具快装装置、相机装置、图像处理终端和控制器，所述机具快拆装置包括臂架、卡爪和多个机具，所述臂架设置在消防车上，所述卡爪设置在臂架上，多个所述机具设置在消防车上，多个所述机具设置在所述臂架的两侧，所述机具上设置有定位标识，所述相机装置包括多个相机，多个所述相机分布在所述机具的两侧，所述图像处理终端分别和所述相机和所述控制器电连接，所述图像处理终端用于接收所述相机拍摄的图像信息，所述控制器和所述机具快装装置电连接，所述控制器根据接收的位置信息控制所述机具快拆装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，消防车上设置有多个机具支座，多个所述机具分别放置在所述机具支座上，所述机具支座上设置有定位标识。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，消防车上设置有多组升降装置，所述升降装置分布在所述机具的两侧，多个所述相机分别设置在多组升降装置上。
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，所述升降装置包括多个电动推杆和相机支具，所述电动推杆设置在消防车上，所述电动推杆位于所述机具远离所述臂架的一侧，所述相机支具固定在所述电动推杆的升降端，所述相机支具上设置有多个所述相机。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，所述卡爪的转动轴、所述机具的装夹轴和所述机具支座的放置轴上均设置有定位标识。
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，所述臂架上设置有倾角传感器，所述倾角传感器和所述控制器电连接。
7.一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制方法，适用于权利要求1-6任一项所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制方法，其特征在于，所述s2包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制方法，其特征在于，在对目标机具抓取时，靠近目标机具最近的相机作为主相机，与临近相机组成双目相机组。
技术总结
本发明提供了一种基于视觉的破拆消防车多机具自动更换控制系统及方法，属于消防车技术领域，包括机具快装装置、相机装置、图像处理终端和控制器，机具快拆装置包括臂架、卡爪和多个机具，臂架设在消防车上，卡爪设在臂架上，多个机具设在消防车上，多个机具在臂架的两侧，机具上设置有定位标识，相机装置包括多个相机，多个相机分布在机具的两侧，图像处理终端用于接收相机拍摄的图像信息，控制器根据接收的位置信息控制机具快拆装置。本发明通过识别不同的定位标识识别出具体地机具，且利用图像识别及双目视觉定位方法测得机具更换过程中的精确定位偏差，可以辅助精确实现机具自动装夹动作，避免人工对准的问题，大幅提升操作便利性。
技术研发人员：张勇,殷姗姗,卢超,张旺通,李鑫,叶家良
受保护的技术使用者：徐工消防安全装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23