集装箱起重机的集卡车对位系统和方法
技术领域
本发明涉及集装箱起重机,特别涉及到集卡车在集装箱起重机下进行装卸时集卡车针对吊具位置的集卡车对位方法及系统。
背景技术
集装箱航运事业的发展,对集装箱起重机的技术提出了更高更新的要求;提高作业生产率,减少操作人员的劳动强度,是集装箱起重机技术发展永恒的课题。
集装箱起重机和地面集装箱卡车之间集装箱的装卸是制约集装箱码头装卸效率提高的一个瓶颈,如何提高起重机吊具和集装箱卡车之间的对位速度,从而提高装卸效率,是港口起重机制造商及有关技术专家一直在致力研究的内容。
对于集装箱非自动化码头,吊具和集装箱运输车之间定位基本上还是依靠集装箱起重机的司机的操作经验和集卡车司机的配合来进行对位的。因此,起重机司机和集卡车司机的熟练程度和操作经验,决定了吊具的对位速度,决定了起重机对集卡车的装卸速度,如果司机不熟练,经常会出现吊具为对准一个地面运输车上的集装箱,既要移动起重机,又要移动地面运输车的情形,人为因素严重影响了集装箱起重机的作业生产率。
对于集装箱自动化码头,如果自动化操作的起重机对有人操作的集卡进行装卸时,起重机吊具对装卸目标是依靠电气系统来自动定位,而集卡车还是依靠司机的操作经验来对起重机吊具进行对位的。因此,集卡车司机的熟练程度和操作经验,决定了吊具的对位速度,决定了起重机对集卡车的装卸速度,如果司机不熟练,经常会出现吊具到位而集卡车来回移动的情形,或者是无人的起重机和有人的集卡车根本无法配合的情况,严重影响了集装箱自动化码头的作业生产率。
无论是集装箱常规码头还是自动化码头,如何提高集卡车司机对集装箱起重机吊具的对位精度和速度,提高码头作业效率,是港口和起重机制造商所面临的迫切需要解决的技术难题。
要实现地面集卡车和起重机吊具之间的集装箱快速装卸,必须要保证两者都能移动到正确的位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种集卡车对位方法及系统,指示集卡司机进行方便准确地进行集卡对位。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种集装箱起重机的集卡车对位系统,包括:
图像显示预定位子系统,包括:
图像摄像设备,设于起重机装卸位上方,用于实时拍摄集卡车图像;
视频采集卡,连接于图像摄像设备,用于采集图像摄像设备拍摄的集卡车图像,并转换成数字图像;
图像处理计算机,与视频采集卡连接,用于将预存的起重机模拟吊具轮廓合成在所述数字图像内,并通过一第一传输网络实时输出合成的图像;
多媒体同步控制卡,连接于图像处理计算机,用于控制图像的同步输出;
显示屏控制器,通过第一传输网络接收所述合成的图像,并输出给一显示屏显示;
显示屏,设于起重机装卸位前方,连接到显示屏控制器,用于显示所述合成的图像;
扫描定位显示子系统,包括:
至少二套激光扫描设备,在起重机前、后横梁上至少各设置一套激光扫描设备,用于采集集卡或集卡上集装箱的轮廓信息,并通过一第二传输网络传输给一计算机系统;
计算机系统,对所述轮廓信息进行数据过滤、特征拟合,并与理论设定值进行对比,分析出所述集卡或所述集装箱相对于起重机的定位误差值;
误差显示屏,设于起重机装卸位前方,并连接于计算机系统,用于显示所述定位误差值。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,其中,所述第一传输网络包括连接于所述图像处理计算机的第一网络转换器、连接于所述显示屏控制器的第二网络转换器、以及连接于第一网络转换器和第二网络转换器之间的TCP/IP网络。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,其中,所述第二传输网络包括路由器、连接在路由器与所述各激光扫描设备之间、以及连接在路由器与所述计算机系统之间的TCP/IP网络。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,还包括一设于起重机装卸位前方的提醒指示牌;
所述计算机系统还与起重机逻辑控制单元连接,用于将所述定位误差值传输到起重机逻辑控制单元;起重机逻辑控制单元与所述提醒指示牌连接,根据所述定位误差值发出向前、向后、停止指令,显示在提醒指示牌上。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统可包括两个图像摄像设备,分别设于起重机大梁上和起重机横梁上,从不同角度拍摄两个集卡车图像,并利用所述图像处理计算机切换输出两个集卡车图像,在所述显示屏上显示,帮助司机更清楚获悉集卡位置。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,可包括二套激光扫描设备,分别设在起重机前、后横梁上,用于获得集卡车或集卡车上集装箱沿大车轨道方向的坐标。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,可包括四套激光扫描设备,在起重机前、后横梁上各设有两套激光扫描设备,分别对应集卡车的四个角,用于获得集卡车或集卡车上集装箱沿大车轨道方向的坐标、沿小车运行方向的坐标和偏转角度。
本发明还提供一种集装箱起重机的集卡车对位方法,包括:
预定位,其包括如下步骤:
a)当集卡车停在起重机装卸位下方时,由设于起重机上的图像摄像设备实时拍摄集卡车图像;
b)利用视频采集卡采集所述图像摄像设备实时拍摄的集卡车图像,并转换成数字图像,传输到一图像处理计算机内;
c)利用所述图像处理计算机将预存的起重机模拟吊具轮廓合成在所述数字图像内,然后将合成的图像实时输出到设于起重机装卸位前方的图像显示屏上,以供集卡司机根据图像显示屏的图像调整集卡车,使之与图像显示屏上模拟吊具位置一致;
精确定位,其包括如下步骤:
d)在预定位完成后,利用设于起重机前、后横梁上的激光扫描设备进行三维扫描,采集集卡或集卡上集装箱的轮廓信息,并传输给一计算机系统;
e)利用所述计算机系统对所述轮廓信息进行数据过滤、特征拟合,并与理论设定值进行对比,分析出所述集卡或所述集装箱相对于起重机的定位误差值;
f)利用所述计算机系统将所述定位误差值传输到设于起重机装卸位前方的误差值显示屏,显示定位误差值,以供集卡司机根据误差值调整集卡,直到误差值为零。
所述的集装箱起重机的集卡车对位方法,其中,在所述步骤c)中,利用连接于所述图像处理计算机的第一网络转换器、连接于所述显示屏控制器的第二网络转换器和连接于所述两网络转换器之间的TCP/IP网络组成第一传输网络来传输所述合成的图像。
所述的集装箱起重机的集卡车对位方法,其中,在所述步骤d)中,利用路由器、连接在路由器与所述各激光扫描设备之间、以及路由器与所述计算机系统之间的TCP/IP网络组成第二传输网络来传输所述集卡车或所述集装箱的轮廓信息。
所述的集装箱起重机的集卡车对位方法,其中,在所述步骤a)中,利用设于起重机大梁上和横梁上的两个图像摄像设备,从不同角度拍摄两个集卡车图像,并利用所述图像处理计算机切换输出两个集卡车图像,在显示屏上显示,帮助司机更清楚了解集卡位置。
所述的集装箱起重机的集卡车对位方法,其中,所述的精确定位还包括步骤g)利用所述计算机系统将所述定位误差值传输到起重机逻辑控制单元,起重机逻辑控制单元根据所述定位误差值发出向前、向后、停止指令,显示在设于起重机装卸位前方的提醒指示牌上。
所述的集装箱起重机的集卡车对位系统,其中,在所述步骤d)中,通过分别设在起重机前、后横梁上的二套激光扫描设备获得集卡车或集卡车上集装箱沿大车轨道方向的坐标,并在所述步骤e)中,通过计算机系统计算集卡或集装箱沿大车轨道方向的偏差ΔX=X-X′,以此作为定位误差值。
所述的集装箱起重机的集卡车对位方法,其中,在所述步骤d)中,通过对应于集卡车四个角的四个激光扫描设备扫描并计算出集装箱的中心位置B(X,Y),并在所述步骤e)中,通过计算机系统将中心位置B(X,Y)与理论中心位置A(X′,Y′)比较,计算出沿大车轨道方向的偏差ΔX=X-X′、沿小车运行方向的偏差ΔY=Y-Y′,以及偏转角度
以此作为定位误差值。
本发明集装箱起重机的集卡车对位系统和方法,通过设于起重机装卸位前方司机视野内的显示屏和指示牌,引导集卡司机进行集卡的位置调整,并兼用图像的预定位和扫描的精确定位,使司机能够将集卡快速准确地停在指定位置,便于与起重机吊具进行配合,实现了集卡与起重机吊具的快速装卸,提高了码头装卸效率。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特征和优点,其中:
图1是本发明集装箱起重机的集卡车对位系统布置图;
图2是本发明集装箱起重机的集卡车对位系统的显示屏示意图;
图3是本发明集装箱起重机的集卡车对位系统的图像显示预定位子系统的结构示意图;
图4是本发明集装箱起重机的集卡车对位系统的扫描定位显示子系统的结构示意图;
图5是本发明集装箱起重机的集卡车对位方法的预定位流程图;
图6是本发明集装箱起重机的集卡车对位方法的精确定位流程图;
图7是本发明集装箱起重机的集卡车对位方法大车方向扫描集装箱示意图;
图8是本发明集装箱起重机的集卡车对位方法大车方向扫描集卡车示意图;
图9是本发明集装箱起重机的集卡车对位方法的集卡车定位误差值算法示意图。
具体实施方式
图1是本发明集装箱起重机的集卡车对位系统布置图,如图1所示,在集装箱起重机10的装卸位停放有集卡车20,供起重机吊具11将集装箱30装上。
本发明集卡车对位系统分为图像显示预定位子系统100和扫描定位显示子系统110。其中图像显示预定位子系统100的结构示意图如图3所示,包括图像摄像设备101、连接于图像摄像设备101的视频采集卡102、连接于视频采集卡102的图像处理计算机103、连接于图像处理计算机103的多媒体同步控制卡104、显示屏控制器105、显示屏106、以及连接于图像处理计算机103与显示屏控制器105之间的第一传输网络107。其中:
请参阅图1所示,图像摄像设备101设于起重机装卸位上方,用于实时拍摄集卡车图像。在本实施例中,设有两个图像摄像设备,分别为设于起重机大梁12上的大梁摄像头101a和设于起重机后横梁13上的横梁摄像头101b,从不同高度和角度拍摄集卡车20的实时图像,便于集卡司机更清楚地了解集卡车20所处位置。当然,也可以仅设置一个图像摄像设备或者更多个。视频采集卡102采集图像摄像设备101拍摄的集卡车图像,并将其转换成数字图像,输入给图像处理计算机103。图像处理计算机103将预存的起重机模拟吊具轮廓合成在所述数字图像内并通过第一传输网络106输出。多媒体同步控制卡104连接于图像处理计算机103,控制图像的同步输出。
在一个实施例中,第一传输网络107可包括连接于图像处理计算机103的第一网络转换器107a、连接于显示屏控制器105的第一网络转换器107b和两个网络转换器之间的TCP/IP网络107c,然而并不以此为限,还可以采用其他协议的网络和网络设备。通过第一传输网络107可将实时输出合成的图像输出到显示屏控制器105。
显示屏控制器105接收所述合成的图像,并输出给显示屏106显示。显示屏106应设于司机有最佳视野的地方,例如图1和图2所示起重机装卸位前方左侧起重机门框立柱14上,或者设于起重机装卸位的正前方起重机门框横梁下,实时显示集卡车20与吊具轮廓的合成图像,帮助司机调整集卡车使之和屏上模拟装卸吊具装卸位置相一致,完成预定位。
扫描定位显示子系统110可包括至少二套激光扫描设备111、计算机系统112、连接于激光扫描设备111与计算机系统112的第二传输网络113、以及误差显示屏114。
请结合图1参阅图4所示,在本实施例中,扫描定位显示子系统110较佳地包括四套激光扫描设备111,在起重机前、后横梁上各设置二套激光扫描设备,分别为前横梁15上的激光扫描设备111a、111b和后横梁13上的激光扫描设备111c、111d,对应集卡车20或集卡车上集装箱30(对应于吊具从集卡卸下集装箱的情形)的四个角,用于采集集卡20或集卡上集装箱30的轮廓信息,根据四套激光扫描设备111所采集的轮廓信息,可获得沿大车轨道方向X的坐标、沿小车运行方向Y的坐标和偏转角度,并通过第二传输网络113传输给计算机系统112。在本实施例中,第二传输网络113可包括一路由器113a、连接在路由器与各激光扫描设备111之间、以及连接在路由器与计算机系统112之间的TCP/IP网络113b,当然并不以此为限,还可以采用其他协议的网络及网络设备。
计算机系统112对激光扫描设备111输入的轮廓信息进行数据过滤、特征拟合,并与理论设定值进行对比,分析出集卡或集装箱相对于起重机的定位误差值,这些误差值可包括沿大车轨道方向X的位移误差ΔX、沿小车运行方向Y的位移误差ΔY、以及偏转角度β,其中误差ΔX是需要集卡司机调整集卡位置消除的,而误差ΔY、以及偏转角度β是起重机吊具11装卸时需要使用的数据。在图4所示本发明的一个实施例中,设置四套激光扫描设备111能够同时获得这三个参数,便于吊具对位,然而在另一个实施例中,在起重机前、后横梁上各设置一套激光扫描设备,经过扫描和计算即能获取误差ΔX,也可完成集卡对位。
请参阅图1和图2所示,误差显示屏114设于起重机装卸位前方左侧起重机门框立柱14,其连接于计算机系统112,用于显示定位误差值。
在图4所示实施例中,为了便于司机进行理解,扫描定位显示子系统110还包括一提醒指示牌115,请同时参阅图1和图2,提醒指示牌115同样设于起重机门框立柱14上,其基于定位误差值来指示司机采取对位措施,系统具体设计如下:
计算机系统103通过诸如RS232等接口与起重机逻辑控制单元16连接,用于将定位误差值传输到起重机逻辑控制单元16。起重机逻辑控制单元16则与提醒指示牌115连接,根据定位误差值中的X向位移误差ΔX来发出向前、向后、停止指令,显示在提醒指示牌115的对应指示灯上。起重机逻辑控制单元16并可根据从外部集卡身份识别系统获得的信息,在提醒指示牌115指示司机是否错道,即进入错误的起重机。在装卸完成后,提醒指示牌115上的离开指示灯指示司机离开装卸位。
以下结合图5和图6说明本发明的集装箱起重机的集卡车对位方法,该方法包括:
预定位,请参阅图5,其包括如下步骤:
a)当集卡车20停在起重机装卸位下方时,由设于起重机上的图像摄像设备101实时拍摄集卡车图像(步骤S1)
在该步骤a)中,既可利用设于集卡车20上方的一个图像摄像设备来拍摄集卡车图像,但较佳地是利用设于起重机大梁12上和后横梁13上的两个图像摄像设备,从不同角度拍摄两个集卡车图像,并利用所述图像处理计算机切换输出两个集卡车图像,在显示屏上显示;
b)利用视频采集卡102采集图像摄像设备101实时拍摄的集卡车图像,并转换成数字图像,传输到图像处理计算机103内(步骤S2);
c)利用图像处理计算机103将预存的起重机模拟吊具轮廓合成在视频采集卡102输入的数字图像内(步骤S3),然后利用多媒体同步控制卡控制图像处理计算机的图像同步输出(步骤S4),将合成的图像实时输出到图像显示屏105上(步骤S5)。显示屏105的显示的实时图像可供集卡司机观察集卡与模拟吊具对比轮廓,调整集卡20直到集卡的位置与图像显示屏上模拟吊具位置一致,在这一区域,起重机较精确定位的相关设备能够检测到集卡轮廓信息;
在该步骤c)中,是利用第一网络转换器107a、第二网络转换器107b和连接于两网络转换器之间的TCP/IP网络107c组成第一传输网络107来传输合成的图像的。
精确定位,其包括如下步骤:
d)在预定位完成后,利用设于起重机前、后横梁15、13上的激光扫描设备111进行三维扫描,采集集卡20或集卡上集装箱30的轮廓信息,并传输给计算机系统112(步骤S11);
在该步骤d)中,利用路由器113a和连接在路由器与各激光扫描设备111之间、以及路由器与计算机系统112之间的TCP/IP网络113b组成第二传输网络113来传输集卡车20或集装箱30的轮廓信息;
e)利用计算机系统112对集卡20或集装箱30的轮廓信息进行数据过滤、特征拟合,并与理论设定值进行对比,分析出集卡20或集装箱30相对于起重机的定位误差值(步骤S12);
f)利用计算机系统112将定位误差值传输到误差值显示屏114上,显示定位误差值(步骤S13),以供集卡司机根据误差值调整集卡;
为了便于司机进行理解,精确定位较佳地包括步骤
g)利用计算机系统112将定位误差值传输到起重机逻辑控制单元16,起重机逻辑控制单元16根据定位误差值发出向前、向后、停止指令(步骤S15),显示在设于起重机装卸位前方的提醒指示牌上(步骤S16);
此外,起重机10的外部集卡身份识别系统可将停在起重机10下的集卡20的身份信息及检测结果通知起重机逻辑控制单元16(步骤S14),起重机逻辑控制单元16根据从外部集卡身份识别系统获得的信息,在提醒指示牌115指示司机是否错道,即进入错误的起重机。在装卸完成后,提醒指示牌115上的离开指示灯指示司机离开装卸位。
通过误差显示屏114和提醒指示牌115,构成一个比较全面、详细的指示体系,集卡司机结合观察误差值显示屏114及提醒指示牌115的信息,完成从对位到离开的全过程。
以下结合图7~图9说明在步骤e)中,定位误差值的计算方法:
将沿大车轨道方向定义为X方向,沿小车运动方向定义为Y方向,沿垂直高度方向定义为Z方向。在图7所示的大车方向扫描集装箱示意图和图8所示的大车方向扫描集卡示意图中,在精确定位开始后,起重机前、后横梁的两侧激光扫描设备111a~111d对集卡(集装箱)进行不间断扫描,测得集卡(集装箱)的轮廓信息a′b′c′d′(未偏转)或者a″b″c″d″(偏转),如图9所示。通过计算可以得到集卡(集装箱)的高度、在XY平面的中心坐标B(X,Y),然后参照计算机系统中预存的集卡(集装箱)理论初始位置在XY平面的轮廓信息abcd和中心位置A(X′,Y′),就可偏转角度计算出当前位置离原始位置的中心偏移量,即
沿大车轨道方向的偏差ΔX=X-X′
沿小车运行方向的偏差ΔY=Y-Y′,以及
偏转角度
并实时更新。
由于集卡(集装箱)本身已经在起重机作业区域40内,Y方向的的偏移量完全可以依靠后面的起重机的自动定位系统进行处理,而ΔY作为提供给起重机自动定位系统的数据。故针对于集卡行驶方向的大车方向的偏差量ΔX=X-X′即为本发明引导集卡20进行较精确定位需要调整的停车误差值。因此在本发明另一个实施例中,在步骤d)中可仅通过分别设在起重机前、后横梁上的二套激光扫描设备获得集卡车或集卡车上集装箱沿大车轨道方向的坐标,并在步骤e)中,通过计算机系统计算集卡或集装箱沿大车轨道方向的偏差ΔX=X-X′,以此作为定位误差值。
以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明,本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改,属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。