CN104386582B - 一种用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法 - Google Patents

一种用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法。本系统通过两个激光扫描仪对集装箱和集装箱卡进行扫描，通过数据处理和分析，通过几何约束原则找出集装箱和集卡的相对位置，从而判断起吊过程中集装箱卡车是否被吊起，检测结果通过IO方式输出到轨道吊机的电气控制系统。这个系统能够二十四小时全天候工作，并能够自动进行集装箱卡车吊起的检测，无需工作人员参与，特别适合无人化的轨道吊机。系统仅通过IO信号与轨道吊机，非常便于现场实施或者进行现有系统升级和改造。

Description

一种用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法
技术领域
本发明涉及了一种基于激光的检测系统，特别是集装箱码头的用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法。
背景技术
在集装箱码头，轨道吊机要进行大量的装卸作业；而轨道吊机操作室远离集装箱卡车，很难准确的看到集装箱锁销的状态，所以会发生锁销未完全打开，将集装箱和集卡一起吊起或是半吊起的情况，导致集装箱和卡车损坏，甚至造成卡车司机伤亡的事故。因此，在轨道吊机的集装箱装卸作业中，防止集装箱卡车被吊起的系统有重要的意义。
为了解决这个问题，常规的方法是在装卸区域安装监控摄像头，将图像数据传输到远程操作室，操作者通过屏幕上的图像对整个过程进行远程观测，但这种方法靠人眼判断，容易引起人眼疲劳，造成误判，事故仍然无法避免。另外，自动化集装箱码头的兴起，很多码头都采用了无人轨道吊机，显然人眼观测的系统不能使用。
中国发明专利200510026303.1公开了“防止集装箱起重机误吊集装箱卡车的测控方法及装置”，采用光电开关来检测集装箱卡车是否被吊起的方法，但此方法不能很好地解决集装箱卡车高度变化的情况。
发明内容
本发明的目的在于解决目前在轨道吊机装卸过程中，集装箱卡车被误吊起的问题，提供一种用于轨道吊机的集装箱卡车防误吊起系统及方法，适用于不同集装箱卡车高度的，具有全天候自动检测功能，并便于安装和实施。
为实现以上目的，本发明的构思是：系统通过安装在轨道吊机上的两个激光扫描器对集装箱以及卡车进行扫描，在起吊过程中，实时的检测集装箱和集卡的位置状态，并分析当前集装箱卡车是否被吊起，将检测的结果以IO信号的方式传输到吊机控制系统。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种用于轨道吊机的集装箱卡车防吊起系统，包括：两个户外型测距激光扫描仪，一台嵌入式单板机（外设接口包括2个网口和一个串口）以及一个IO输入输出模块。其特征在于上述激光扫描仪固定安装在轨道吊机上，通过网线连接到上述的工业嵌入式单板机，上述的工业嵌入式单板机安装在控制室内，通过串口连接上述IO输入输出模块。上述的IO输入输出模块，通过IO信号与轨道吊机的电气控制系统进行交互。
一种用于轨道吊机的集装箱卡车防吊起方法，采用上述集装箱卡车防吊起系统进行运行操作，其特征在于操作步骤如下：
a)系统上电并进行自检，如果检测到错误，则输出系统故障的IO信号；运行正常则输出系统准备好的IO信号；
b)系统进入等待命令状态；如果系统接收到起吊开始信号，清除系统输出的IO状态，系统开始获取激光扫描器A(4)和激光扫描器B(5)的扫描数据；
c)获取激光扫描器(4)、(5)的原始数据，对该数据进行去噪处理，然后通过霍夫变换提取扫描数据中的直线，再经过几何约束条件，提取出集装箱和集装箱卡车的几何数据，并对该几何数据进行规则化，最后根据集装箱吊起判断的原理作出误吊起判断；
d)如果系统接收到300mm高度的IO信号，系统开始向轨道吊机发送误吊起判断的结果，如果判断为误吊起状态，系统输出卡车误吊起的IO信号，并返回步骤(b)；
e)如果系统接收到600mm高度的IO信号，系统停止发送误吊起判断IO信号，并返回步骤(b);如果未收到600mm高度的IO信号，返回步骤(c)。
上述的激光扫描仪采用了SICK公司的LMS551；
上述的嵌入式单板机采用了MOXA公司的IA240；
上述IO输入输出模块为自制模块；
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：采用激光传感器，扫描范围大，分辨率高，能够有效的处理各种不同高度的集装箱卡车；采用IO输入输出接口同轨道吊机的控制系统交互，便于系统实施和设备改造。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
图2 为激光扫描仪安装示意图。
图3为IO输入输出模块电路结构框图以及与轨道吊控制系统的电气连接示意图。
图4 为系统判别集装箱卡车吊起的原理示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
参见图1~图3，本用于轨道吊机的集装箱卡车防吊起系统，包括IO输入输出模块(1)，嵌入式单板机(2)，激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)；所述激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)通过网线(3)连接到嵌入式单板机(2)，IO输入输出模块(1)通过串口线(6)连接到嵌入式单板机(2)；IO输入输出模块(1)通过IO口与轨道吊机进行交互。
所述激光扫描器A(4)和激光扫描器B(5)固定安装在轨道吊机(10)上，安装时，两个激光扫描仪(4)、(5)中心线距离地面(7)的高度要小于集装箱卡车(11)的高度，两个激光(4)和(5)的之间的水平距离要小于集装箱(8)的长度，两个激光扫描仪(4)、(5)的扫描面要垂直于地面(7)，扫描面的中心线要平行与地面(7)；在轨道吊机吊具(9)向上提升集装箱(8)的距离在700mm以内时，要保证两个激光扫描仪(4)、(5)都能扫描到集装箱(8)。
实施例二：
参见图3和图4，本用于轨道吊机的集装箱卡车防吊起的方法，其操作步骤如下：
a)系统上电并进行自检，如果检测到错误，则输出系统故障的IO信号；运行正常则输出系统准备好的IO信号；
b)系统进入等待命令状态；如果系统接收到起吊开始信号，清除系统输出的IO状态，系统开始获取激光扫描器A(4)和激光扫描器B(5)的扫描数据；
c)获取激光扫描器(4)、(5)的原始数据，对该数据进行去噪处理，然后通过霍夫变换提取扫描数据中的直线，再经过几何约束条件，提取出集装箱和集装箱卡车的几何数据，并对该几何数据进行规则化，最后根据集装箱吊起判断的原理作出误吊起判断；
d)如果系统接收到300mm高度的IO信号，系统开始向轨道吊机发送误吊起判断的结果，如果判断为误吊起状态，系统输出卡车误吊起的IO信号，并返回步骤(b)；
e)如果系统接收到600mm高度的IO信号，系统停止发送误吊起判断IO信号，并返回步骤(b);如果未收到600mm高度的IO信号，返回步骤(c)。
所述集装箱吊起判断的原理如下：集装箱卡车上有四个锁销处于不同的打开或者关闭状态，起吊中会形成不同的激光扫描数据：四个锁销(12)、(13)、(14)、(15)全部打开的情况，这时两个激光扫描仪(4)、(5)的扫描的数据形成的图形一致，参考图4(b)所示，集装箱与集装箱卡车之间有个高度均匀的缝隙，该缝隙的大小就是集装箱吊起的高度；或者锁销甲(12)和锁销乙(13)打开，而锁销丙(14)和锁销丁(15)未打开的情况，这时激光扫描仪(4)测得的集装箱与集装箱卡车之间的缝隙要大于激光扫描仪(5)测得的值，参考图4(c)所示；或者锁销甲(12)和锁销丁(14)未打开，或四个锁销(12)、(13)、(14)、(15)都未打开的情况，这时两个激光扫描仪(4)、(5)的扫描的数据形成的图形一致，集装箱和集装箱卡车之间没有缝隙，参考图4(d)所示；或者锁销甲(13)和锁销丁(15)打开，而锁销乙(12)和锁销丙(14)未打开的情况，这时两个激光扫描仪(4)、(5)的扫描的数据形成的图形一致，集装箱和集装箱卡车之间的缝隙不均匀, 如图4(e)所示；或者表示锁销丙(14)和锁销丁(15)打开，而锁销甲(12)和锁销乙(13)未打开的情况，这时激光扫描仪(4)测得的集装箱与集装箱卡车之间的缝隙要小于激光扫描仪(5)的测得值，参考图4(f)所示。
实施例三：
参考图1，本防集装箱卡车吊起系统，包括：IO输入输出模块(1)，嵌入式单板机(2)，激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)；激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)通过网线(3)连接到嵌入式单板机(2)，IO输入输出模块(1)通过串口线(6)连接到嵌入式单板机(2)；IO输入输出模块(1)通过IO口与轨道吊机进行交互。
参考图2，所述的两个激光扫描仪安装如下：所述激光扫描器A(4)和激光扫描器B(5)固定安装在轨道吊机(10)上，安装时，两个激光(4)和(5)中心线距离地面(7)的高度要小于集装箱卡车(11)的高度，两个激光(4)和(5)的之间的水平距离要小于集装箱(8)的长度，两个激光(4)和(5)的扫描面要垂直于地面(7)，扫描面的中心线要平行与地面(7)；在轨道吊机吊具(9)向上提升集装箱(8)的距离在700mm以内时，要保证两个激光(4)和(5)都能扫描到集装箱(8)。
参考图3，所述的IO输入输出模块的组成：IO输入输出模块微处理器(201)，串口(202)，IO输入(203)和IO输出(204)。所述IO输入输出模块微处理器(201)采用ATEML公司的ATmega8。输入IO(203)经过光电隔离连接到微处理器(201)，输出IO(204)使用继电器方式的输出。串口(202)经过光电隔离连接到微处理器(201)。输入IO(203)连接轨道吊控制系统(205)有三种信号：(a)起吊开始,(2)300mm高度，(3)600mm高度；IO输出(204)连接到轨道吊控制系统(205)有三种信号：(a)系统故障,(b)卡车误吊起，(c)系统准备好。
参考图4，集装箱吊起判断的的原理如下：4和5分别表示所述的激光扫描仪A和激光扫描仪B，12，13，14，15分别表示所述集装箱卡车上的四个锁销。不同位置的锁销打开或者关闭，起吊中会形成不同的激光扫描数据，如图(b~f)所示，其中每个图中左边表示激光扫描仪A提取的扫描数据，图中右边表示的是激光扫描仪B提取的扫描数据。图(b)表示四个锁销全部打开的情况，可以看出两个激光形成的图形一致，并且集装箱和集装箱卡车之间有个高度均匀的缝隙，这个缝隙的大小就是集装箱起吊的高度；图(c)表示12和13锁销打开，而14和15锁销未打开的情况，这时激光扫描仪A测得的集装箱和集装箱卡车之间的缝隙要大于激光扫描仪B测得；图(d) 表示12和14锁销未打开，或者四个都未打开的情况；图(e)表示12和12锁销打开，而13和15锁销未打开的情况，可以看出集装箱卡车向激光端倾斜了一个角度；图(f) 表示14和15锁销打开，而12和13锁销未打开的情况，这时所述激光扫描仪A测得的集装箱和集装箱卡车之间的缝隙要小于所述激光扫描仪B测得的数据。
所述防集装箱卡车吊起系统，运行过程如下：
(1)系统上电并进行自检，如果检测到错误输出系统故障的IO信号，运行正常则输出系统准备好的IO信号；
(2)系统进入等待命令状态；如果系统接收到起吊开始信号，清除系统输出的IO状态，系统开始获取两个激光扫描器的扫描数据；
(3)获取激光扫描器的原始数据，对数据进行去噪处理，然后通过霍夫变换提取扫描数据中的直线，再经过几何约束条件，提取出集装箱和集装箱卡车的几何数据，并对数据进行规则化，最后根据上述集装箱吊起判断的的原理作出误吊起判断；
(4)如果系统接收到300mm高度的IO信号，系统开始向轨道吊机发送误吊起判断的结果，如果判断为误吊起状态，系统输出卡车误吊起的IO信号，并返回步骤(2)；
(5)如果系统接收到600mm高度的IO信号，系统停止发送误吊起判断IO信号，并返回步骤(2);如果未收到600mm高度的IO信号，返回步骤(3)。

Claims (3)

1.一种用于轨道吊机的防集装箱卡车误吊起系统，其特征在于：包括IO输入输出模块(1)，嵌入式单板机(2)，激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)；所述激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)通过网线(3)连接到嵌入式单板机(2)，IO输入输出模块(1)通过串口线(6)连接到嵌入式单板机(2)；IO输入输出模块(1)通过IO口与轨道吊机进行交互；所述激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)固定安装在轨道吊机(10)上，安装时，两个激光扫描仪中心线距离地面(7)的高度要小于集装箱卡车(11)的高度，两个激光扫描仪发出的激光之间的水平距离要小于集装箱(8)的长度，两个激光扫描仪的扫描面要垂直于地面(7)，扫描面的中心线要平行与地面(7)；在轨道吊机吊具(9)向上提升集装箱(8)的距离在700mm以内时，要保证两个激光扫描仪都能扫描到集装箱(8)。
2.一种用于轨道吊机的防集装箱卡车误吊起方法，采用权利要求1所述的用于轨道吊机的防集装箱卡车误吊起系统运行操作，其特征操作步骤如下：
a)系统上电并进行自检，如果检测到错误，则输出系统故障的IO信号；运行正常则输出系统准备好的IO信号；
b)系统进入等待命令状态；如果系统接收到起吊开始信号，清除系统输出的IO状态，系统开始获取激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)的扫描数据；
c)获取激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B(5)的原始数据，对该数据进行去噪处理，然后通过霍夫变换提取扫描数据中的直线，再经过几何约束条件，提取出集装箱和集装箱卡车的几何数据，并对该几何数据进行规则化，最后根据集装箱吊起判断的原理作出误吊起判断；
d)如果系统接收到300mm高度的IO信号，系统开始向轨道吊机发送误吊起判断的结果，如果判断为误吊起状态，系统输出卡车误吊起的IO信号，并返回步骤(b)；
e)如果系统接收到600mm高度的IO信号，系统停止发送误吊起判断IO信号，并返回步骤(b);如果未收到600mm高度的IO信号，返回步骤(c)。
3.根据权利要求2所述的用于轨道吊机的防集装箱卡车误吊起方法，其特征在于：所述集装箱吊起判断的原理如下：集装箱卡车上有四个锁销处于不同的打开或者关闭状态，起吊中会形成不同的激光扫描数据：四个锁销：甲(12)、乙(13)、丙(14)、丁(15)全部打开的情况，这时两个激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B（5）的扫描的数据形成的图形一致，集装箱与集装箱卡车之间有个高度均匀的缝隙，该缝隙的大小就是集装箱吊起的高度；或者锁销甲(12)和锁销乙(13)打开，而锁销丙(14)和锁销丁(15)未打开的情况，这时激光扫描仪A(4)测得的集装箱与集装箱卡车之间的缝隙要大于激光扫描仪B(5)测得的值；或者锁销甲(12)和锁销丁( 15)未打开，或四个锁销：甲(12)、乙(13)、丙(14)、丁(15)都未打开的情况，这时两激光扫描仪A(4)和激光扫描仪B（5）的扫描的数据形成的图形一致，集装箱和集装箱卡车之间没有缝隙；或者锁销甲( 12)和锁销丁(15)未打开，而锁销乙( 13)和锁销丙(14)打开的情况，这时两个激光扫描仪A(4)、B(5)的扫描的数据形成的图形一致，但集装箱和集装箱卡车之间的缝隙不均匀，有一定倾斜的角度；或者表示锁销丙(14)和锁销丁(15)打开，而锁销甲(12)和锁销乙(13)未打开的情况，这时激光扫描仪A(4)测得的集装箱与集装箱卡车之间的缝隙要小于激光扫描仪B(5)的测得值。
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