CN108394811A - 一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法 - Google Patents

一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法，多个全向轮通过收放机构固定在支架下部，支架上部设有两个滑轨，所述移动平台的两端分别设置在两个滑轨上，并在滑轨上滑动，移动平台上设有滑杆，滑杆上设有在滑杆上滑动的滑块，所述滑块的滑动方向与移动平台在滑轨上的滑动方向相互垂直；所述抓取机构通过钢丝绳连接在滑块的下部，工业相机固定在抓取机构上；收放机构、移动平台、工业相机和抓取机构与工控机连接，工控机与通讯装置连接，通讯装置通过无线信号与控制装置通讯。本发明可自动进行货物集装箱的抓取与放置，不仅抓取精度高，而且车辆无需停止即可完成装卸货物的过程，大大缩短货物的装卸时间，进而提高港口的货物吞吐量。

Description

一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种智能装置及其工作方法，具体是一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法。
背景技术
随着我国对外贸易日益加强，船舶运输得到了极大的发展。但是目前我国大部分港口智能化程度不高，营运成本较高。其中影响船舶停靠港口的时间长短主要取决于安全装卸货物的时间。如果船舶在港停留时间能够缩短，船舶航次时间也会相应缩短，船舶周转加快，航行率大大提高，船舶生产效率也随之提高，从而，提高了船舶运输能力，在不增加船舶艘数的情况，可完成更多的运量，增加船舶公司收益。对于港口而言，又可以提高泊位通过能力，从而提高吞吐量，增加收益。所以减少船舶停靠港口的时间对船舶公司和港口货物运输量具有较大的影响。
现在港口装卸集装箱或货物使用较多的机械设备有龙门起重机。龙门起重机水平主梁支承在两片刚性支腿上的桥架起重机。起重小车在司机的操控下在主梁的轨道上行走，控制吸盘(即抓取机构，包含机械爪等，本文都以吸盘为例)进行装卸、堆码集装箱。
但是现有的这种方式存在以下问题：
1、耗时长，整个过程中，无论是装载还是卸载货物，都需要运输车辆完全停车后才能完成，这样大大增加了整个货物装卸的时间。
2、智能化程度较低。该龙门起重机在装卸集装箱时，全程需要操纵者对其进行操作(以卸载集装箱为例，装载集装箱是卸载的逆过程)，控制电机使起重机吸盘运动到集装箱上方进行夹取并抬升，再移动集装箱到运输车上。在这整个过程中，始终需要操纵者的全程参与，尤其是当吸盘与集装箱对齐时。人为因素对装卸集装箱的效率有很大影响。
3、效率较低。起重机的吸盘要在人的控制下到达集装箱正上方。这个过程比较耗时，并且工作状态也不稳定，容易受到各种不确定条件的干扰。
4、控制精度较低。由于起重机的吸盘只能在一个方向上运动，如需在多个方向移动只能依靠起重机支架整体在轨道上运动，但是起重机支架的移动不仅不方便而且控制精度还比较低，最终导致起重机的吸盘的位置控制精度较低。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于港口快速装卸的智能装置及其工作方法，其无需人工参与，可自动进行货物集装箱的抓取与放置，不仅抓取精度高，而且车辆无需停止即可完成装卸货物的过程，大大缩短货物的装卸时间，进而提高港口的货物吞吐量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于港口快速装卸的智能装置，包括支架、全向轮、移动平台、抓取机构、工业相机、控制装置、通讯装置和工控机，所述全向轮为多个，多个全向轮通过收放机构固定在支架下部，支架上部设有两个滑轨，所述移动平台的两端分别设置在两个滑轨上，并在滑轨上滑动，移动平台上设有滑杆，滑杆上设有在滑杆上滑动的滑块，所述滑块的滑动方向与移动平台在滑轨上的滑动方向相互垂直；所述抓取机构通过钢丝绳连接在滑块的下部，工业相机固定在抓取机构上；收放机构、移动平台、工业相机和抓取机构与工控机连接，工控机与通讯装置连接，通讯装置通过无线信号与控制装置通讯。
优选的，所述全向轮为麦克纳姆轮。
进一步，所述收放机构由电机、支撑板和转轴组成，所述固定在支撑板的一端，支撑板的另一端通过转轴与支架的下部活动连接，所述电机与转轴同轴连接。
优选的，所述抓取机构为起重式吸盘。
一种用于港口快速装卸的智能装置的工作方法，具体步骤为：
A、先在货运车辆及货物集装箱表面粘贴印有编码信息的贴纸，然后开始进行车辆装货，工业相机实时拍摄图像传输给工控机；
B、工控机接收到每一帧图像数据后，采用图像识别算法对每一帧图像进行分析处理，得到每一时刻集装箱在图像中的位置；具体为通过对图像中货物集装箱的检测解码和识别得到货物集装箱在图像中的坐标，定位时利用货物集装箱在图像中的像素坐标，使用PnP算法，即得到贴纸相对工业相机的高度和水平两个方向上的位置差，然后利用贴纸与货物集装箱的相对位置来对其进行精确的定位，利用视觉伺服算法，得出抓取机构与货物集装箱的实时相对高度差及水平位置差；用水平XY和高度Z方向上的差值作为视觉伺服控制算法中的输入进行闭环计算，得到输出给工控机的控制信号；
C、工控机将控制信号以无线信号的形式发送出来，控制装置上有无线信号接收器，控制器接收控制信号，之后控制移动平台和滑块向货物集装箱的位置进行水平移动，同时抓取机构也在垂直方向上运动，并且工业相机实时拍摄图像，经过工控机的实时分析处理进而实时确定抓取机构与货物集装箱的相对位置，直至抓取机构与货物集装箱在水平位置差值和高度差值都为零时，停止移动平台和滑块的水平移动，抓取机构执行动作，抓取货物集装箱；
E、此时使装载车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，工业相机将实时拍摄的图像传输给工控机，工控机通过图像识别算法计算得出车辆在当前图像中的位置，然后通过算法得出抓取机构与车辆的实时相对高度差及水平位置差，再进行闭环计算得到控制信号，并用无线发送出来；
F、工控机接收到控制信号，控制移动平台和滑块向车辆的位置进行水平移动，抓取机构同时垂直下降，并且工业相机实时拍摄图像，直至工业相机实时拍摄的图像中抓取机构与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台和滑块的移动速度，使抓取机构与装载车辆处于相对静止，停止抓取机构的下降并控制抓取机构放置货物集装箱后，抓取机构垂直上升复位，完成货物集装箱不停车装载的过程；
G、进行车辆卸载货物集装箱时，车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，其工作过程与上述装载步骤中的控制原理相同，先通过工业相机拍摄实时图像，确定抓取机构与车辆的实时相对高度差及水平位置差，计算得到控制信号，然后通过控制移动平台和滑块的水平移动，以及抓取机构垂直方向上的运动，直至抓取机构与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台和滑块的移动速度，使抓取机构与车辆处于相对静止，停止抓取机构的下降并控制抓取机构抓取货物集装箱后，抓取机构垂直上升复位，完成货物集装箱不停车卸载的过程。
与现有技术相比，本发明采用支架、全向轮、移动平台、抓取机构、工业相机、控制装置、通讯装置和地面中心计算机相结合方式，本发明无需人工参与，可自动进行货物集装箱的抓取与放置，不仅抓取精度高，而且车辆无需停止即可完成装卸货物的过程，大大缩短货物的装卸时间，进而提高港口的货物吞吐量。
附图说明
图1是本发明的结构主视图；
图2是图1的左视图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明的工作流程图。
图中：1、支架，2、移动平台，3、滑块，4、抓取机构，5、收放机构，6、全向轮，7、滑轨。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种用于港口快速装卸的智能装置，包括支架1、全向轮6、移动平台2、抓取机构4、工业相机、控制装置、通讯装置和工控机，所述全向轮6为多个，多个全向轮6通过收放机构5固定在支架1下部，支架1上部设有两个滑轨7，所述移动平台2的两端分别设置在两个滑轨7上，并在滑轨7上滑动，移动平台2上设有滑杆，滑杆上设有在滑杆上滑动的滑块3，所述滑块3的滑动方向与移动平台2在滑轨7上的滑动方向相互垂直；所述抓取机构4通过钢丝绳连接在滑块3的下部，工业相机固定在抓取机构4上；收放机构4、移动平台2、工业相机和抓取机构4与工控机连接，工控机与通讯装置连接，通讯装置通过无线信号与控制装置通讯。
优选的，所述全向轮6为麦克纳姆轮。采用麦克纳姆轮便于安装及使用。
进一步，所述收放机构5由电机、支撑板和转轴组成，所述固定在支撑板的一端，支撑板的另一端通过转轴与支架1的下部活动连接，所述电机与转轴同轴连接。
优选的，所述抓取机构4为起重式吸盘。抓取机构4可以为机械手或起重式吸盘等，优选起重式吸盘可便于安装及对货物集装箱抓取时的控制。
进一步，控制装置为PC机。
一种用于港口快速装卸的智能装置的工作方法，具体步骤为：
A、先在货运车辆及货物集装箱表面粘贴印有编码信息的贴纸，然后开始进行车辆装货，工业相机实时拍摄图像传输给工控机；
B、工控机接收到每一帧图像数据后，采用图像识别算法对每一帧图像进行分析处理，得到每一时刻集装箱在图像中的位置；具体为通过对图像中货物集装箱的检测解码和识别得到货物集装箱在图像中的坐标，定位时利用货物集装箱在图像中的像素坐标，使用PnP算法，即得到贴纸相对工业相机的高度和水平两个方向上的位置差，然后利用贴纸与货物集装箱的相对位置来对其进行精确的定位，利用视觉伺服算法，得出抓取机构4与货物集装箱的实时相对高度差及水平位置差；用水平XY和高度Z方向上的差值作为视觉伺服控制算法中的输入进行闭环计算，得到输出给工控机的控制信号；
C、工控机将控制信号以无线信号的形式发送出来，控制装置上有无线信号接收器，控制器接收控制信号，之后控制移动平台2和滑块3向货物集装箱的位置进行水平移动，同时抓取机构4也在垂直方向上运动，并且工业相机实时拍摄图像，经过工控机的实时分析处理进而实时确定抓取机构4与货物集装箱的相对位置，直至抓取机构4与货物集装箱在水平位置差值和高度差值都为零时，停止移动平台2和滑块3的水平移动，抓取机构执行动作，抓取货物集装箱；
E、此时使装载车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，工业相机将实时拍摄的图像传输给工控机，工控机通过图像识别算法计算得出车辆在当前图像中的位置，然后通过算法得出抓取机构4与车辆的实时相对高度差及水平位置差，再进行闭环计算得到控制信号，并用无线发送出来；
F、工控机接收到控制信号，控制移动平台2和滑块3向车辆的位置进行水平移动，抓取机构4同时垂直下降，并且工业相机实时拍摄图像，直至工业相机实时拍摄的图像中抓取机构4与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台2和滑块3的移动速度，使抓取机构4与装载车辆处于相对静止，停止抓取机构4的下降并控制抓取机构4放置货物集装箱后，抓取机构4垂直上升复位，完成货物集装箱不停车装载的过程；
G、进行车辆卸载货物集装箱时，车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，其工作过程与上述装载步骤中的控制原理相同，先通过工业相机拍摄实时图像，确定抓取机构4与车辆的实时相对高度差及水平位置差，计算得到控制信号，然后通过控制移动平台2和滑块3的水平移动，以及抓取机构4垂直方向上的运动，直至抓取机构4与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台2和滑块3的移动速度，使抓取机构4与车辆处于相对静止，停止抓取机构4的下降并控制抓取机构4抓取货物集装箱后，抓取机构4垂直上升复位，完成货物集装箱不停车卸载的过程。

Claims (5)

1.一种用于港口快速装卸的智能装置，其特征在于，包括支架(1)、全向轮(6)、移动平台(2)、抓取机构(4)、工业相机、控制装置、通讯装置和工控机，所述全向轮(6)为多个，多个全向轮(6)通过收放机构(5)固定在支架(1)下部，支架(1)上部设有两个滑轨(7)，所述移动平台(2)的两端分别设置在两个滑轨(7)上，并在滑轨(7)上滑动，移动平台(2)上设有滑杆，滑杆上设有在滑杆上滑动的滑块(3)，所述滑块(3)的滑动方向与移动平台(2)在滑轨(7)上的滑动方向相互垂直；所述抓取机构(4)通过钢丝绳连接在滑块(3)的下部，工业相机固定在抓取机构(4)上；收放机构(4)、移动平台(2)、工业相机和抓取机构(4)与工控机连接，工控机与通讯装置连接，通讯装置通过无线信号与控制装置通讯。
2.根据权利要求1所述的一种用于港口快速装卸的智能装置，其特征在于，所述全向轮(6)为麦克纳姆轮。
3.根据权利要求1所述的一种用于港口快速装卸的智能装置，其特征在于，所述收放机构(5)由电机、支撑板和转轴组成，所述固定在支撑板的一端，支撑板的另一端通过转轴与支架(1)的下部活动连接，所述电机与转轴同轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于港口快速装卸的智能装置，其特征在于，所述抓取机构(4)为起重式吸盘。
5.一种利用权利要求1所述的用于港口快速装卸的智能装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先在货运车辆及货物集装箱表面粘贴印有编码信息的贴纸，然后开始进行车辆装货，工业相机实时拍摄图像传输给工控机；
B、工控机接收到每一帧图像数据后，采用图像识别算法对每一帧图像进行分析处理，得到每一时刻集装箱在图像中的位置；具体为通过对图像中货物集装箱的检测解码和识别得到货物集装箱在图像中的坐标，定位时利用货物集装箱在图像中的像素坐标，使用PnP算法，即得到贴纸相对工业相机的高度和水平两个方向上的位置差，然后利用贴纸与货物集装箱的相对位置来对其进行精确的定位，利用视觉伺服算法，得出抓取机构(4)与货物集装箱的实时相对高度差及水平位置差；用水平XY和高度Z方向上的差值作为视觉伺服控制算法中的输入进行闭环计算，得到输出给工控机的控制信号；
C、工控机将控制信号以无线信号的形式发送出来，控制装置上有无线信号接收器，控制器接收控制信号，之后控制移动平台(2)和滑块(3)向货物集装箱的位置进行水平移动，同时抓取机构(4)也在垂直方向上运动，并且工业相机实时拍摄图像，经过工控机的实时分析处理进而实时确定抓取机构(4)与货物集装箱的相对位置，直至抓取机构(4)与货物集装箱在水平位置差值和高度差值都为零时，停止移动平台(2)和滑块(3)的水平移动，抓取机构执行动作，抓取货物集装箱；
E、此时使装载车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，工业相机将实时拍摄的图像传输给工控机，工控机通过图像识别算法计算得出车辆在当前图像中的位置，然后通过算法得出抓取机构(4)与车辆的实时相对高度差及水平位置差，再进行闭环计算得到控制信号，并用无线发送出来；
F、工控机接收到控制信号，控制移动平台(2)和滑块(3)向车辆的位置进行水平移动，抓取机构(4)同时垂直下降，并且工业相机实时拍摄图像，直至工业相机实时拍摄的图像中抓取机构(4)与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台(2)和滑块(3)的移动速度，使抓取机构(4)与装载车辆处于相对静止，停止抓取机构(4)的下降并控制抓取机构(4)放置货物集装箱后，抓取机构(4)垂直上升复位，完成货物集装箱不停车装载的过程；
G、进行车辆卸载货物集装箱时，车辆以低于30Km/h车速通过本智能装置，其工作过程与上述装载步骤中的控制原理相同，先通过工业相机拍摄实时图像，确定抓取机构(4)与车辆的实时相对高度差及水平位置差，计算得到控制信号，然后通过控制移动平台(2)和滑块(3)的水平移动，以及抓取机构(4)垂直方向上的运动，直至抓取机构(4)与车辆的水平位置差和垂直方向上的高度差为零时，保持该时刻移动平台(2)和滑块(3)的移动速度，使抓取机构(4)与车辆处于相对静止，停止抓取机构(4)的下降并控制抓取机构(4)抓取货物集装箱后，抓取机构(4)垂直上升复位，完成货物集装箱不停车卸载的过程。
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