CN109752726A - 一种集装箱姿态检测装置和方法 - Google Patents

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凤宇飞
张志伟
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Shanghai Albian Intelligent Technology Co Ltd
Shanghai Haizhu Intelligent Technology Co Ltd
Shanghai Maritime University
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Abstract

本发明公开了一种集装箱姿态检测装置和方法，公开的检测装置包括扫描模块，用于对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；轮廓生成模块，用于根据扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；识别模块，用于根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。本发明利用激光雷达获取集卡的轮廓数据，进行实时计算从而获取集装箱的位置及姿态。

Description

一种集装箱姿态检测装置和方法
技术领域
本发明涉及物体识别及位置检测技术，特别涉及一种集装箱姿态检测装置和方法。
背景技术
在自动化码头，集装箱起吊过程中缺乏对集装箱位姿的精确测量，一旦集装箱出现位置偏差或形变，则可能会导致自动化装卸的失败或装卸时长的增加。另一方面，集卡装卸中如果集装箱倾斜角度过大，则可以判断集卡锁头未解锁，会导致集卡吊起的安全事故的发生。
目前，集装箱自动化装卸主要通过激光雷达顶装扫描方式获取集装箱三个方向上的位置，但无法判断集装箱的倾斜角度。在集卡防吊起方面，现阶段大多通过远程监控方式，增加了司机本人的工作强度和复杂度。
发明内容
本发明的目的是提供一种集装箱姿态检测装置和方法，利用激光雷达获取集卡的轮廓数据，进行实时计算从而获取集装箱的位置及姿态。一方面能够辅助自动化装卸，提高装卸效率；另一方面可以通过集装箱位姿有效判断装卸过程中集卡锁头是否解锁，防止集卡被吊起。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种集装箱姿态检测装置，其特点是，包括：
扫描模块，用于对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；
轮廓生成模块，用于根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；
识别模块，用于根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
所述的扫描模块为激光雷达，所述的激光雷达对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据。
所述的轮廓生成模块设有一坐标计算单元，所述的坐标计算单元结合扫描模块的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标。
所述的轮廓生成模块还设有一框架边缘参数计算模块，所述的框架边缘参数计算模块用于根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点参数。
所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线，所述的识别模块还用于根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态。
一种利用上述的集装箱姿态检测装置的方法，所述的方法包括如下步骤：
S1，对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；
S2，根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；
S3，根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
所述的步骤S1具体包括：对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据。
所述的步骤S2包括：
步骤S2.1，结合扫描模块的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标；
步骤S2.2，根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点参数。
所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线，所述的方法还包括根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态。
所述的根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态包括：
当所述的第一、二拟合线相对地面具有一定的角度，且角度超过预设范围时，则判定集装箱处于前后倾斜状态；
当所述的第一、二拟合线相对扫描模块的水平距离发生变化，且距离变化超过设定范围时，则判定集装箱处于左右倾斜状态；
当所述的第一、二拟合线相对地面具有预设范围内的角度，且相对扫描模块的水平距离发生变化，则判定集装箱处于前后倾斜与左右倾斜的混合状态。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
利用激光雷达获取集卡的轮廓数据，进行实时计算从而获取集装箱的位置及姿态。一方面能够辅助自动化装卸，提高装卸效率；另一方面可以通过集装箱位姿有效判断装卸过程中集卡锁头是否解锁，防止集卡被吊起。
附图说明
图1为本发明一种集装箱姿态检测装置的结构示意图。
图2为激光雷达扫描车辆纵向截面的结构示意图；
图3为激光雷达的安装示意图；
图4为激光雷达扫描车辆横向截面的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种集装箱姿态检测装置，包括：扫描模块10，用于对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；轮廓生成模块20，用于根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；识别模块30，用于根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
如图2所示，在具体实施例中，所述的扫描模块10为激光雷达100，所述的激光雷达对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据，更具体地，该激光雷达为四线激光雷达，其安装高度满足所能达到的扫描范围能够包含整个集装箱轮廓。所述的轮廓生成模块20设有一坐标计算单元，所述的坐标计算单元结合扫描模块10的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标；所述的轮廓生成模块20还设有一框架边缘参数计算模块，所述的框架边缘参数计算模块用于根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点参数。
所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线AD，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线QR，所述的识别模块30还用于根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态。
如图4所示，需要说明的是，上述激光雷达还可以对车辆横向截面进行扫描，获取车辆横向轮廓数据，其原理与获取车辆纵向截面轮廓数据类似，这里不再赘述，同时可以将激光雷达100与工况机40安装于同一立柜中(参见图3)，上述的轮廓生成模块20和识别模块30都可以利用工况机对应的功能模块实现。更进一步地，激光雷达扫描的原始数据及拼接图像保存至每条车道相应的现场工控机中。
以上结合附图1～4描述了根据本发明实施例的集装箱姿态检测装置。进一步地，本发明还可以应用于集装箱姿态检测方法，该方法包括如下步骤：
S1，对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；
S2，根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据和车辆横向截面间距信息生成车辆的三维轮廓；
S3，根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
所述的步骤S1具体包括：对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据。
所述的步骤S2包括：
步骤S2.1，结合扫描模块的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标X，Y，Z；
步骤S2.2，根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点A、B、C、D参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点O、P、Q、R参数。
根据上述得到上下各四个交点总共8个交点，所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线AD，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线OR，所述的方法还包括根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态，即通过检测两条线实现对集装箱边缘框架的动态监控，从而实现对集装箱的姿态检测。
所述的根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态包括：
当所述的第一、二拟合线相对地面具有一定的角度α，且角度α超过预设范围时，则判定集装箱处于前后倾斜(前后倾斜判定以集卡为参考物体)状态；
角度α的判别方法如式1：
α＝arctan(|YA-YD|/|XA-XD|) (1)
其中YA、YD、XA、XD分别表示激光雷达扫描面与集装箱边缘上框架的交点A、D的纵横坐标。
当所述的第一、二拟合线相对扫描模块的水平(平行与地面)距离发生变化，且距离变化超过设定范围时，则判定集装箱处于左右倾斜(左右倾斜判定以集卡为参考物体)状态；水平距离的判定可以根据ZA、ZB、ZC、ZD、ZO、ZP、ZQ、ZR的数值变化进行判定，ZA、ZB、ZC、ZD、ZO、ZP、ZQ、ZR分别表示集装箱边缘框架的八个交点相对激光雷达的Z轴坐标，可以从激光雷达的原始数据中得到。
当所述的第一、二拟合线相对地面具有预设范围内的角度，且相对扫描模块的水平距离发生变化，则判定集装箱处于前后倾斜与左右倾斜的混合状态。
综上所述，本发明一种集装箱姿态检测装置和方法，利用激光雷达获取集卡的轮廓数据，进行实时计算从而获取集装箱的位置及姿态。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种集装箱姿态检测装置，其特征在于，包括：
扫描模块，用于对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；
轮廓生成模块，用于根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；
识别模块，用于根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
2.如权利要求1所述的集装箱姿态检测装置，其特征在于，所述的扫描模块为激光雷达，所述的激光雷达对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据。
3.如权利要求2所述的集装箱姿态检测装置，其特征在于，所述的轮廓生成模块设有一坐标计算单元，所述的坐标计算单元结合扫描模块的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标。
4.如权利要求3所述的集装箱姿态检测装置，其特征在于，所述的轮廓生成模块还设有一框架边缘参数计算模块，所述的框架边缘参数计算模块用于根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点参数。
5.如权利要求4所述的集装箱姿态检测装置，其特征在于，所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线，所述的识别模块还用于根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态。
6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的集装箱姿态检测装置的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
S1，对经过缓冲区的集装箱卡车进行实时扫描，得到每个扫描截面的车辆轮廓点数据；
S2，根据所述扫描截面的车辆轮廓点数据生成车辆的三维轮廓；
S3，根据车辆的三维轮廓识别集装箱姿态的变化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：对车辆纵向截面进行扫描，获取车辆纵向轮廓数据。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2包括：
步骤S2.1，结合扫描模块的高度、扫描角度和激光发射方向计算每一扫描光斑的坐标；
步骤S2.2，根据每一扫描光斑的坐标得到激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点参数以及激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点参数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的激光扫描面与集装箱上框架边缘的交点连线设为第一拟合线，所述的激光扫描面与集装箱下框架边缘的交点连线设为第二拟合线，所述的方法还包括根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的根据第一、二拟合线的变化判断集装箱的姿态包括：
当所述的第一、二拟合线相对地面具有一定的角度，且角度超过预设范围时，则判定集装箱处于前后倾斜状态；
当所述的第一、二拟合线相对扫描模块的水平距离发生变化，且距离变化超过设定范围时，则判定集装箱处于左右倾斜状态；
当所述的第一、二拟合线相对地面具有预设范围内的角度，且相对扫描模块的水平距离发生变化，则判定集装箱处于前后倾斜与左右倾斜的混合状态。
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