CN110540137B - 一种基于多传感器融合的起重机作业系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多传感器融合的起重机作业系统,包括在地面行走的大车、设置在所述大车上运动的小车及小车下方用于吊装集装箱的吊具，所述大车设有第一防撞系统、纠偏系统、位姿测量系统、定位系统、及第一监控系统，所述小车设有定位系统、防摇系统、第二防撞系统及第二监控系统，所述吊具设有位姿测量系统及吊具监控系统。本发明提供的基于多传感器融合的起重机作业系统，提高了轮胎吊自动化控制程度，能够更大程度上的解放人力。
Description
技术领域
本发明涉及起重机运输领域，尤其涉及一种基于多传感器融合的起重机作业系统。
背景技术
港口作业是指船舶进出港口进行调度、装卸货物、排除障碍等作业。港口作业基本上是以拖车、铲车、吊机等大型流动、固定机械为主要工具进行的，且一般是连续作业。以轮胎吊作业为例，传统轮胎吊作业采用人工作业或半自动化远程作业的方式对堆场进行翻箱作业，及港区内集卡、外集卡进行进出箱作业。其依靠传统增量式或绝对值编码器，对大车、小车及吊具进行定位。这种作业方式需要人工进行确认并参与关键作业任务。由此导致港口作业效率不高，参与作业的轮胎吊司机容易疲劳，且作业环境恶劣。
因此有必要提供一种基于多传感器融合的起重机作业系统，可以提高诸如轮胎吊的自动化控制程度，能够更大程度上的解放人力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供起重机作业系统，通过多传感器融合，大大提高诸如轮胎吊的自动化作业的时间，提高港口作业效率。
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基于多传感器融合的起重机作业系统,包括在地面行走的大车、设置在所述大车上运动的小车及小车下方用于吊装集装箱的吊具，所述大车设有第一防撞系统、纠偏系统、位姿测量系统、第一定位系统、及第一监控系统，其中，所述第一防撞系统用于避免大车在行走过程中发生碰撞，所述纠偏系统用于避免大车偏离行走路线，所述位姿测量系统通过点云分析为堆场作业、大车纠偏及集卡进出箱作业测量吊具位姿，所述第一定位系统用于确定所述大车的所在位置，所述第一监控系统用于远程监控集装箱装卸作业；所述小车设有第二定位系统、防摇系统、第二防撞系统及第二监控系统，其中，所述第二定位系统用于确定所述小车的所在位置，所述防摇系统用于减少小车运动过程中的吊具摇动，所述第二防撞系统用于避免小车在行走过程中吊具及其下方集装箱与堆场中堆放的集装箱发生碰撞，所述第二监控系统用于远程监控集装箱装卸作业及吊具抓放箱作业；所述吊具设有吊具位姿测量系统，其中，所述吊具位姿测量系统用于测量吊具位姿。
优选地，其特征在于，所述第一防撞系统包括正面防撞系统和侧面防撞系统，其中，所述正面防撞系统设置在所述大车的腿部以检测大车行走方向水平135°视角、30米以内扇形区域的障碍物，所述侧面防撞系统设置在所述大车面向堆场箱的一侧以检测大车行走内侧的障碍物。
优选地，所述正面防撞系统为激光雷达、超声波雷达、红外雷达中的任一种或多种；所述侧面防撞系统包括图像传感器，所述图像传感器基于深度学习对堆场箱所在一侧进行图像识别，以确定堆场所在的作业区域是否有障碍物。
优选地，所述纠偏系统包括图像传感器，设置在所述大车的腿部，进一步地位于大车的电气房及动力房两端的栏杆处，以避免纠偏系统的安装位置过低，用以摄取大车行走方向的地面轨迹图标。
优选地，所述位姿测量系统包括设置在所述大车的腿部面向堆场箱的一侧的图像传感器和激光雷达，所述图像传感器和激光雷达通过摄取空间点云数据得到吊具位姿,即6个自由度数据，6DOF(roll,pitch,yaw,x,y,z)，x、y、z轴坐标数据及绕x、y、z轴旋转的数据。
优选地，所述第一定位系统包括设置在大车上背向堆场箱且无遮挡处的“全球导航卫星系统”(Global Navigation Satellite System，以下简称GNSS)。例如，GNSS设置在大车横梁的中部，位于大车横梁的上方面向天空的位置，这样可以确保GNSS无遮挡，信号保持畅通，最好地满足定位需求。
优选地，所述第一监控系统包括设置在所述大车的支架面向堆场箱的图像传感器和激光雷达，以监控自动翻箱作业时集装箱对齐。具体的第一监控系统在所述大车的支架的位置，以中部且不高于小车下端的位置为佳，从而避免小车运行到第一监控系统附近时对第一监控系统造成遮挡，确保第一监控系统可以摄取到翻箱作业的全部区域。
优选地，所述第一监控检测系统还包括设置在所述大车的横梁面向堆场箱的图像传感器和激光雷达，用以摄取堆场箱的空间点云数据以构建堆场箱高图。具体的，可在大车横梁的两端及中部分别设置图像传感器和激光雷达的组合，以确保覆盖所有堆场箱顶部区域。
优选地，所述第二定位系统包括设置在小车上的自带增量式编码器。
优选地，所述防摇系统包括设置在小车上的自带增量式编码器，和/或惯性导航传感器。
优选地，所述第二监控系统包括设置在所述小车四周的图像传感器和激光雷达，以监控集装箱装卸作业及抓放箱作业。
优选地，所述第二防撞系统包括设置在小车的至少两个对称周边和/或大车横梁上的图像传感器和激光雷达。
优选地，所述吊具位姿测量系统包括设置在吊具四周的图像传感器和惯性导航系统，以测量吊具的位姿使其满足抓放箱作业对位精度。
优选地，所述起重机包括轮胎吊、轨道吊、桥吊。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于多传感器融合的起重机作业系统，通过在轮胎吊上安装多个、多种传感器，并通过传感器数据融合的方式，为轮胎吊作业系统提供感知信息，提高轮胎吊自动化作业程度及作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例中基于多传感器融合的起重机作业系统的正面结构示意图；
图2为本发明实施例中基于多传感器融合的起重机作业系统的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
在以下描述中，为了提供本发明的透彻理解，阐述了很多具体的细节。然而，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下实践，这对本领域普通该技术人员来说将是显而易见的。因此，具体的细节阐述仅仅是示例性的，具体的细节可以由奔放的精神和范围而变化并且仍被认为是在本发明的精神和范围内。
本实施例提供了一种基于多传感器融合的起重机作业系统,本实施例中的起重机可用于港口物流，包括但不限于轮胎吊、轨道吊、桥吊，下文以轮胎吊为例来说明本发明的基于多传感器融合的起重机作业系统原理。请参见图1，本发明提供一种基于多传感器融合的起重机作业系统100，包括在地面行走的大车110、设置在所述大车110上运动的小车130及小车130下方用于吊装集装箱170的吊具150。
在具体实施中，所述大车110设有第一防撞系统、纠偏系统、位姿测量系统、第一定位系统、及第一监控系统。具体的，所述第一防撞系统用于避免大车110在行走过程中发生碰撞，所述纠偏系统用于避免大车110偏离行走路线，所述位姿测量系统通过点云分析为堆场作业、大车纠偏及集卡进出箱作业测量吊具150的位姿，所述第一定位系统用于确定所述大车110的所在位置，所述第一监控系统用于远程监控集装箱170装卸作业。
所述小车130设有第二定位系统、防摇系统、第二防撞系统及第二监控系统。具体的，所述第二定位系统可以是设置在小车130上的自带增量式编码器，用于确定所述小车130位于大车110的横梁112上的所在位置，所述防摇系统可以是设置在小车130上的自带增量式编码器，也可以是设置在小车周边位置的惯性导航传感器，位置可选择图1中的图像传感器和惯性导航系统组合19的设置位置，也可以是自带增量式编码器和惯性导航传感器共同使用，用于减少小车130在运动过程中吊具150的摇动，所述第二防撞系统用于避免小车130在行走过程中吊具150及其下方抓取的集装箱170与堆场190中堆放的集装箱170发生碰撞，所述第二监控系统用于远程监控集装箱170装卸作业及吊具150抓放箱作业；所述吊具150设有位姿测量系统，其中，所述吊具位姿测量系统用于测量吊具150的位姿。
在具体实施中，所述第一防撞系统包括正面防撞系统(1、14)和侧面防撞系统(2、13)。其中，所述正面防撞系统(1、14)设置在所述大车110的腿部114以检测大车110行走方向水平135°视角、30米以内扇形区域的障碍物，所述侧面防撞系统(2、13)设置在所述大车110面向堆场箱，即堆场190内堆放的集装箱170的一侧以检测大车110行走内测的障碍物。
在具体实施中，所述正面防撞系统(1、14)为激光雷达、超声波雷达、红外雷达中的任一种或多种(以下本实施例的系统中提及的激光雷达也可通过激光雷达、超声波雷达、红外雷达中的任一种或多种进行代替)；所述侧面防撞系统(2、13)包括图像传感器，所述图像传感器可以为高清相机或高清相机组合，图像传感器基于深度学习对堆场箱所在一侧进行图像识别，以确定堆场所在的作业区域是否有障碍物，例如人，若识别到人出现在堆场的作业区域附近，则停止作业，以确保作业安全。
在具体实施中，所述纠偏系统(15、16)包括图像传感器，设置在所述大车110的腿部114，以摄取大车110行走方向的地面轨迹图标。所述纠偏系统(15、16)的安装位置不宜过低，不然有在运行过程中被撞掉的风险。本实施例优选安装位置为，所述纠偏系统(15、16)设置于大车110的电气房117及动力房118两端的栏杆119处，以避免纠偏系统的安装位置过低。
在具体实施中，所述位姿测量系统(17、18)包括设置在所述大车110的腿部114面向堆场箱的一侧的图像传感器和激光雷达，所述图像传感器和激光雷达通过摄取空间点云数据测量吊具150的位姿，即6个自由度数据，6DOF(roll,pitch,yaw,x,y,z)，x、y、z轴坐标数据及绕x、y、z轴旋转的数据。
在具体实施中，所述第一定位系统6包括设置在大车110上的背向堆场箱且无遮挡处的GNSS。本实施例中，GNSS设置在大车110的横梁112的中部，位于大车横梁112的上方面向天空的位置，这样可以确保GNSS无遮挡，信号保持畅通，最好地满足定位需求。
在具体实施中，所述第一监控系统包括设置在所述大车110的支架116面向堆场箱的图像传感器和激光雷达组合(3、12)，以监控自动翻箱作业时集装箱170对齐。该组图像传感器和激光雷达组合(3、12)在所述大车110的支架116的位置，以中部且不高于小车130下端的位置为佳，从而避免小车130运行到该组图像传感器和激光雷达组合(3、12)附近时对该组图像传感器和激光雷达组合(3、12)造成遮挡，确保该组图像传感器和激光雷达组合(3、12)可以摄取到翻箱作业的全部区域。
在具体实施中，所述第一监控检测系统还包括设置在所述大车110的横梁112面向堆场箱的图像传感器和激光雷达组合(4、5、9)，用以摄取堆场箱170的空间点云数据以构建堆场箱高图，从而可一步避免小车130在横梁112上行走的过程中吊具150及其下方集装箱170与堆场190中堆放的集装箱170发生碰撞。本实施例中，可在大车110的横梁112的两端及中部分别设置图像传感器和激光雷达的组合，以确保覆盖所有堆场箱顶部区域。
在具体实施中，所述第二监控系统包括设置在所述小车130四周的图像传感器和激光雷达组合(7、8、22、23)，以监控集装箱装卸作业及抓放箱作业。
在具体实施中，所述第二防撞系统包括设置在小车130的至少两个对称周边，本实施例所选方案，为小车130的两个对称周边上的图像传感器和激光雷达组合(7、8)、也可以是大车110横梁112上的图像传感器和激光雷达组合(4、5、9)，用以对集装箱170的装卸作业进行监控，从而避免吊具150在装卸作业时，吊具150及其下方集装箱170与堆场190中堆放的集装箱170发生碰撞。
在具体实施中，所述吊具位姿测量系统包括设置在吊具150四周的图像传感器和惯性导航系统组合(10、11、19、20、21)，以测量吊具150的位姿使其满足抓放箱作业对位精度。
综上，本实施例提供的基于多传感器的起重机作业系统，包括在地面行走的大车、设置在所述大车上运动的小车及小车下方用于吊装集装箱的吊具，所述大车设有第一防撞系统、纠偏系统、位姿测量系统、第一定位系统、及第一监控系统，所述小车设有第二定位系统、防摇系统、第二防撞系统及第二监控系统，所述吊具设有吊具位姿测量系统，通过在轮胎吊上安装多个、多种传感器，并通过传感器数据融合的方式，为轮胎吊作业系统提供感知信息，提高轮胎吊自动化作业程度及作业效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (6)
1.一种基于多传感器融合的起重机作业系统, 包括在地面行走的大车、设置在所述大车上运动的小车及小车下方用于吊装集装箱的吊具，其特征在于，
所述大车设有第一防撞系统、纠偏系统、位姿测量系统、第一定位系统、及第一监控系统，其中，
所述第一防撞系统用于避免大车在行走过程中发生碰撞，
所述纠偏系统用于避免大车偏离行走路线，
所述位姿测量系统通过点云分析为堆场作业、大车纠偏及集卡进出箱作业测量吊具位姿，
所述第一定位系统用于确定所述大车的所在位置，
所述第一监控系统用于远程监控集装箱装卸作业；
所述小车设有第二定位系统、防摇系统、第二防撞系统及第二监控系统，其中，
所述第二定位系统用于确定所述小车的所在位置，
所述防摇系统用于减少小车运动过程中的吊具摇动，
所述第二防撞系统用于避免小车在行走过程中吊具及其下方集装箱与堆场中堆放的集装箱发生碰撞，
所述第二监控系统用于远程监控集装箱装卸作业及吊具抓放箱作业；
所述吊具设有吊具位姿测量系统，其中，
所述吊具位姿测量系统用于测量吊具位姿；
所述第一防撞系统包括正面防撞系统和侧面防撞系统，其中，所述正面防撞系统设置在所述大车的腿部以检测大车行走方向水平135°视角、30米以内扇形区域的障碍物，所述侧面防撞系统设置在所述大车面向堆场箱的一侧以检测大车行走内侧的障碍物；
所述正面防撞系统为激光雷达、超声波雷达、红外雷达中的任一种或多种；所述侧面防撞系统包括图像传感器，所述图像传感器基于深度学习对堆场箱所在一侧进行图像识别，以确定堆场所在的作业区域是否有障碍物；
所述第一监控系统包括设置在所述大车的支架面向堆场箱的图像传感器和激光雷达，以监控自动翻箱作业时集装箱对齐；所述第一监控系统还包括设置在所述大车的横梁面向堆场箱的图像传感器和激光雷达，用以摄取堆场箱的空间点云数据以构建堆场箱高图；
所述第二监控系统包括设置在所述小车四周的图像传感器和激光雷达，以监控集装箱装卸作业及抓放箱作业；所述第二防撞系统包括设置在小车的至少两个对称周边和/或大车横梁上的图像传感器和激光雷达。
2.如权利要求1所述的基于多传感器融合的起重机作业系统，其特征在于，所述纠偏系统包括图像传感器，设置在所述大车的腿部，位于大车的电气房及动力房两端的栏杆处，以摄取大车行走方向的地面轨迹图标。
3.如权利要求1所述的基于多传感器融合的起重机作业系统，其特征在于，所述位姿测量系统包括设置在所述大车的腿部面向堆场箱的一侧的图像传感器和激光雷达，所述图像传感器和激光雷达通过摄取空间点云数据得到吊具位姿。
4.如权利要求1所述的基于多传感器融合的起重机作业系统，其特征在于，所述第一定位系统包括设置在大车上背向堆场箱且无遮挡处的全球导航卫星系统。
5.如权利要求1所述的基于多传感器融合的起重机作业系统，其特征在于，所述吊具位姿测量系统包括设置在吊具四周的图像传感器和惯性导航系统，以测量吊具的位姿使其满足抓放箱作业对位精度。
6.如权利要求1所述的基于多传感器融合的起重机作业系统，其特征在于，所述起重机包括轮胎吊、轨道吊、桥吊。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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