CN112645222A - 自动化集装箱起重机、控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动化集装箱起重机、控制系统和控制方法,该起重机的工控机模块设置于起重机电气房内,三维雷达模块设置于吊具机构上及主梁上,起重机控制模块设置在起重机电气房和起重机司机室上,视觉传感模块设置在吊具机构上,其控制系统包括工控机模块、三维雷达模块、视觉传感模块和起重机控制模块,其控制方法为:通过三维雷达对堆场内集装箱进行扫描,通过机械视觉对集装箱箱号识别,然后储存在数据库中,输入箱号后起重机自动比较数据库信息,反馈回目标集装箱的位置信息,控制起重机移动到目标集装箱正上方,引导自动取箱。本发明的起重机可通过自身设备实现自动化控制,降低了对堆场的要求。
Description
技术领域
本发明属于工程机械领域,尤其涉及自动化集装箱起重机、控制系统和控制方法。
背景技术
随着国内经济发展,集装箱物流运输增长快速,集装箱起重运输机械在现代物流、国民生产各领域中发挥着极其重要的作用。目前国家大力发展水、陆联运推动了内河码头,铁路堆场和公里转运站等中、小型堆场大量建立。
在发展过程中发现了两个问题:1.中、小型堆场规模较小不能像大型码头那样对基础设施进行大量投入建设GPS基站和综合码头管理系统;2.集装箱起重机抓箱过程要求驾驶员伸头向下看容易使驾驶员疲劳。因此,需要一种可以自动化集装箱起重机来满足市场需求。
发明内容
基于上述技术问题,本发明解决的技术方案是提供一种自动化集装箱起重机、控制系统及控制方法,使起重机通过自身设备实现自动化控制,降低了对堆场的要求。
一种自动化集装箱起重机,包括吊具机构、钢丝绳、主梁、支腿、起重机行驶机构、电气房、司机室,所述起重机行驶机构包括起重机小车机构、起升机构、大车机构,所述钢丝绳分别于与所述吊具机构和所述小车机构连接,工控机模块设置于起重机电气房内,三维雷达模块设置于吊具机构上及所述主梁上,所述起重机控制模块设置在所述起重机电气房和所述起重机司机室上,所述视觉传感模块设置在所述吊具机构上。
上述自动化集装箱起重机通过如下控制系统作业,该控制系统包括工控机模块、三维雷达模块、视觉传感模块和起重机控制模块,所述工控机模块分别和三维雷达模块、视觉传感模块以及起重机控制模块连接;所述工控机模块用于接收中控室发送的当前调度指令,所述当前调度指令包含当前集装箱位置和当前集装箱箱号;所述三维雷达模块用于确定当前起重机位置及集装箱位置;所述工控机模块用于根据当前集装箱位置和当前起重机位置,计算行驶机构从当前起重机位置到当前集装箱位置的行驶路线;所述起重机控制模块用于根据行驶路线控制起重机的行驶机构移动到集装箱处;所述三维雷达模块用于将起重机的行驶机构移动到集装箱处时,采集集装箱的锁孔位置,并将锁孔位置发送至工控机模块,所述视觉传感模块用于当起重机行驶机构移动到集装箱处,采集集装箱的箱号,并将箱号发送至所述工控机模块,所述工控机模块用于判断所述箱号和所述当前集装箱箱号相同时,发送指令信息至所述起重机控制模块,驱动起重机行驶机构,使起重机吊具插入锁孔位置对应的锁孔。
上述自动化集装箱起重机的控制系统通过如下的控制方法实现:
(1)堆场数字化:在堆场或起重机安装若干三维雷达发射器和接收器,扫描堆场,将扫描后的数据通过三维雷达的信息处理中心进行数据处理,传输给上位机,在上位机上同一坐标系内进行三维成像,将堆场进行数字化处理;
(2)集装箱箱号识别:采用若干个摄像头分别采集集装箱上表面的ID号,进行箱号识别;采集图片后再将字符区域分割成单个字符,然后对每一个字符按模板匹配进行逐个识别,然后将两个摄像头识别出的号码进行比较,并根据集装箱号的校验位进行整体字符校验,校验不正确时,返回字符识别过程,通过修正匹配率或识别可信度最低的字符,使之满足验证条件;
(3)三维成像:将步骤(2)中所得到的集装箱箱号和步骤(1)中在上位机上处理得到的集装箱信息一一对应起来,根据集装箱的空间坐标进行三维成像;
(4)粗定位:根据箱号识别系统把箱号储存在数据库中,当要取箱时通过触摸屏输入集装箱箱号,系统通过箱号对比数据库得到目标集装箱的三维坐标和起重机的三维坐标,通过比较目标集装箱和起重机的X、Y、Z坐标,计算出起重机和目标集装箱的距离,然后通过控制起重机的大车机构、小车机构,通过安装在起升机构、大车机构、小车机构上的绝对值编码器计算实际运行距离,将起重机移动到集装箱上方,实现粗定位,通过机械视觉系统对集装箱箱号进行识别,再与输入箱号进行对比,确保所操作集装箱为目标集装箱;其中X轴为起重机小车机构运行轨迹,Y轴为起重机大车机构运行轨迹,Z轴为起重机起升机构运行轨迹;
(5)精定位:通过三维雷达扫描目标集装箱和吊具机构,建立三维立体图像,并提取集装箱锁孔和吊具机构锁头的坐标信息,比较两者之间的坐标差异,通过控制大车机构、小车机构和起升机构,修正吊具机构位置,将吊具机构落到目标集中箱上,实现自动对箱及抓取;
(6)集卡定位:通过步骤(1)建立的堆场的三维图,将目标集装箱放置到对应集卡的坐标,进行粗定位后,将起重机运行到集卡上方,通过安装在起重机端梁上的雷达,扫描出集卡上四个锁头位置,然后通过精定位后将集装箱落到集卡上。
进一步地,步骤(4)还包括校准环节,通过机械视觉系统对集装箱箱号进行识别,再与输入箱号进行对比,确保所操作集装箱为目标集装箱。
进一步地,所述集装箱起重机上安装三维雷达,进行吊具的扫描和集装箱扫描,在精定位时,安装在灯塔或其他位置三维雷达扫描集装箱时可能会被门机本身所遮挡住,因此,也需要在起重机上安装三维雷达。
进一步地,所述集装箱起重机为轨道集装箱起重机(RMG)、轮胎式集装箱龙门起重机(RTG)或集装箱岸边起重机(STS)或其他种类的起重机。
进一步地,步骤(1)中信息处理中心将数据处理后通过光纤、4G或无线网或其他数据传输方式传输给上位机。
进一步地,大车机构的两端还安装有激光传感器或视频监控系统或雷达系统,用于判断是否大车运行轨道上是否有障碍物,防止出安全事故。
进一步地,步骤(2)采用若干个摄像头分别采集集装箱上表面的ID号,通过摄像头捕捉集装箱的箱号图片进行识别,采集图片后再将字符区域分割成单个字符,然后对每一个字符按模板匹配进行逐个识别,然后将两个摄像头识别出的号码进行比较,并根据集装箱号的校验位进行整体字符校验,校验不正确时,返回字符识别过程,通过修正匹配率或识别可信度最低的字符,使之满足验证条件。
进一步地,步骤(1)的三维雷达发射器和接收器安装在堆场的灯柱或起重机上。
进一步地,还包括卸箱过程,所述卸箱过程通过三维雷达成像系统,检测下面的箱子和吊具上的箱子是否放整齐,如果误差大于100mm,重新执行放箱程序。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
本发明通过三维雷达的扫描技术成像,对堆场内每一个集装箱分别进行扫描,然后建立起堆场三维模型图,然后通过机械视觉对起重机起吊的每一个集装箱进行集装箱箱号识别,把集装箱的箱号和通过三维雷达扫描后集合成的集装箱储存在上位机的数据库中,建立起整个堆场集装箱的数据库,此时对应的每个集装箱在堆场内都有唯一的空间三维坐标,且时刻对堆场内进行扫描,将所有堆场内物体均建立起三维模型,并实时进行更新。
起重机需要取箱时,输入箱号后起重机自动比较数据库信息,反馈回目标集装箱的位置信息,此时起重机吊具空间坐标和对应的目标集装箱空间坐标作为比较,得到的数据再通过控制起重机大车运行机构、小车运行机构、移动到目标集装箱正上方,并通过通过的大车编码器和小车编码器提供的设备位置进行校准,然后通过机械视觉系统对集装箱箱号进行识别,再与输入箱号进行对比,确保所操作集装箱为目标集装箱,降低出错率,然后通过小车上的三维雷达扫描集装箱和吊具,成像后进行集装箱锁孔轮廓的提取,后吊具进行空间坐标比较,引导其自动取箱,通过这种控制方法,可以实现起重机通过自身设备实现的自动化控制,对堆场的要求大大降低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种起重机结构示意图
图2为本发明实施例的模块图;
图3为本发明实施例的另一种模块图;
图4为本发明实施例的工作流程图
图5为本发明实施例的精定位模块图;
图6为本发明实施例的箱号识别系统模块图。
图标:100-自动化集装箱起重机;200-工控机模块;210-无线通讯模块;220-三维雷达模块;230-视觉传感器模块;300-起重机控制模块;310-显示模块;320-报警模块;330-操作模块;340-起升机构;350-小车机构;360-大车机构;370-起升、大车、小车绝对值编码器;380-吊具机构。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的起重机、控制系统和控制方法进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
结合图1-6所示,一种自动化集装箱起重机100,包括吊具机构380、钢丝绳、主梁、支腿、起重机行驶机构、电气房、司机室,所述起重机行驶机构包括起重机小车机构350、起升机构340、大车机构360,所述钢丝绳分别于与所述吊具机构380和所述小车机构350连接,工控机模块200设置于起重机电气房内,三维雷达模块220设置于吊具机构380上及所述主梁上,所述起重机控制模块300设置在所述起重机电气房和所述起重机司机室上,所述视觉传感模块230设置在所述吊具机构380上。
上述自动化集装箱起重机通过如下控制系统作业,该控制系统包括工控机模块200、三维雷达模块220、视觉传感模块230和起重机控制模块300,所述工控机模块200分别和三维雷达模块220、视觉传感模块230以及起重机控制模块300连接;所述工控机模块200用于接收中控室发送的当前调度指令,所述当前调度指令包含当前集装箱位置和当前集装箱箱号;所述三维雷达模块220用于确定当前起重机位置及集装箱位置;所述工控机模块200用于根据当前集装箱位置和当前起重机位置,计算行驶机构从当前起重机位置到当前集装箱位置的行驶路线;所述起重机控制模块300用于根据行驶路线控制起重机的行驶机构移动到集装箱处;所述三维雷达模块220用于将起重机的行驶机构移动到集装箱处时,采集集装箱的锁孔位置,并将锁孔位置发送至工控机模块200,所述视觉传感模块230用于当起重机行驶机构移动到集装箱处,采集集装箱的箱号,并将箱号发送至所述工控机模块200,所述工控机模块200用于判断所述箱号和所述当前集装箱箱号相同时,发送指令信息至所述起重机控制模块300,驱动起重机行驶机构,使起重机吊具插入锁孔位置对应的锁孔。
上述自动化集装箱起重机的控制系统通过如下的控制方法实现:
(1)堆场数字化:在堆场或起重机安装若干三维雷达发射器和接收器,扫描堆场,将扫描后的数据通过三维雷达的信息处理中心进行数据处理,传输给上位机,在上位机上同一坐标系内进行三维成像,将堆场进行数字化处理;
(2)集装箱箱号识别:采用若干个摄像头分别采集集装箱上表面的ID号,进行箱号识别;采集图片后再将字符区域分割成单个字符,然后对每一个字符按模板匹配进行逐个识别,然后将两个摄像头识别出的号码进行比较,并根据集装箱号的校验位进行整体字符校验,校验不正确时,返回字符识别过程,通过修正匹配率或识别可信度最低的字符,使之满足验证条件;
(3)三维成像:将步骤(2)中所得到的集装箱箱号和步骤(1)中在上位机上处理得到的集装箱信息一一对应起来,根据集装箱的空间坐标进行三维成像;
(4)粗定位:根据箱号识别系统把箱号储存在数据库中,当要取箱时通过触摸屏输入集装箱箱号,系统通过箱号对比数据库得到目标集装箱的三维坐标和起重机的三维坐标,通过比较目标集装箱和起重机的X、Y、Z坐标,计算出起重机和目标集装箱的距离,然后通过控制起重机的大车机构、小车机构,通过安装在起升机构、大车机构、小车机构上的绝对值编码器计算实际运行距离,将起重机移动到集装箱上方,实现粗定位,通过机械视觉系统对集装箱箱号进行识别,再与输入箱号进行对比,确保所操作集装箱为目标集装箱;其中X轴为起重机小车机构运行轨迹,Y轴为起重机大车机构运行轨迹,Z轴为起重机起升机构运行轨迹;
(5)精定位:通过三维雷达扫描目标集装箱和吊具机构,建立三维立体图像,并提取集装箱锁孔和吊具机构锁头的坐标信息,比较两者之间的坐标差异,通过控制大车机构、小车机构和起升机构,修正吊具机构位置,将吊具机构落到目标集中箱上,实现自动对箱及抓取;
(6)集卡定位:通过步骤(1)建立的堆场的三维图,将目标集装箱放置到对应集卡的坐标,进行粗定位后,将起重机运行到集卡上方,通过安装在起重机端梁上的雷达,扫描出集卡上四个锁头位置,然后通过精定位后将集装箱落到集卡上。
步骤(1)中信息处理中心将数据处理后通过光纤、4G、5G或无线网或其他数据传输方式传输给上位机。
大车机构的两端还安装有激光传感器或视频监控系统或雷达系统,用于判断是否大车运行轨道上是否有障碍物,防止出安全事故。
步骤(1)的三维雷达发射器和接收器安装在堆场的灯柱或起重机上。
本申请的控制方法还包括卸箱过程,所述卸箱过程通过三维雷达成像系统,检测下面的箱子和吊具上的箱子是否放整齐,如果误差大于100mm,重新执行放箱程序。
本实施例的起重机,通过自身设备实现了自动化控制,对堆场的要求大大降低。
上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动化集装箱起重机,其特征在于,包括吊具机构、钢丝绳、主梁、支腿、起重机行驶机构、电气房、司机室,所述起重机行驶机构包括起重机小车机构、起升机构、大车机构,所述钢丝绳分别于与所述吊具机构和所述小车机构连接,工控机模块设置于起重机电气房内,三维雷达模块设置于吊具机构上及所述主梁上,所述起重机控制模块设置在所述起重机电气房和所述起重机司机室上,所述视觉传感模块设置在所述吊具机构上。
2.一种权利要求1的自动化集装箱起重机控制系统,其特征在于,包括工控机模块、三维雷达模块、视觉传感模块和中央控制模块,所述工控机模块分别和三维雷达模块、视觉传感模块以及起重机控制模块连接;所述工控机模块接收中控室发送的当前调度指令,所述当前调度指令包含当前集装箱位置和当前集装箱箱号;所述三维雷达模块用于确定当前起重机位置及集装箱位置;所述工控机模块根据当前集装箱位置和当前起重机位置,计算行驶机构从当前起重机位置到当前集装箱位置的行驶路线;所述起重机控制模块用于根据行驶路线控制起重机的行驶机构移动到集装箱处。
3.根据权利要求2所述的自动化集装箱起重机控制系统,其特征在于,所述三维雷达模块将起重机的行驶机构移动到集装箱处时,采集集装箱的锁孔位置,并将锁孔位置发送至工控机模块,当起重机行驶机构移动到集装箱处,所述视觉传感模块采集集装箱的箱号,并将箱号发送至所述工控机模块,所述工控机模块在判断所述箱号和所述当前集装箱箱号相同时,发送指令信息至所述起重机控制模块,驱动起重机行驶机构,使起重机吊具插入锁孔位置对应的锁孔。
4.一种权利要求2或3的自动化集装箱起重机控制系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)堆场数字化:在堆场或起重机上安装若干三维雷达发射器和接收器,扫描堆场,将扫描后的数据通过三维雷达的信息处理中心进行数据处理,传输给上位机,在上位机上同一坐标系内进行三维成像,将堆场进行数字化处理;
(2)集装箱箱号识别:采用若干个摄像头分别采集集装箱上表面的ID号,进行箱号识别;
(3)三维成像:将步骤(2)中所得到的集装箱箱号和步骤(1)中在上位机上处理得到的集装箱信息一一对应起来,根据集装箱的空间坐标进行三维成像;
(4)粗定位:通过比较目标集装箱和起重机的X、Y、Z坐标,计算出起重机和目标集装箱的距离,将起重机移动到集装箱上方,实现粗定位;
(5)精定位:通过三维雷达扫描目标集装箱和吊具,建立三维立体图像,并提取集装箱锁孔和吊具机构锁头的坐标信息,比较两者之间的坐标差异,通过控制大车机构、小车机构和起升机构,修正吊具机构位置,将吊具落到目标集中箱上,实现自动对箱及抓取;
(6)集卡定位:通过步骤(1)建立的堆场的三维图,将目标集装箱放置到对应集卡的坐标,进行粗定位后,将起重机运行到集卡上方,通过安装在起重机端梁上的雷达,扫描出集卡上四个锁头位置,然后通过精定位后将集装箱落到集卡上。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤(1)中信息处理中心将数据处理后通过光纤、4G、5G或无线网等其它数据传输方式传输给上位机,步骤(1)的三维雷达发射器和接收器安装在堆场的灯柱或起重机上。
6.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,大车机构的两端还安装有激光传感器或视频监控系统或雷达系统。
7.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤(2)采用若干摄像头分别采集集装箱上表面的ID号,通过摄像头捕捉集装箱的箱号图片进行识别,采集图片后再将字符区域分割成单个字符,然后对每一个字符按模板匹配进行逐个识别,然后将摄像头识别出的号码进行比较,并根据集装箱号的校验位进行整体字符校验,校验不正确时,返回字符识别过程,通过修正匹配率或识别可信度最低的字符,使之满足验证条件。
8.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,还包括卸箱过程,所述卸箱过程通过三维雷达成像系统,检测下面的箱子和吊具上的箱子是否放整齐,如果误差大于100mm,重新执行放箱程序。
9.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述步骤(4)的粗定位为:根据箱号识别系统把箱号储存在数据库中,当要取箱时通过触摸屏输入集装箱箱号,系统通过箱号对比数据库得到目标集装箱的三维坐标和起重机的三维坐标,通过比较目标集装箱和起重机的X、Y、Z坐标,计算出起重机和目标集装箱的距离,然后通过控制起重机的大车机构、小车机构,通过安装在提升机构、大车机构、小车机构上的绝对值编码器计算实际运行距离,将起重机移动到集装箱上方,实现粗定位;其中X轴为起重机小车机构运行轨迹,Y轴为起重机大车机构运行轨迹,Z轴为起重机起升机构运行轨迹。
10.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤(4)还包括校准环节,通过机械视觉系统对集装箱箱号进行识别,再与输入箱号进行对比,确保所操作集装箱为目标集装箱。
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CN113415727A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-09-21 | 上海海瞩智能科技有限公司 | 一种集装箱装卸识别安全引导装置和方法 |
CN115480281A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-16 | 南京融才交通科技研究院有限公司 | 一种基于机器视觉的集装箱装卸集卡自动定位系统及方法 |
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2021
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