CN115417314A

CN115417314A - 基于多个单线2d激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法

Info

Publication number: CN115417314A
Application number: CN202210925877.6A
Authority: CN
Inventors: 方胜; 陈东辉; 孙立; 王勇; 付佳; 梅建奎; 王晓磊
Original assignee: TIANJIN PORT ALLIANCE INTERNATIONAL CONTAINER TERMINAL CO Ltd
Current assignee: TIANJIN PORT ALLIANCE INTERNATIONAL CONTAINER TERMINAL CO Ltd
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2022-12-02

Abstract

本发明公开一种基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，是通过在双箱吊具上安装九个单线2D激光雷达，在抓箱前，获取双箱吊具与集装箱在长边与短边的偏差、角度偏差以及两个20尺集装箱之间的距离等数据，然后根据偏差、角度偏差等数据，控制吊具旋转等动作，实现吊具的锁头与集装箱上的对应锁孔能对位，实现对双箱的自动抓箱。本发明可以准确的计算双箱吊具和即将被抓取的两个20尺集装箱相对位置，并控制机构动作从而完成双箱自动抓箱。

Description

基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法

技术领域

本发明涉及双箱吊具抓箱对位技术领域，特别是涉及一种基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法。

背景技术

港口RMG(轨道吊)或者RTG(轮胎式集装箱门式起重机)自动化实施或者改造过程中，当完成了大车(龙门吊行走机构，控制龙门吊整体位置，一般沿着大小贝方向运动)、小车(司机室行走机构，控制司机室及其正下方吊具位置，一般沿着海陆侧方向运动)、起升的基础定位后，最终环节需要控制吊具与集装箱进行精确对位，使吊具上的锁头能够准确的插入集装箱的箱孔中从而完成抓箱操作。传统方式是通过人工来实现吊具和集装箱的精确对位的，不能实现自动化的定位控制，不能满足生产的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，是一种可以准确的计算双箱吊具和即将被抓取的两个20尺集装箱相对位置，并控制机构动作从而完成双箱自动抓箱方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，包括：

将双箱吊具和要抓的集装箱对正，确保双箱吊具的八个锁头能放入两个集装箱的八个角上的箱孔中；

将双箱吊具上升到离集装箱一定高度位置,记录九个单线2D激光雷达扫描仪到集装箱边缘的点的XY平面坐标系下的坐标并将坐标为标准点；

九个单线2D激光雷达扫描仪分别用于测量两个要抓取的20尺集装箱在大车方向的间距、两个要抓取的20尺集装箱在小车方向的偏差和角度偏差，双箱吊具与要抓取的集装箱在大车方向的偏差；

根据所述标准点，选择确定每个单线2D激光雷达扫描仪在各自坐标系下对应的搜索区域；

抓箱前，将各个扫描仪在搜索区域内的扫描点聚合和过滤，根据位置关系得到每个单线2D激光雷达扫描仪扫描到集装箱的边缘在各自雷达坐标系下的实时坐标，并计算X方向上每个实时坐标与对应的标准点间的相对偏差；

根据所述相对偏差判断出双箱吊具和集装箱的位置存在角度偏差时，计算出双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差，根据所述角度偏差，控制机构旋转消除双向吊具和要抓取的集装箱间的角度偏差；

消除角度偏差后，再扫描得到集装箱的两短边与标准点在X方向的偏差，计算小车方向的偏差与大车方向的偏差，通过吊具机构控制双箱吊具按照小车方向的偏差与大车方向的偏差移动，使双箱吊具和要抓取的集装箱在角度方向和小车方向对齐；

测量双箱吊具下的两个集装箱的当前距离并与标准距离相减，得到吊具中锁需要调节的距离，并根据需要调节的距离对吊具中锁的距离调节；

验证中锁在小车方向上是否和双箱吊具下方被抓的两个集装箱之间的偏差是否在允许的范围内，如在则抓箱，否则转手工或单箱操作。

其中，所述九个单线2D激光雷达扫描仪中的1号扫描仪、4号扫描仪对称安装于双箱吊具的相对布置一个短边的内侧，2号扫描仪、3号扫描仪对称安装于双箱吊具的相对布置另一个短边的内侧，每个短边上所布置两个扫描仪是以长度方向的连接板的轴线对称且以双箱吊具沿宽度方向的对称线对称，5号扫描仪、6号扫描仪布置在短边的外侧居中位置，7号扫描仪、8号扫描仪中心对称且分别布置于1号扫描仪与2号扫描仪之间近双箱吊具沿宽度方向的对称线的两侧，且分别位于双箱吊具长宽度方向的对称线的外侧，9号扫描仪与7号扫描仪位于双箱吊具长宽度方向的同一侧且分别位于双箱吊具沿宽度方向的对称线的两侧。

其中，根据7号扫描仪、8号扫描仪采集的数据与标准点对应的数据，计算双箱吊具右边与集装箱的位置偏差，验证中锁在小车方向上是否和吊具下方将被抓的两个集装箱之间的偏差是否在允许的范围内。

其中，根据9号扫描仪计算测量双箱吊具下的两个集装箱的当前距离，得到吊具中锁需要调节的距离，并根据需要调节的距离对吊具中锁的距离调节。

其中，根据5号扫描仪、6号扫描测量大车方向的偏差，吊具消除角度偏差后大车方向的偏差为Diffb＝(D5’+D6’)/2，D5’、D6’为控制机构旋转，消除双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差后，5号扫描仪、6号扫描测量扫描到的双向吊具及要抓取的集装箱与标准点的偏差。

其中，根据1号扫描仪、2号扫描仪、3号扫描仪、4号扫描仪测量小车方向的偏差及角度偏差，通过Sinβ＝(Ds-Db)*2/L计算出双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差β，L为1号扫描仪和2号扫描仪的安装距离，即沿双箱吊具长度方向的距离，Ds＝(D1+D4)/2为双箱吊具的左边与集装箱左侧短边在吊具消除角度偏差前的位置偏差，Db＝(D2+D3)/2为双箱吊具的右边与集装箱右侧短边在吊具消除角度偏差前的位置偏差。

其中，所述双箱吊具消除角度偏后的小车偏差为Diffs＝(Ds’+Db’)/2，其中Ds’＝(D1’+D4’)/2，Db’＝(D2’+D3’)/2；D1’、D2’、D3’、D4’为控制机构旋转，消除双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差后，1号扫描仪、2号扫描仪，3号扫描仪，4号扫描仪各自测量扫描到的双向吊具及要抓取的集装箱与标准点的偏差。

本发明能准确的计算双箱吊具和即将被抓取的两个20尺集装箱相对位置，并控制机构动作，从而完成双箱的自动抓箱。

附图说明

图1是本发明的多个单线2D激光雷达(扫描仪)融合的双箱吊具抓箱对位方法的流程图。

图2是本发明的双箱吊具上扫描仪的安装位置示意图。

图3是本发明的双箱吊具上的扫描仪进行扫描测量对应数据的示意图。

图4是是本发明的双箱吊具上的扫描仪进行扫描测量对应数据的另一示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的基于多个单线2D激光雷达(扫描仪)融合的双箱吊具抓箱对位方法，是通过在双箱吊具上安装九个单线2D激光雷达，在抓箱前，获取双箱吊具与集装箱在长边、短边、角度偏差以及两个20尺集装箱之间的距离等数据，然后根据偏差，角度偏差等数据，控制吊具旋转等动作，实现吊具的锁头与集装箱上的对应锁孔能对位，实现对双箱的自动抓箱。

示例性的，为实现吊具与集装箱的对位，需要得到双箱吊具与集装箱在长边、短边、角度偏差以及两个20尺集装箱之间的距离，需要在吊具的每个角上安装9个单线雷达来实现相应数据的测量，

具体安装如图2所示，双箱吊具10整体呈工字型，左边与右边为短边，每个短边的内侧安装一个扫描仪，按顺时针方向分别为过1号扫描仪、2号扫描仪、3号扫描仪、4号扫描仪，通过1号扫描仪、2号扫描仪、3号扫描仪、4号扫描仪、7号扫描仪(位于1号扫描仪、2号扫描仪之间且近两个20尺集装箱20的一个集装箱的一个角的位置)、8号扫描仪(位于3号扫描仪、4号扫描仪之间且近两个20尺集装箱另一个集装箱的对角布置的另一个角的位置)，计算吊具与要抓取的集装箱在小车方向的偏差和角度偏差，通过位于两个短边外侧的5号扫描仪、6号号扫描仪来计算吊具与要抓取的集装箱在大车方向的偏差，通过位于宽度方向近中间位置的9号扫描仪来测量计算两个20尺集装箱20之间的距离，9号扫描仪同时得到两个集装箱上的各一个位置的坐标数据，以计算测量计算两个20尺集装箱20之间的距离。

具体步骤如下：

S1.将双箱吊具和要抓的集装箱对正，确保吊具的八个锁头能正常没有刮擦的放入2个集装箱的8个角上的箱孔中。

S2.将双箱吊具上升到离集装箱高30CM的地方,记录此时9个雷达扫描到集装箱边缘的点,9个雷达在各自的XY平面坐标系下的点为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)、(x5,y5)、(x6,y6)、(x7,y7)、(x8,y8)、(x91,y91)、(x92,y92)作为标准点，其中x为扫描方向，决定水平方向的偏差，y为吊具离集装箱的距离方向，用于确定雷达的扫描区域的搜索范围,如图3所示：

S3.当有位置偏差的时候，雷达扫描到的箱子的边缘位置的图像如图4所示；

S3.1位置偏差及计算

根据所述标准点，选择确定每个扫描仪在各自坐标系下对应的搜索区域，以减少搜索范围。将在搜索区域内的扫描点进行聚合和过滤，根据位置关系得到此时扫描仪扫描到箱子的边缘，在各自雷达坐标系下的坐标为(x1’,y1’)、(x2’,y2’)、(x3’,y3’)、(x4’,y4’)、(x5’,y5’)、(x6’,y6’)、(x7’,y7’)、(x8’,y8’)、(x91’,y91’)、(x92’,y92’)。

由图3和图4得到每个位置在各自雷达坐标系下的坐标与标准点的相对偏差为:D1＝|x1-x1’|、D2＝|x2-x2’|、D3＝|x3-x3’|、D4＝|x4-x4’|、D5＝|x5-x5’|、D6＝|x6-x6’|、D7＝|x7-x7’|、D8＝|x8-x8’|、D91＝|x91-x91’|、D92＝|x92-x92’|。

S3.2计算角度

当吊具相对于集装箱在左侧和右侧的位置偏差不相等，则说明吊具和集装箱的位置存在角度偏差。

设1号扫描仪和2号扫描仪的安装距离为L，吊具的左边与集装箱短边的位置偏差为Ds＝(D1+D4)/2，吊具的右边与集装箱短边的位置偏差为Db＝(D2+D3)/2，吊具与要抓取的集装箱的角度偏差为β，由于两个扫描仪安装距离和单线雷达旋转扫描造成的距离差较小,可忽略不记。则Sinβ＝(Ds-Db)*2/L，从而计算出吊具和要抓取的集装箱的角度偏差β。

计算出角度偏差后，控制机构旋转，消除吊具和要抓取的集装箱的角度偏差。

S3.3计算小车方向的整体偏差

通过3.2计算出吊具和要抓取的集装箱的角度偏差，控制机构旋转，消除吊具和要抓取的集装箱的角度偏差后，此时扫描仪扫描到的吊具和要抓取的集装箱与标准点的偏差为D1’、D2’、D3’、D4’、D5’、D6’。

小车方向的偏差Diffs＝(Ds’+Db’)/2，Ds’＝(D1’+D4’)/2，Db’＝(D2’+D3’)/2；

大车方向的偏差为Diffb＝(D5’+D6’)/2。

得到上述的小车方向以及大车方向的偏差后，通过吊具机构控制吊具按照偏差移动，使吊具和要抓取的集装箱在角度方向和小车方向对齐。

S3.4.执行3.3小车方向和角度方向对齐后，通过9号雷达测到两个20尺集装箱在大车方向的间距，即双箱吊具下的两个集装箱的当前距离为Diff2CntDist＝ABS(X92’-X91’)，双箱吊具下的两个集装箱的标准距离为Std2CntDist，需要调节的距离为Adj2CntDist＝Diff2CntDist-Std2CntDist；

按照计算到的需要调节的距离Adj2CntDist对吊具中锁之间的距离调节，使吊具中锁之间的距离和吊具下的两个集装箱间的距离保持一致。

S3.5.验证中锁在小车方向上是否和吊具下方将被抓的两个集装箱之间的偏差是否在允许的范围内，如在则抓箱，否则提示转手工或单箱操作。

其中，吊具右边与集装箱的位置偏差为D7＝|x7-x7’|，吊具左边与集装箱的位置偏差为D8＝|x8-x8’|，当D7和D8均在允许的范围内时，则说明对位OK，吊具可以抓箱。如不在范围内，则提示转手工或单箱操作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，包括：

抓箱前，将各个扫描仪在搜索区域内的扫描点聚合和过滤，根据位置关系得到每个单线2D激光雷达扫描仪扫描到集装箱的边缘在各自雷达坐标系下的实时坐标，计算X方向上每个实时坐标与对应的标准点间的相对偏差；

2.根据权利要求1所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，所述九个单线2D激光雷达扫描仪中的1号扫描仪、4号扫描仪对称安装于双箱吊具的相对布置一个短边的内侧，2号扫描仪、3号扫描仪对称安装于双箱吊具的相对布置另一个短边的内侧，每个短边上所布置两个扫描仪是以长度方向的连接板的轴线对称且以双箱吊具沿宽度方向的对称线对称，5号扫描仪、6号扫描仪布置在短边的外侧居中位置，7号扫描仪、8号扫描仪中心对称且分别布置于1号扫描仪与2号扫描仪之间近双箱吊具沿宽度方向的对称线的两侧，且分别位于双箱吊具长宽度方向的对称线的外侧，9号扫描仪与7号扫描仪位于双箱吊具长宽度方向的同一侧且分别位于双箱吊具沿宽度方向的对称线的两侧。

3.根据权利要求2所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，根据7号扫描仪、8号扫描仪采集的数据与标准点对应的数据，计算双箱吊具右边与集装箱的位置偏差，验证中锁在小车方向上是否和吊具下方将被抓的两个集装箱之间的偏差是否在允许的范围内。

4.根据权利要求2所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，根据9号扫描仪计算测量双箱吊具下的两个集装箱的当前距离，得到吊具中锁需要调节的距离，并根据需要调节的距离对吊具中锁的距离调节。

5.根据权利要求2所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，根据5号扫描仪、6号扫描测量大车方向的偏差，吊具消除角度偏差后大车方向的偏差为Diffb＝(D5’+D6’)/2，D5’、D6’为控制机构旋转，消除双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差后，5号扫描仪、6号扫描测量扫描到的双向吊具及要抓取的集装箱与标准点的偏差。

6.根据权利要求2所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，根据1号扫描仪、2号扫描仪、3号扫描仪、4号扫描仪测量小车方向的偏差及角度偏差，通过Sinβ＝(Ds-Db)*2/L计算出双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差β，L为1号扫描仪和2号扫描仪的安装距离，即沿双箱吊具长度方向的距离，Ds＝(D1+D4)/2为双箱吊具的左边与集装箱左侧短边在吊具消除角度偏差前的位置偏差，Db＝(D2+D3)/2为双箱吊具的右边与集装箱右侧短边在吊具消除角度偏差前的位置偏差。

7.根据权利要求2所述基于多个单线2D激光雷达融合的双箱吊具抓箱对位方法，其特征在于，所述双箱吊具消除角度偏后的小车偏差为Diffs＝(Ds’+Db’)/2，其中Ds’＝(D1’+D4’)/2，Db’＝(D2’+D3’)/2；D1’、D2’、D3’、D4’为控制机构旋转，消除双箱吊具和要抓取的集装箱的角度偏差后，1号扫描仪、2号扫描仪，3号扫描仪，4号扫描仪各自测量扫描到的双向吊具及要抓取的集装箱与标准点的偏差。