CN208279212U - 用于轨道吊的激光防撞检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于轨道吊的激光防撞检测系统,包括轨道吊及其门腿和轮胎，其特征是：所述轨道吊连接有激光防撞检测装置，激光防撞检测装置包括支架、激光扫描仪，支架安装在轨道吊的门腿轮胎上方，激光扫描仪沿垂直方向安装在支架上，激光束的正前下方部分扫在地面上，正前上方部分射向空中，正后方部分扫在轨道吊的门腿上，激光扫描仪与交换机、工业控制器依次连接，工业控制器分别与报警器和刹车控制器连接。有益效果：通过在轨道吊的门腿轮胎上方垂直挂载多线激光扫描仪，密集扫描该门腿轮胎所在的车道线内的前方地面，实现对前方地面的车道线检测，车道线内前方地面上的障碍物检测，实现轨道吊自动行走防撞。
Description
技术领域
本实用新型属于安全装置领域，尤其涉及一种用于轨道吊的激光防撞检测系统.
背景技术
随着国家节能减排政策的普遍推广，轨道吊由于其较好的节能效果、零排放以及便于实现自动化的特点，轨道吊的作业方式目前已经得到越来越多港口企业的认可。同时，为了使港口码头堆场作业更为高效、安全，其监控技术、网络技术也在不断发展并逐渐成熟，轨道吊设备已具备全自动化的软硬件基础。现有技术通常使用单线激光雷达，对轨道吊门腿的周围环境进行水平扫描，仅可检测高度大于激光雷达悬挂高度的障碍物，而对高度低于悬挂高度的障碍物则无法检测。实际中，激光雷达通常悬挂高度在离地面1m处，因此无法检测到高度低于1m的障碍物。如在实习作业中，某些情况下会遇到工人坐卧在轨道吊行走车道内休息的现象，采用现有的激光防撞技术，无法检测到坐卧的工人，从而导致人员伤亡危险。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于轨道吊的激光防撞检测系统，实现了对轨道吊前方地面车道线及车道线内前方地面上的障碍物检测，也可以实现后方车道线及车道线内后方地面上的障碍物检测。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种用于轨道吊的激光防撞检测系统,包括轨道吊及其门腿和轮胎，其特征是：所述轨道吊连接有激光防撞检测装置，所述激光防撞检测装置包括支架、激光扫描仪、交换机、工业控制器、报警器和刹车控制器，所述支架安装在轨道吊的门腿轮胎上方，激光扫描仪沿垂直方向安装在支架上，激光扫描仪的旋转轴与轨道吊横梁平行，激光扫描仪通过内部机械旋转进行360°扫描，激光束的正前下方部分扫在地面上，正前上方部分射向空中，正后方部分扫在轨道吊的门腿上，所述激光扫描仪与交换机连接，交换机与工业控制器连接，工业控制器分别与报警器和刹车控制器连接。
所述激光扫描仪采用多线激光扫描仪，优选采用16线激光扫描仪。
所述激光扫描仪扫射到前方地面的激光线构成双曲线型扫描线，激光扫描仪悬挂高度为离地面2m-3m；激光线覆盖单侧轨道吊前方车道的宽度不小于2m。
所述激光扫描仪每旋转一周产生一帧点云数据，使用RANSAC算法分析地面平整性，通过设定高度属性阈值滤波得到障碍物点云，同时计算障碍物的大小和距离。
所述激光扫描仪选取障碍物检测区域为轨道吊门腿轮胎两侧的车道标识线范围内。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型用于港口、码头轨道吊的自动行走防撞，尤其适合轨道吊吊运集装箱行走的全自动化作业。通过在轨道吊门腿轮胎上方垂直挂载多线激光扫描仪，密集扫描该门腿轮胎所在车道内的前方地面，实现对前方地面的车道线检测，车道线内前方地面上的障碍物检测，利用了激光在旋转方向上数据的高密度特性，能更准确有效地检测到轨道吊前进方向上的车道标识线及地面上的障碍物，实现轨道吊自动行走防撞，极大程度上消除了安全隐患，有效提高港口码头轨道吊吊运集装箱行走的全自动化作业。
附图说明
图1是本实用新型结构连接框图；
图2是激光扫描仪安装位置示意图；
图3是本实用新型的工作流程图。
图4是本实用新型的测试效果截图。
图中：1、轨道吊，2、门腿，3、轮胎，4、支架，5、激光扫描仪。
A、车道边界，B、激光传感器获得数据，C、车道内监视区域，D、车道内障碍物。
具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：
详见附图，本实施例提供了一种用于轨道吊的激光防撞检测系统,包括轨道吊1及其门腿2和轮胎3，所述轨道吊连接有激光防撞检测装置，所述激光防撞检测装置包括支架4、激光扫描仪5、交换机、工业控制器、报警器和刹车控制器，所述支架安装在轨道吊的门腿轮胎上方，激光扫描仪沿垂直方向安装在支架上，激光扫描仪的旋转轴与轨道吊横梁平行，激光扫描仪通过机械旋转进行360°扫描，激光束的正前下方部分扫在地面上，正前上方部分射向空中，正后方部分扫在轨道吊的门腿上，其中，只采集正前下方部分扫射在地面上的激光束反射回来的数据，用于轨道吊行驶区域内的车道线检测以及车道线内地面上的障碍物检测。激光扫描仪在扫描到前方地面上的车道线标识时，利用激光对车道线材质的高反射特性，通过激光反射回来的数据点云中对地面和对车道线上各点的反射率不同，设定阈值进行滤波，确定激光数据点云中位于车道线上的点，进而检测出轨道吊前方的车道标识线。
所述激光扫描仪与交换机连接，交换机与工业控制器连接，工业控制器分别与报警器和刹车控制器连接。所述激光扫描仪采用多线激光扫描仪，本实施例优选采用16线激光扫描仪。所述激光扫描仪扫射到前方地面的激光线构成双曲线型扫描线，16条激光线的原始间距为2°，16条双曲线的分布位置由激光扫描仪悬挂在轨道吊门腿轮胎上方的高度决定。激光扫描仪悬挂高度为离地面2m-3m；激光线覆盖单侧轨道吊前方车道的宽度为2m。
所述交换机、工业控制器、报警器和刹车控制器与轨道吊的其他控制系统一同存放在轨道吊上的设备间内。
所述交换机用于将激光扫描仪采集得到的数据传输给工业控制器。所述工业控制器用于实现障碍物检测并输出障碍物的大小和位置信号。所述报警器和刹车控制器在接收到障碍物信号时，报警器产生报警信号驱离障碍物，刹车控制器控制轨道吊减速刹车。所述激光扫描仪根据车道标识线位置选取障碍物检测区域，忽略车道标识线外的障碍物。
检测原理
激光扫描仪沿垂直方向挂载在支架上，激光扫描仪的旋转轴和轨道吊横梁平行。激光扫描仪的中心距离地面记为y0米，水平地面的平面方程记为(n0^T,d0)，16线激光束扫射到地面发生反射，形成双曲线型的扫描线。激光扫描仪以10Hz的频率进行360°旋转，每旋转一周产生一帧点云数据。
说明：这里n0^T，T表示n0的转置
设定，激光束朝向轨道吊车道方向的扫描区域的起始和终止角度为 (a，b)，在每一帧点云数据中，取出方向角位于(a，b)之间的点云，用于前方障碍物检测。
使用RANSAC方法，在取出的点云中进行平面拟合检测地面，得到(nT, d)。若拟合平面到激光中心距离y，使得|d-d0|>0.3m或夹角(n,n0)>5°，则认为寻找地面失败，系统报错。
成功检测到地面(n,d)之后，对于取出的点云中的点x，若|nTx+d| <5cm，则认为该点是地面上的反射点，反之认为该点是地面上障碍物的反射点。
设定，激光束中心点在地面的投影点为p，取地面上最近的异物点x'， |x'-p|为最近障碍物到轨道吊的距离。若该距离大于安全距离，轨道吊正常行走。若该距离小于安全距离，则给出刹车或减速指令。
工作过程
实施例
以实际安装VLP16激光扫描仪的防撞检测系统为例，激光扫描仪竖直挂载于轨道吊的门腿轮胎上方，距离地面高度为2m-3m。VLP16激光扫描仪共16条激光扫描线同时扫描，每条激光线之间的角分辨率为2°，采样频率为10Hz。首先在激光防撞检测的软件系统中，设定VLP16激光扫描仪的挂载高度。在轨道吊前进过程中，VLP16激光扫描仪扫描该门腿轮胎所在的前方地面，利用激光对车道线材质的高反射特性，检测出前方地面上位于轨道吊门腿轮胎两侧的车道标识线，同时检测出两条车道标识线范围内的地面障碍物，记录最近的障碍物到轨道吊轮胎的距离。若该距离大于安全距离，则轨道吊正常行走；若该距离小于安全距离，则控制轨道吊减速刹车，同时报警器产生报警信号驱离障碍物。
测试效果
详见附图4，图中的车道边界A，激光扫描仪获得数据B，车道内监视区域C。车道内障碍物D、参考车道线长度为20m。
附图4中，三处检测到障碍物依次为：
1)15m处的行人D1；
2)10m处放倒在地上的梯子D2，高度约10cm；
3)8m处地上的书包D3。
测试结果表明：在轨道吊前方25m内可有效检测直立的行人；前方20m 内可有效检测高度约30cm的障碍物；前方10m内可有效检测躺下的工人(高度约10cm)。
上述参照实施例对该一种用于轨道吊的激光防撞检测系统进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于轨道吊的激光防撞检测系统,包括轨道吊及其门腿和轮胎，其特征是：所述轨道吊连接有激光防撞检测装置，所述激光防撞检测装置包括支架、激光扫描仪、交换机、工业控制器、报警器和刹车控制器，所述支架安装在轨道吊的门腿轮胎上方，激光扫描仪沿垂直方向安装在支架上，激光扫描仪的旋转轴与轨道吊横梁平行，激光扫描仪通过内部机械旋转进行360°扫描，激光束的正前下方部分扫在地面上，正前上方部分射向空中，正后方部分扫在轨道吊的门腿上，所述激光扫描仪与交换机连接，交换机与工业控制器连接，工业控制器分别与报警器和刹车控制器连接。
2.根据权利要求1所述的用于轨道吊的激光防撞检测系统,其特征是：所述激光扫描仪采用16线激光扫描仪。
3.根据权利要求1或2所述的用于轨道吊的激光防撞检测系统,其特征是：所述激光扫描仪扫射到前方地面的激光线构成双曲线型扫描线，激光扫描仪悬挂高度为离地面2m-3m；激光线覆盖单侧轨道吊前方车道的宽度不小于2m。
4.根据权利要求3所述的用于轨道吊的激光防撞检测系统,其特征是：所述激光扫描仪每旋转一周产生一帧点云数据，使用RANSAC算法分析地面平整性，通过设定高度属性阈值滤波得到障碍物点云，同时计算障碍物的大小和距离。
5.根据权利要求4所述的用于轨道吊的激光防撞检测系统,其特征是：所述激光扫描仪选取障碍物检测区域为轨道吊门腿轮胎两侧的车道标识线范围内。
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