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一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)、三維激光掃描模塊、目標輪廓處理模塊及ARMG運動控制器組成；同時公開了利用該系統(tǒng)進行集裝箱分布輪廓和位置檢測的方法，該方法采用了三維空間激光掃描，檢測速度快，檢測精度高，克服了以往激光單點掃描或線掃描的根本缺陷；生成的集裝箱定位位置誤差信號，輸出給ARMG的運動控制器，自動控制ARMG的吊具、小車、大車等運動機構(gòu)，實現(xiàn)ARMG堆箱和抓箱的精準控制，生成的集裝箱定位位置誤差信號也同時可輸出給智能化碼頭的中央監(jiān)控系統(tǒng)，用于對ARMG裝卸箱的遠程監(jiān)控；實現(xiàn)集裝箱裝卸過程的精準對箱和著箱，提高裝卸箱效率，減少裝卸箱碰撞事故的發(fā)生。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種專用于集裝箱分布輪廓和位置智 能化檢測系統(tǒng)及方法。 一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)及方法

【背景技術(shù)】
[0002] 新一代大型智能化集裝箱碼頭可實現(xiàn)無人值守的全自動化集裝箱裝卸運輸，可極 大提高集裝箱港口的裝卸運輸效率在集裝箱裝卸運輸過程中，無論是碼頭堆場的全自動軌 道吊（ARMG，Automated Rail Mounted Gantry crane)，還是碼頭前沿的集裝箱岸橋（QC， Quay)，在集裝箱裝卸過程中，堆場或者船舶的集裝箱分布輪廓和位置檢測是實現(xiàn)集裝箱碼 頭全自動化高效裝卸的核心技術(shù)之一；通過集裝箱分布輪廓和位置的自動精確檢測，實現(xiàn) ARMG (或QC)堆箱和抓箱的自動精準控制，同時也實現(xiàn)堆箱/抓箱作業(yè)過程中的自動防撞；
[0003] 中國專利201210035473. 6公開了一種港口集裝箱定位裝置，在岸橋吊具上安裝 激光脈沖測長器，獲得垂直于吊具的地面集裝箱卡車位置偏差信息，在岸橋司機室顯示集 卡距定位線最小距離值，從而輔助司機一次起車操作實現(xiàn)集裝箱卡車定位；這種集裝箱激 光定位裝置由于是單點掃描，獲得的集裝箱定位信息僅僅是幾個（二個或四個）給定著箱 點位置的垂直距離，檢測點過少，檢測精度不高，因此不能應(yīng)用于自動化裝卸；僅作為司機 的作業(yè)參考，著箱過程還必須通過司機操作岸橋，或發(fā)出要求集裝箱卡車前進、后退、左轉(zhuǎn)、 右轉(zhuǎn)或停止的行駛指令；
[0004] 中國專利200710169094. 5公開了一種基于機器視覺的雙集裝箱定位系統(tǒng)，采用 高分辨相機獲得集裝箱或集卡圖像，從圖像中提取集裝箱下抓點的圖像坐標，通過模式識 別方法實現(xiàn)雙集裝箱定位；這種二維光學(xué)圖像識別方法的主要缺點是不能確定垂直方向上 的空間距離，且受環(huán)境影響較大，當光線陰暗時，圖像模糊不清，因此不能應(yīng)用于自動化裝 卸，也必須通過司機操作岸橋，或發(fā)出要求集裝箱卡車的行駛指令；
[0005] 以上對比文件都為采用三維空間激光掃描，檢測速度慢，檢測精度差；同時，存在 激光單點掃描或線掃描的根本缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的集裝箱裝卸過程的輪廓和位置 智能化檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效地通過中央控制系統(tǒng)對ARMG (或QC)裝卸箱的遠程監(jiān)控及 控制；該系統(tǒng)能夠有效地提高裝卸箱的檢測速度，提升裝卸箱的檢測精度；另外，本發(fā)明還 提供一種利用該裝置進行檢測的方法，該方法操作簡單，該方法能夠輔助司機實現(xiàn)集裝箱 裝卸過程的精準對箱及著箱，提高裝卸箱的效率；提高裝卸箱的檢測速度，提升裝卸箱的檢 測精度；
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0008] -種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括中央控制系 統(tǒng)、三維激光掃描模塊、目標輪廓處理模塊及ARMG運動控制器；所述三維激光掃描模塊與 目標輪廓處理模塊相連接；所述目標輪廓處理模塊分別與中央控制系統(tǒng)、ARMG運動控制器 相連接；
[0009] 其中，所述中央控制系統(tǒng)用于對集裝箱的裝卸過程進行遠程監(jiān)控及控制；
[0010] 所述三維激光掃描模塊用于對集裝箱的堆垛進行快速連續(xù)的三維立體掃描，并將 掃描到的信息輸送給目標輪廓處理模塊；
[0011] 所述目標輪廓處理模塊將三維激光描述模塊輸出的信息進行過濾后生成輪廓圖 形、進行集裝箱位置計算，將所處理后的信息輸送給中央控制系統(tǒng)，同時接收中央控制系統(tǒng) 的集裝箱裝卸調(diào)度控制指令，并將該控制命令輸出給ARMG運動控制器；
[0012] 所述AIMG運動控制器接收集裝箱裝卸調(diào)度控制指令后，控制AIMG小車進行集裝 箱的裝卸；
[0013] 進一步改進，所述三維激光掃描模塊包括1#掃描頭、2#掃描頭、掃描參數(shù)設(shè)定單 元、GPS信號接口及掃描數(shù)據(jù)輸出單元；所述1#掃描頭與2#掃描頭對稱設(shè)置；所述掃描參 數(shù)設(shè)定單元分別與1#掃描頭、2#掃描頭相連接，掃描參數(shù)設(shè)定單元用于對整個掃描區(qū)域的 參數(shù)進行設(shè)置；所述掃描參數(shù)設(shè)定單元與GPS信號接口相連接，通過GPS對ARMG的初始位 置、起升高度進行自動設(shè)置；所述1#掃描頭、2#掃描頭還分別與掃描數(shù)據(jù)輸出單元相連接， 將所掃描到的三維信息輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單元進行輸出；所述掃描數(shù)據(jù)輸出單元與目標 輪廓處理模塊相連接，將其接收的掃描數(shù)據(jù)信息輸送給目標輪廓處理模塊；
[0014] 進一步改進，所述目標輪廓處理模塊包括圖形數(shù)據(jù)過濾單元、目標輪廓生成單元 及位置誤差計算單元；所述圖形數(shù)據(jù)過濾單元分別與三維激光掃描模塊、目標輪廓生成單 元相連接，接收三維激光掃描模塊輸出的圖形信息，并對相關(guān)噪音、雜散色信息進行過濾 后，輸送給目標輪廓生成單元；所述目標輪廓生成單元分別與中央控制系統(tǒng)、位置誤差計算 單元相連接，將從圖形數(shù)據(jù)過濾單元中接收的信號生成輪廓圖形信息，并將該信息分別輸 送給中央控制系統(tǒng)及位置誤差計算單元；所述位置誤差計算單元還分別與中央控制系統(tǒng)、 ARMG運動控制器相連接，將從目標輪廓生成單元接收的輪廓信息進行處理，得到目標的輪 廓的橫向、縱向的位置誤差，并分別將該誤差信號輸送給中央控制系統(tǒng)及ARMG運動控制 器；
[0015] 本發(fā)明還提供一種利用上述檢測系統(tǒng)進行集裝箱裝卸過程中輪廓及位置的檢測 方法，具體步驟如下：
[0016] 第一步、將三維激光掃描模塊中1#掃描頭、2#掃描頭對稱安裝在ARMG小車上，設(shè) 定堆箱的偏移域值ε L和ε Η ;
[0017] 第二步、三維激光掃描模塊對集裝箱的堆垛進行三維立體掃描，并將掃描到的三 維立體空間信息暫存后輸送給目標輪廓處理模塊進行處理；
[0018] 第三步、目標輪廓處理模塊將接收到的三維空間信息進行噪音、雜散色過濾后， 生成輪廓圖形，并進行誤差計算后，分別將圖像信息、位置誤差信息輸送給中央控制系統(tǒng)、 ARMG運動控制器；
[0019] 第四步、中央控制系統(tǒng)接收圖像信息、位置誤差信息后，發(fā)出實時監(jiān)控及控制指 令，并將命令反饋給目標輪廓處理模塊；
[0020] 第五步、目標輪廓處理模塊接收中央控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令后，將該控制指令 輸送給ARMG運動控制器，
[0021] 第六步、ARMG運動控制器將位置誤差信息與設(shè)定的堆箱偏移域值ε L和ε Η進行 比較，并根據(jù)比較結(jié)果及時調(diào)整ARMG小車及ARMG小車上的吊具動作，實現(xiàn)準確糾偏；
[0022] 進一步改進，在步驟二中，具體的操作過程如下：
[0023] A、通過三維激光掃描模塊中的掃描參數(shù)設(shè)定單元對ARMG小車的初始位置、起升 高度、集裝箱的箱體尺寸及三維掃描區(qū)域的相關(guān)基本參數(shù)進行設(shè)置；
[0024] B、ARMG小車移動，1#掃描頭、2#掃描頭對集裝箱的堆垛進行三維立體掃描，并將 掃描到到三維空間信號數(shù)據(jù)輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單元；
[0025] C、掃描數(shù)據(jù)輸出單元將所接收的三維空間信號進行存儲并輸送給目標輪廓處理 模塊進行處理；
[0026] 進一步改進，在步驟三中，具體的操作過程如下：
[0027] a、目標輪廓處理模塊通過其內(nèi)部的圖形數(shù)據(jù)過濾單元將接收到的箱區(qū)目標堆垛 的三維圖像進行預(yù)處理，對與圖像不相關(guān)的各種噪聲和雜散色進行濾波處理，并將經(jīng)濾波 處理后的目標堆垛圖像送給目標輪廓生成單元作進一步處理；
[0028] b、從圖形數(shù)據(jù)過濾單元獲得的目標堆垛圖像，去除目標堆垛背景色，提取到目標 堆垛下的集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置^(箱頂縱向邊緣線）和橫向邊緣位置E H(箱頂橫向 邊緣線），從而獲得目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓；根據(jù)三維圖像的立體透視原理，確定目 標堆垛下集裝箱箱頂距激光掃描頭的距離，從而獲得目標堆垛高度；目標輪廓生成單元將 目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓，以及提取到的集裝箱箱頂?shù)倪吘壩恢茫?和E H)送給位置誤 差計算單元作進一步處理；
[0029] c、位置誤差計算單元接收到目標輪廓生成單元送出的目標堆垛下的集裝箱箱頂 輪廓信號數(shù)據(jù)，以及集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置^(箱頂縱向邊緣線）和橫向邊緣位置 EH(箱頂橫向邊緣線）；并將此邊緣信息與ARMG(或QC)小車吊具的縱向邊緣位置(吊具 縱向邊緣線）和橫向邊緣位置D H(吊具縱向邊緣線）相比較，計算出目標堆垛下ARMG(或 QC)堆箱或抓箱的縱向和橫向位置誤差A(yù)L = 和ΛΗ = EH_DH ;生成的位置誤差信號 Λ L和Λ H，輸出給ARMG的運動控制器，并同時輸出給集裝箱碼頭的中央控制系統(tǒng)，對ARMG 裝卸箱的遠程監(jiān)控；
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明用于智能化集裝箱 碼頭堆場的全自動軌道吊（ARMG)或用于碼頭前沿的集裝箱岸橋（QC)的集裝箱分布輪廓和 位置檢測方法，采用了三維空間激光掃描，檢測速度快，檢測精度高，克服了以往激光單點 掃描或線掃描的根本缺陷；生成的集裝箱定位位置誤差信號，輸出給ARMG(或QC)的運動 控制器，自動控制ARMG(或QC)的吊具、小車、大車等運動機構(gòu)，實現(xiàn)ARMG(或QC)堆箱和抓 箱的精準控制；生成的集裝箱定位位置誤差信號也同時可輸出給智能化碼頭的中央監(jiān)控系 統(tǒng)，用于對ARMG (或QC)裝卸箱的遠程監(jiān)控；這種方法也可以應(yīng)用于普通集裝箱碼頭堆場 的場地吊（RTG)，可以輔助作業(yè)司機實現(xiàn)集裝箱裝卸過程的精準對箱和著箱，提高裝卸箱效 率，減少裝卸箱碰撞事故的發(fā)生；本發(fā)明也適用于鐵路、公路等大型物流運輸倉庫、堆場的 運輸貨品分布輪廓與定位檢測，實現(xiàn)高效、安全的倉儲物流智能化自動搬運與堆存。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明的工作過程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的裝箱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖4是本發(fā)明的抓箱結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0036] 如圖1所示，一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括 中央控制系統(tǒng)300、三維激光掃描模塊100、目標輪廓處理模塊200及ARMG運動控制器400 ; 所述三維激光掃描模塊100與目標輪廓處理模塊200相連接；所述目標輪廓處理模塊200 分別與中央控制系統(tǒng)300、ARMG運動控制器400相連接；其中，所述中央控制系統(tǒng)300用于 對集裝箱的裝卸過程進行遠程監(jiān)控及控制；所述三維激光掃描模塊100用于對集裝箱的堆 垛進行快速連續(xù)的三維立體掃描，并將掃描到的信息輸送給目標輪廓處理模塊200;所述 目標輪廓處理模塊200將三維激光描述模塊輸出的信息進行過濾后生成輪廓圖形、進行集 裝箱位置計算，將所處理后的信息輸送給中央控制系統(tǒng)300,同時接收中央控制系統(tǒng)300的 集裝箱裝卸調(diào)度控制指令，并將該控制命令輸出給ARMG運動控制器400 ;所述ARMG運動控 制器400接收集裝箱裝卸調(diào)度控制指令后，控制ARMG小車進行集裝箱的裝卸；
[0037] 進一步的，所述三維激光掃描模塊100包括1#掃描頭104、2#掃描頭105、掃描參 數(shù)設(shè)定單元103、GPS信號接口 101及掃描數(shù)據(jù)輸出單元102 ;所述1#掃描頭104與2#掃 描頭105對稱設(shè)置；所述掃描參數(shù)設(shè)定單元103分別與1#掃描頭104、2#掃描頭105相連 接，掃描參數(shù)設(shè)定單元103用于對整個掃描區(qū)域的參數(shù)進行設(shè)置；所述掃描參數(shù)設(shè)定單元 103與GPS信號接口 101相連接，通過GPS對ARMG的初始位置、起升高度進行自動設(shè)置；所 述1#掃描頭1〇4、2#掃描頭105還分別與掃描數(shù)據(jù)輸出單元102相連接，將所掃描到的三 維信息輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單元102進行輸出；所述掃描數(shù)據(jù)輸出單元102與目標輪廓處 理模塊200相連接，將其接收的掃描數(shù)據(jù)信息輸送給目標輪廓處理模塊200 ;
[0038] 優(yōu)選地，所述的GPS接口 101為預(yù)設(shè)的端口，在系統(tǒng)有安裝GPS模塊時，GPS模塊 通過該GPS接口 101與掃描參數(shù)設(shè)定單元103相連接；并通過GPS模塊對ARMG大車、小車 的初始位置、起升高度進行自動設(shè)置；
[0039] 進一步的，所述目標輪廓處理模塊200包括圖形數(shù)據(jù)過濾單元201、目標輪廓生成 單元202及位置誤差計算單元203 ;所述圖形數(shù)據(jù)過濾單元201分別與三維激光掃描模塊 100、目標輪廓生成單元202相連接，接收三維激光掃描模塊100輸出的圖形信息，并對相關(guān) 噪音、雜散色信息進行過濾后，輸送給目標輪廓生成單元202 ;所述目標輪廓生成單元202 分別與中央控制系統(tǒng)300、位置誤差計算單元203相連接，將從圖形數(shù)據(jù)過濾單元201中接 收的信號生成輪廓圖形信息，并將該信息分別輸送給中央控制系統(tǒng)300及位置誤差計算單 元203 ;所述位置誤差計算單元203還分別與中央控制系統(tǒng)300、ARMG運動控制器400相連 接，將從目標輪廓生成單元202接收的輪廓信息進行處理，得到目標的輪廓的橫向、縱向的 位置誤差，并分別將該誤差信號輸送給中央控制系統(tǒng)300及ARMG運動控制器400 ;
[0040] 如圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明還提供一種利用上述檢測系統(tǒng)進行集裝箱裝卸過程 中輪廓及位置的檢測方法，具體步驟如下：
[0041] 第一步、將三維激光掃描模塊100中1#掃描頭1〇4、2#掃描頭105對稱安裝在ARMG 小車上,設(shè)定堆箱的偏移域值ε L和ε Η ;
[0042] 第二步、三維激光掃描模塊100對集裝箱的堆垛進行三維立體掃描，并將掃描到 的三維立體空間信息暫存后輸送給目標輪廓處理模塊200進行處理；
[0043] 第三步、目標輪廓處理模塊200將接收到的三維空間信息進行噪音、雜散色過濾 后，生成輪廓圖形，并進行誤差計算后，分別將圖像信息、位置誤差信息輸送給中央控制系 統(tǒng)300、ARMG運動控制器400 ;
[0044] 優(yōu)選地，當目標輪廓處理模塊200接收到三維激光掃描模塊100送出的箱區(qū)目標 堆垛下的三維空間信號數(shù)據(jù)后，通過圖形數(shù)據(jù)過濾單元201、目標輪廓生成單元202和位置 誤差計算單元203的圖像處理，獲得目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓及其堆垛高度；
[0045] 在堆箱過程中，此輪廓為目標堆垛下層（堆放層）的集裝箱箱頂輪廓；
[0046] 在抓箱過程中，此輪廓為目標堆垛上層（抓箱層）的集裝箱箱頂輪廓；
[0047] 生成的集裝箱輪廓信號數(shù)據(jù)，同時輸出給集裝箱碼頭的中央控制系統(tǒng)300,用于對 ARMG (或QC)裝卸箱的遠程監(jiān)控；
[0048] 第四步、中央控制系統(tǒng)300接收圖像信息、位置誤差信息后，發(fā)出實時監(jiān)控及控制 指令，并將命令反饋給目標輪廓處理模塊200 ;
[0049] 第五步、目標輪廓處理模塊200接收中央控制系統(tǒng)300發(fā)出的控制指令后，將該控 制指令輸送給ARMG運動控制器400，
[0050] 第六步、ARMG運動控制器400將位置誤差信息與設(shè)定的堆箱偏移域值ε L和ε Η 進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果及時調(diào)整ARMG小車及ARMG小車上的吊具動作，實現(xiàn)準確糾偏；
[0051] 進一步的，在步驟二中，具體的操作過程如下：
[0052] A、通過三維激光掃描模塊100中的掃描參數(shù)設(shè)定單元103對ARMG小車的初始位 置、起升高度、集裝箱的箱體尺寸及三維掃描區(qū)域的相關(guān)基本參數(shù)進行設(shè)置；
[0053] B、ARMG小車移動，1#掃描頭104、2#掃描頭105對集裝箱的堆垛進行三維立體掃 描，并將掃描到到三維空間信號數(shù)據(jù)輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單元102 ;
[0054] C、掃描數(shù)據(jù)輸出單元102將所接收的三維空間信號進行存儲并輸送給目標輪廓 處理模塊200進行處理；
[0055] 優(yōu)選地，掃描參數(shù)設(shè)定單元103主要是對在AIMG(或QC)作業(yè)前，對AIMG(或 QC)的初始位置、起升高度、集裝箱箱體尺寸、以及三維激光掃描區(qū)域等基本參數(shù)進行設(shè) 置；ARMG(或QC)的大車、小車根據(jù)集裝箱裝卸調(diào)度指令，到達給定堆垛位置后，由安裝在 ARMG (或QC)小車兩側(cè)對稱安裝的1#掃描頭104和2#掃描頭105向堆場（或船舶）箱區(qū) 內(nèi)的目標集裝箱堆垛進行快速連續(xù)三維空間掃描（如圖2所示）；1#掃描頭104和2#掃描 頭105采集到的箱區(qū)目標堆垛下的三維空間信號數(shù)據(jù)暫存到掃描數(shù)據(jù)輸出單元102,并由 掃描數(shù)據(jù)輸出單元102輸出給目標輪廓處理模塊200 ;
[0056] 進一步的，在步驟三中，具體的操作過程如下：
[0057] a、目標輪廓處理模塊200通過其內(nèi)部的圖形數(shù)據(jù)過濾單元201將接收到的箱區(qū)目 標堆垛的三維圖像進行預(yù)處理，對與圖像不相關(guān)的各種噪聲和雜散色進行濾波處理，并將 經(jīng)濾波處理后的目標堆垛圖像送給目標輪廓生成單元202作進一步處理；
[0058] 優(yōu)選地，圖形數(shù)據(jù)過濾單元201是一個圖像濾波器，對接收到的箱區(qū)目標堆垛的 三維圖像進行預(yù)處理，濾除與圖像不相關(guān)的各種噪聲和雜散色，并將濾波后的目標堆垛圖 像送給目標輪廓生成單元作進一步處理；
[0059] b、從圖形數(shù)據(jù)過濾單元201獲得的目標堆垛圖像，去除目標堆垛背景色，提取到 目標堆垛下的集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置^(箱頂縱向邊緣線）和橫向邊緣位置E H(箱頂 橫向邊緣線），從而獲得目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓；根據(jù)三維圖像的立體透視原理，確 定目標堆垛下集裝箱箱頂距激光掃描頭的距離，從而獲得目標堆垛高度；目標輪廓生成單 元202將目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓，以及提取到的集裝箱箱頂?shù)倪吘壩恢茫?和E H)送 給位置誤差計算單元203作進一步處理；
[0060] c、位置誤差計算單元203接收到目標輪廓生成單元202送出的目標堆垛下的集 裝箱箱頂輪廓信號數(shù)據(jù)，以及集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置^(箱頂縱向邊緣線）和橫向邊 緣位置E H(箱頂橫向邊緣線）；并將此邊緣信息與ARMG(或QC)小車吊具的縱向邊緣位置 隊（吊具縱向邊緣線）和橫向邊緣位置〇 11(吊具縱向邊緣線）相比較，計算出目標堆垛下 ARMG(或QC)堆箱或抓箱的縱向和橫向位置誤差A(yù)L = Ef?和ΛΗ = EH-DH ;生成的位置 誤差信號Λ L和Λ H，輸出給ARMG的運動控制器，并同時輸出給集裝箱碼頭的中央控制系統(tǒng) 300,對ARMG裝卸箱的遠程監(jiān)控；
[0061] 進一步的，在所述步驟六中，ARMG運動控制器將位置誤差信息與設(shè)定的堆箱偏移 域值eL和εΗ進行比較；
[0062] 若比較結(jié)果為Λ L> ε L、Λ Η> ε Η，則說明ARMG小車及ARMG小車上的吊具存在偏 移，ARMG運動控制器控制ARMG小車及ARMG小車上的吊具進行位置調(diào)整；
[0063] 優(yōu)選地，如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)中1#掃描頭104和2#激光掃描頭105對稱安 裝在ARMG的小車上，吊具也安裝在ARMG的小車上，一般通過鋼絲線連接，并可上下運動，現(xiàn) 象堆箱及抓箱動作；ARMG的小車則安裝在ARMG的大車上，隨打車一起移動到堆垛的上方；
[0064] 在ARMG(或QC)的大車、小車根據(jù)集裝箱裝卸調(diào)度指令，到達給定堆垛位置后，由 安裝在ARMG (或QC)小車兩側(cè)對稱安裝的1#掃描頭104和2#激光掃描頭105向堆場（或 船舶）箱區(qū)內(nèi)的目標集裝箱堆垛進行快速連續(xù)三維空間掃描；
[0065] 如圖3所示，ARMG(或QC)在堆箱過程中，本發(fā)明系統(tǒng)采集到當前堆垛的堆放層 箱頂輪廓邊緣相對于吊具的偏移位置，當發(fā)現(xiàn)堆放層箱頂輪廓縱向和橫向邊緣的位置誤差 AL和ΛΗ超過給定的期望堆箱的偏移域值ε L和ε Η時（即AL> ε L和ΛΗ> ε H)，ARMG(或 QC)的運動控制器將根據(jù)偏移誤差的方向及大小及時對ARMG(或QC)的吊具、小車或大車的 運動機構(gòu)進行糾偏，從而實現(xiàn)精準堆箱；
[0066] 如圖4所示，ARMG(或QC)在抓箱過程中，本發(fā)明系統(tǒng)采集到當前堆垛的抓箱層 箱頂輪廓邊緣相對于吊具的偏移位置，當發(fā)現(xiàn)抓取層箱頂輪廓縱向和橫向邊緣的位置誤差 AL和ΛΗ超過給定的期望抓箱的偏移域值ε L和ε Η時（即AL> ε L和ΛΗ> ε H)，ARMG(或 QC)的運動控制器將根據(jù)偏移誤差的方向及大小及時對ARMG(或QC)的吊具、小車或大車的 運動機構(gòu)進行糾偏，從而實現(xiàn)精準抓箱；
[0067] 本發(fā)明用于智能化集裝箱碼頭堆場的全自動軌道吊（ARMG)或用于碼頭前沿的集 裝箱岸橋（QC)的集裝箱分布輪廓和位置檢測方法，采用了三維空間激光掃描，檢測速度 快，檢測精度高，克服了以往激光單點掃描或線掃描的根本缺陷；生成的集裝箱定位位置誤 差信號，輸出給ARMG(或QC)的運動控制器，自動控制ARMG(或QC)的吊具、小車、大車等運 動機構(gòu)，實現(xiàn)ARMG (或QC)堆箱和抓箱的精準控制，生成的集裝箱定位位置誤差信號也同時 可輸出給智能化碼頭的中央監(jiān)控系統(tǒng)，用于對ARMG(或QC)裝卸箱的遠程監(jiān)控；這種方法也 可以應(yīng)用于普通集裝箱碼頭堆場的場地吊（RTG)，可以輔助作業(yè)司機實現(xiàn)集裝箱裝卸過程 的精準對箱和著箱，提高裝卸箱效率，減少裝卸箱碰撞事故的發(fā)生。
[0068] 本發(fā)明也適用于鐵路、公路等大型物流運輸倉庫、堆場的運輸貨品分布輪廓與定 位檢測，實現(xiàn)高效、安全的倉儲物流智能化自動搬運與堆存；
[〇〇69] 本發(fā)明不局限于上述具體的實施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括中央控制系 統(tǒng)、三維激光掃描模塊、目標輪廓處理模塊及ARMG運動控制器；所述三維激光掃描模塊與 目標輪廓處理模塊相連接；所述目標輪廓處理模塊分別與中央控制系統(tǒng)、ARMG運動控制器 相連接； 其中，所述中央控制系統(tǒng)用于對集裝箱的裝卸過程進行遠程監(jiān)控及控制； 所述三維激光掃描模塊用于對集裝箱的堆垛進行快速連續(xù)的三維立體掃描，并將掃描 到的信息輸送給目標輪廓處理模塊； 所述目標輪廓處理模塊將三維激光描述模塊輸出的信息進行過濾后生成輪廓圖形、進 行集裝箱位置計算，將所處理后的信息輸送給中央控制系統(tǒng)，同時接收中央控制系統(tǒng)的集 裝箱裝卸調(diào)度控制指令，并將該控制命令輸出給ARMG運動控制器； 所述ARMG運動控制器接收集裝箱裝卸調(diào)度控制指令后，控制ARMG小車進行集裝箱的 裝卸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，其特征在 于：所述三維激光掃描模塊包括1#掃描頭、2#掃描頭、掃描參數(shù)設(shè)定單元、GPS信號接口及 掃描數(shù)據(jù)輸出單元；所述1#掃描頭與2#掃描頭對稱設(shè)置；所述掃描參數(shù)設(shè)定單元分別與 1#掃描頭、2#掃描頭相連接，掃描參數(shù)設(shè)定單元用于對整個掃描區(qū)域的參數(shù)進行設(shè)置；所 述掃描參數(shù)設(shè)定單元與GPS信號接口相連接，通過GPS對ARMG的初始位置、起升高度進行 自動設(shè)置；所述1#掃描頭、2#掃描頭還分別與掃描數(shù)據(jù)輸出單元相連接，將所掃描到的三 維信息輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單兀進行輸出；所述掃描數(shù)據(jù)輸出單兀與目標輪廓處理模塊相 連接，將其接收的掃描數(shù)據(jù)信息輸送給目標輪廓處理模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)，其特征 在于：所述目標輪廓處理模塊包括圖形數(shù)據(jù)過濾單元、目標輪廓生成單元及位置誤差計算 單元；所述圖形數(shù)據(jù)過濾單元分別與三維激光掃描模塊、目標輪廓生成單元相連接，接收三 維激光掃描模塊輸出的圖形信息，并對相關(guān)噪音、雜散色信息進行過濾后，輸送給目標輪廓 生成單元；所述目標輪廓生成單元分別與中央控制系統(tǒng)、位置誤差計算單元相連接，將從圖 形數(shù)據(jù)過濾單元中接收的信號生成輪廓圖形信息，并將該信息分別輸送給中央控制系統(tǒng)及 位置誤差計算單元；所述位置誤差計算單元還分別與中央控制系統(tǒng)、ARMG運動控制器相連 接，將從目標輪廓生成單元接收的輪廓信息進行處理，得到目標的輪廓的橫向、縱向的位置 誤差，并分別將該誤差信號輸送給中央控制系統(tǒng)及ARMG運動控制器。
4. 利用如權(quán)利要求1所述的一種用于集裝箱分布輪廓和位置智能化檢測系統(tǒng)進行集 裝箱裝卸過程中輪廓及位置的檢測方法，具體步驟如下： 第一步、將三維激光掃描模塊中1#掃描頭、2#掃描頭對稱安裝在ARMG小車上，設(shè)定堆 箱的偏移域值eL和εΗ; 第二步、三維激光掃描模塊對集裝箱的堆垛進行三維立體掃描，并將掃描到的三維立 體空間信息暫存后輸送給目標輪廓處理模塊進行處理； 第三步、目標輪廓處理模塊將接收到的三維空間信息進行噪音、雜散色過濾后，生成輪 廓圖形，并進行誤差計算后，分別將圖像信息、位置誤差信息輸送給中央控制系統(tǒng)、ARMG運 動控制器； 第四步、中央控制系統(tǒng)接收圖像信息、位置誤差信息后，發(fā)出實時監(jiān)控及控制指令，并 將命令反饋給目標輪廓處理模塊； 第五步、目標輪廓處理模塊接收中央控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令后，將該控制指令輸送 給ARMG運動控制器， 第六步、ARMG運動控制器將位置誤差信息與設(shè)定的堆箱偏移域值eL和ε Η進行比較， 并根據(jù)比較結(jié)果及時調(diào)整ARMG小車及ARMG小車上的吊具動作，實現(xiàn)準確糾偏。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于：在步驟二中，具體的操作過程如下： Α、通過三維激光掃描模塊中的掃描參數(shù)設(shè)定單元對ARMG小車的初始位置、起升高度、 集裝箱的箱體尺寸及三維掃描區(qū)域的相關(guān)基本參數(shù)進行設(shè)置； B、 ARMG小車移動，1#掃描頭、2#掃描頭對集裝箱的堆垛進行三維立體掃描，并將掃描 到到三維空間信號數(shù)據(jù)輸送給掃描數(shù)據(jù)輸出單元； C、 掃描數(shù)據(jù)輸出單元將所接收的三維空間信號進行存儲并輸送給目標輪廓處理模塊 進行處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于：在步驟三中，具體的操作過程如下： a、 目標輪廓處理模塊通過其內(nèi)部的圖形數(shù)據(jù)過濾單元將接收到的箱區(qū)目標堆垛的三 維圖像進行預(yù)處理，對與圖像不相關(guān)的各種噪聲和雜散色進行濾波處理，并將經(jīng)濾波處理 后的目標堆垛圖像送給目標輪廓生成單元作進一步處理； b、 從圖形數(shù)據(jù)過濾單元獲得的目標堆垛圖像，去除目標堆垛背景色，提取到目標堆垛 下的集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置4(箱頂縱向邊緣線）和橫向邊緣位置E H(箱頂橫向邊緣 線），從而獲得目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓；根據(jù)三維圖像的立體透視原理，確定目標堆 垛下集裝箱箱頂距激光掃描頭的距離，從而獲得目標堆垛高度；目標輪廓生成單元將目標 堆垛下的集裝箱箱頂輪廓，以及提取到的集裝箱箱頂?shù)倪吘壩恢茫?和E H)送給位置誤差計 算單元作進一步處理； c、 位置誤差計算單元接收到目標輪廓生成單元送出的目標堆垛下的集裝箱箱頂輪廓 信號數(shù)據(jù)，以及集裝箱箱頂?shù)目v向邊緣位置^ (箱頂縱向邊緣線）和橫向邊緣位置EH (箱頂 橫向邊緣線）；并將此邊緣信息與ARMG(或QC)小車吊具的縱向邊緣位置1\(吊具縱向邊緣 線）和橫向邊緣位置〇 11(吊具縱向邊緣線）相比較，計算出目標堆垛下ARMG(或QC)堆箱 或抓箱的縱向和橫向位置誤差A(yù)L和ΛΗ;并生成的位置誤差信號AL和ΛΗ，輸出給ARMG 的運動控制器，并同時輸出給集裝箱碼頭的中央控制系統(tǒng)，對ARMG裝卸箱的遠程監(jiān)控。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于：在步驟c中，所述Λ L和Λ Η的計算 公式為： Δ L = El-Dl 公式（1) Δ H = Eh-Dh 公式（2)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于：在所述步驟六中，ARMG運動控制器將 位置誤差信息與設(shè)定的堆箱偏移域值eL和εΗ進行比較； 若比較結(jié)果為Λ L>eL、Λ Η>εΗ，則說明ARMG小車及ARMG小車上的吊具存在偏移， ARMG運動控制器控制ARMG小車及ARMG小車上的吊具進行位置調(diào)整。
【文檔編號】G01B11/24GK104085794SQ201410333783
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】褚建新, 李鋒, 黃細霞, 牛王強, 翟琳 申請人:上海海事大學(xué)