一種起重機小車方向定位用視覺檢測系統及實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集裝箱碼頭或堆場的橋式及龍門式集裝箱起重機小車定位技術領域，尤其涉及一種起重機小車方向定位用視覺檢測系統及實現方法。
【背景技術】
[0002]視覺檢測就是用機器代替人眼來做測量和判斷。視覺檢測系統是指通過圖像攝取裝置(分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而進行識別、測量、判別，并根據測量判別的結果來控制現場的設備動作。
[0003]目前集裝箱碼頭或堆場的橋式或龍門式起重機作業時，為滿足堆箱質量或準確抓放箱，集裝箱起重機小車方向定位精度通常要求達到± 3.0CM以內，即當集裝箱起重機小車上吊具中心點在小車行進方向與需對位的目標物(5)(待吊箱或待放箱列為頂部集裝箱或地面箱位標識線、集卡車板)的中心在地球絕對坐標系里完全重合，才能確保準確抓箱或精準放箱，此時從固定在起重機上的相機坐標系測得的目標物(5)在小車行進方向的坐標值為理論基準坐標值。集裝箱起重機小車方向定位的實質就是通過小車或吊具橫向移動，實現吊具中心在小車行進方向的坐標與目標物(5)(包括待吊箱或待放箱列為頂部集裝箱或地面箱位標識線、集卡車板)坐標小于等于允許偏差。由于相機及吊具均固定在小車架上，二者位置相對不變，因此小車方向定位等同于在攝像設備的坐標系內，目標物(5)實測值與理論基準值偏差小于等于允許偏差值(通常為3CM)。
[0004]由于起重機下方船舶搖晃、或堆場地面箱角線畫線存在偏差、或底面箱碼放不齊、或起重機跑偏等因素存在，實現該精度定位，靠起重機自身無法自動實現。
[0005]為實現起重機小車方向自動準確定位，現有方案通常是通過在起重機上加裝激光掃描儀來實現。其原理是通過2D或3D激光掃描儀對起重機下堆放的各列集裝箱斷面進行掃描，來測量起重機下待吊列集裝箱中心線與小車上吊具中心線的實測距離，進而引導小車精確定位。為避免遮擋，通常需裝2套或多套激光掃描儀，且為確保定位及測量精度，掃描儀的角度分辨率要求很高，而高精度激光掃描儀代價十分高昂，這就造成自動化硬件成本十分高昂；且堆放的集裝箱箱號是否正確，無復核措施，可能裝錯船吊錯箱。一種設計簡單，成本低廉又能實現起重機小車方向自動準確定位的檢測系統及定位實現方法成了業界的潛在需求。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種起重機小車方向定位用視覺檢測系統及實現方法，其利用視覺圖像檢測技術，對目標物的實時位置與理論基準位置進行比較后發出定位指令，設備簡單，成本低廉，維護方便，大大提高了起重機小車方向的定位效率。
[0007]本發明提供一種起重機小車方向定位用視覺檢測系統，其特征在于:其包括:攝像設備，用于拍攝目標物的實時畫面，并將拍攝的實時畫面傳輸至主控機；
主控機，分別與攝像設備以及PLC控制器信號連接，所述主控機通過圖像處理軟件獲取攝取的目標物的小車行進方向的實時坐標位置，并將其與理論基準位置進行比較，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至PLC控制器；
PLC控制器，所述PLC控制器根據收到的坐標修正值控制小車行走機構或吊具橫移機構沿小車行進方向移動，完成起重機小車方向準確定位。
[0008]所述攝像設備為單目攝像設備或者雙目攝像設備，雙目攝像設備為雙鏡頭的主動攝像設備或者成對的單鏡頭主動攝像設備，所述攝像設備上可設置有補光裝置。
[0009]所述視覺監測系統還設有服務器，與主控機信號連接，用于存儲集裝箱箱號信息，主控機根據所述攝像設備攝取的集裝箱箱號與從所述服務器獲取的正確集裝箱箱號進行箱號對比。
[0010]所述服務器與主控機通過數據I/O接口連接配合。
[0011 ]所述的目標物為待抓箱或待放箱列位頂部集裝箱或待放箱列位地面的箱位標識線、待放箱的集卡車板，目標物的目標特征可為集裝箱箱角、集裝箱頂部輪廓線、地面箱角線、拖板輪廓線、拖板鎖頭、拖板上易于圖像識別的標志物。
[0012]所述小車行走機構包括小車變頻器、馬達、譯碼器、聯軸器、減速箱、小車車輪。
[0013]所述吊具橫移機構包括吊具上架上沿小車行進方向布置的滑軌、懸吊滑輪及沿小車軌道方向布置的推桿。
[0014]所述吊具橫移機構包括吊具與吊具上架件及其二者間的柔性連接件。
[0015]—種基于于上述的視覺監測系統的起重機小車方向定位的實現方法，包括以下步驟:
步驟一、起重機接到作業指令，大車停至目標貝位后，小車行駛到接近目標列位的位置進行粗定位，確認目標物進入攝像設備的拍攝范圍內；
步驟二、所述的攝像設備啟動并進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面傳輸至主控機；
步驟三、所述的主控機通過圖像處理軟件根據目標特征識別目標物，并測量目標物的實時位置，推算出目標物中心點在小車行進方向的實時坐標位置，并且將該中心點的實時位置與理論基準坐標位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至PLC控制器；
步驟四、所述的PLC控制器根據所獲得的坐標修正值控制小車行走機構或者吊具橫移機構沿小車行進方向橫移相應的距離，完成起重機小車方向的精確定位。
[0016]為確保不發生誤操作，在起重機抓箱前往往需對待抓集裝箱上的箱號進行識別、復核，此時目標物為待抓箱，因此還公開一種用于上述的視覺檢測系統的視覺檢測系統的起重機小車方向定位的實現方法，包括以下步驟:
步驟一、起重機接到作業指令，大車停至目標貝位后，小車行駛到接近目標列位的位置進行粗定位，確認目標物進入攝像設備的拍攝范圍內；
步驟二、所述的攝像設備對目標物上的集裝箱箱號進行拍攝，并傳輸至主控機，通過主控機中安裝的字符識別軟件獲得實測的集裝箱箱號； 步驟三、所述的主控機將獲得的實測的集裝箱箱號與從服務器中獲取的正確的集裝箱箱號進行對比，箱號錯誤操作停止，箱號正確操作繼續；
步驟四、所述的攝像設備繼續進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面傳輸至主控機；
步驟五、所述的主控機通過圖像處理軟件根據目標特征識別目標物，并測量目標物的目標特征的實時位置，推算出目標物中心點的實時坐標位置，并且將該中心點在小車方向的實時坐標位置與理論基準位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至PLC控制器；
步驟六、所述的PLC控制器根據所獲得的坐標修正值控制小車行走機構或者吊具橫移機構沿小車行進方向橫移相應的距離，移動完成后重復步驟四、步驟五得到新的坐標修正值；
步驟七、將步驟六中獲得的坐標修正值與設定的誤差允許值進行比較，大于誤差允許值則重復步驟六，小于或者等于誤差允許值則停止循環，完成起重機小車方向精確定位。
[0017]本發明利用視覺圖像檢測技術，由攝像設備拍攝實時圖像并傳輸至主控機，由主控機內安裝的圖像識別軟件獲取目標物小車方向的實時坐標位置，并與理論基準位置相比較，得到目標物的坐標偏差值，PLC控制器根據坐標修正值控制小車行走機構或者吊具橫移機構完成精確定位;其設備簡單，成本低廉，維護方便，能夠大大提高了起重機小車的定位效率。
[0018]另外，由主控機內安裝的識別圖像識別軟件對拍攝含集裝箱箱號的目標物的圖像進行處理，獲取集裝箱實測箱號，將獲取的集裝箱箱號與從服務器中獲得的正確的集裝箱箱號進行驗證，確認箱號正確后再進行后續操作;通過集裝箱箱號功能的設置，保證了抓箱的正確率。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的框架示意圖；
圖2是本發明的定位系統完成起重機小車定位的流程圖；
圖3是本發明的裝置安裝示意圖；
圖4是圖3的俯視圖。
[0020]圖5為吊具橫移裝置的實施例1。
[0021]圖6位吊具橫移裝置的實施例2。
[0022]1、主控機，2、攝像設備，21、補光裝置，3、PLC控制器，4、小車行走機構，41、吊具橫移機構，5、集裝箱，6、起重機小車車架，7、服務器，71、數據I/O接口。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明實施例作進一步說明:
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明提供一種起重機小車方向定位用視覺檢測系統及定位實現方法，包括有主控機1，主控機I與攝像設備2以及起重機小車系統的PLC控制器3信號連接，攝像設備2用于拍攝目標物5的實時畫面，并傳輸至主控機1，攝像設備2安裝于起重機小車車架6上或者大梁上，PLC控制器3用于控制小車行走機構4或者吊具橫移機構41;主控機I根據所述攝像設備2攝取的目標物5小車方向的實時坐標位置，并將該實時位置與理論基準位置相比，得出目標物5的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至PLC控制器3，由PLC控制器3根據坐標修正值控制小車行走機構4或者吊具橫移機構41完成精確定位。
[0024]所述的攝像設備2為單目攝像設備或者雙目攝像設備，所述的雙目攝像設備為雙鏡頭的主動攝像設備或者成對的單鏡頭主動攝像設備。
[0025]當攝像設備2安裝于大梁上時，為保證起重器下方的列位全部覆蓋，需要安裝至少2套攝像設備，也可每個列位上方裝I套攝像設備。
[0026]如圖5所示，所述的吊具橫移機構41包括吊具上架41.1、與吊具41.2之間的柔性連接件以及推桿41.3，推桿連接于所述吊具上架41.1和吊具41.2之間，柔性連接件為連桿或者吊鏈41.4，在吊具上架不動的情況下，通過推桿伸縮實現吊具在小車方向的橫向移動。
[0027]如圖6所示，吊具上架41.1上的滑軌41.5與懸吊輪41.6連接，推桿固定在吊具上架與懸吊輪間，吊具移動時通過推桿41.3的伸縮完成。
[0028]由于大車的移動會引起吊具的晃動，因此在30cm范圍內移動時，盡可能選擇吊具橫移機構8完成精確定位
本小車方向定位用視覺檢測系統主要用于起重機自動或者半自動駕駛模式。
[0029 ] 一種基于上述視覺檢測系統的起重機小車方向定位實現方法，包括以下步驟:步驟一、起重機接到作業指令，起重機停至目標貝位后，小車6行駛到接近目標列位的位置進行粗定位，確認目標物5進入攝像設備2的拍攝范圍內；
步驟二、攝像設備2啟動進行實時拍攝，并將含有目標物5