一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防誤吊起系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防誤吊起系統及方法。本系統通過兩個激光掃描儀對集裝箱和集裝箱卡進行掃描，通過數據處理和分析，通過幾何約束原則找出集裝箱和集卡的相對位置，從而判斷起吊過程中集裝箱卡車是否被吊起，檢測結果通過IO方式輸出到軌道吊機的電氣控制系統。這個系統能夠二十四小時全天候工作，并能夠自動進行集裝箱卡車吊起的檢測，無需工作人員參與，特別適合無人化的軌道吊機。系統僅通過IO信號與軌道吊機，非常便于現場實施或者進行現有系統升級和改造。
【專利說明】一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防誤吊起系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了一種基于激光的檢測系統，特別是集裝箱碼頭的用于軌道吊機的集裝箱卡車防誤吊起系統及方法。
【背景技術】
[0002]在集裝箱碼頭，軌道吊機要進行大量的裝卸作業；而軌道吊機操作室遠離集裝箱卡車，很難準確的看到集裝箱鎖銷的狀態，所以會發生鎖銷未完全打開，將集裝箱和集卡一起吊起或是半吊起的情況，導致集裝箱和卡車損壞，甚至造成卡車司機傷亡的事故。因此，在軌道吊機的集裝箱裝卸作業中，防止集裝箱卡車被吊起的系統有重要的意義。
[0003]為了解決這個問題，常規的方法是在裝卸區域安裝監控攝像頭，將圖像數據傳輸到遠程操作室，操作者通過屏幕上的圖像對整個過程進行遠程觀測，但這種方法靠人眼判斷，容易引起人眼疲勞，造成誤判，事故仍然無法避免。另外，自動化集裝箱碼頭的興起，很多碼頭都采用了無人軌道吊機，顯然人眼觀測的系統不能使用。
[0004]中國發明專利200510026303.1公開了 “防止集裝箱起重機誤吊集裝箱卡車的測控方法及裝置”，采用光電開關來檢測集裝箱卡車是否被吊起的方法，但此方法不能很好地解決集裝箱卡車高度變化的情況。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決目前在軌道吊機裝卸過程中，集裝箱卡車被誤吊起的問題，提供一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防誤吊起系統及方法，適用于不同集裝箱卡車高度的，具有全天候自動檢測功能，并便于安裝和實施。
[0006]為實現以上目的，本發明的構思是:系統通過安裝在軌道吊機上的兩個激光掃描器對集裝箱以及卡車進行掃描，在起吊過程中，實時的檢測集裝箱和集卡的位置狀態，并分析當前集裝箱卡車是否被吊起，將檢測的結果以10信號的方式傳輸到吊機控制系統。
[0007]根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案:
一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防吊起系統，包括:兩個戶外型測距激光掃描儀，一臺嵌入式單板機(外設接口包括2個網口和一個串口)以及一個10輸入輸出模塊。其特征在于上述激光掃描儀固定安裝在軌道吊機上，通過網線連接到上述的工業嵌入式單板機，上述的工業嵌入式單板機安裝在控制室內，通過串口連接上述10輸入輸出模塊。上述的10輸入輸出模塊，通過10信號與軌道吊機的電氣控制系統進行交互。
[0008]一種用于軌道吊機的集裝箱卡車防吊起方法，采用上述集裝箱卡車防吊起系統進行運行操作，其特征在于操作步驟如下:
幻系統上電并進行自檢，如果檢測到錯誤，則輸出系統故障的10信號；運行正常則輸出系統準備好的10信號；
幻系統進入等待命令狀態；如果系統接收到起吊開始信號，清除系統輸出的10狀態，系統開始獲取激光掃描器八(4)和激光掃描器8 (5)的掃描數據； c)獲取激光掃描器(4)、(5)的原始數據，對該數據進行去噪處理，然后通過霍夫變換提取掃描數據中的直線，再經過幾何約束條件，提取出集裝箱和集裝箱卡車的幾何數據，并對該幾何數據進行規則化，最后根據集裝箱吊起判斷的原理作出誤吊起判斷；
d)如果系統接收到300mm高度的1信號，系統開始向軌道吊機發送誤吊起判斷的結果，如果判斷為誤吊起狀態，系統輸出卡車誤吊起的1信號，并返回步驟(b)；
e)如果系統接收到600mm高度的1信號，系統停止發送誤吊起判斷1信號，并返回步驟(b);如果未收到600mm高度的1信號，返回步驟(c)。
[0009]上述的激光掃描儀采用了 SICK公司的LMS551 ；
上述的嵌入式單板機采用了 MOXA公司的IA240 ；
上述1輸入輸出模塊為自制模塊；
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:采用激光傳感器，掃描范圍大，分辨率高，能夠有效的處理各種不同高度的集裝箱卡車；采用1輸入輸出接口同軌道吊機的控制系統交互，便于系統實施和設備改造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的系統結構框圖。
[0011]圖2為激光掃描儀安裝示意圖。
[0012]圖3為1輸入輸出模塊電路結構框圖以及與軌道吊控制系統的電氣連接示意圖。
[0013]圖4為系統判別集裝箱卡車吊起的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明的優選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖f圖3，本用于軌道吊機的集裝箱卡車防吊起系統，包括1輸入輸出模塊(1)，嵌入式單板機(2),激光掃描儀A(4)和激光掃描儀B(5);所述激光掃描儀A(4)和激光掃描儀B(5)通過網線(3)連接到嵌入式單板機(2)，10輸入輸出模塊⑴通過串口線(6)連接到嵌入式單板機⑵；10輸入輸出模塊⑴通過1 口與軌道吊機進行交互。
[0015]所述激光掃描器A(4)和激光掃描器B(5)固定安裝在軌道吊機(10)上，安裝時，兩個激光掃描儀(4)、(5)中心線距離地面(7)的高度要小于集裝箱卡車(11)的高度，兩個激光⑷和(5)的之間的水平距離要小于集裝箱⑶的長度，兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描面要垂直于地面(7)，掃描面的中心線要平行與地面(7);在軌道吊機吊具(9)向上提升集裝箱(8)的距離在700mm以內時，要保證兩個激光掃描儀(4)、(5)都能掃描到集裝箱⑶。
[0016]實施例二:
參見圖3和圖4，本用于軌道吊機的集裝箱卡車防吊起的方法，其操作步驟如下:
a)系統上電并進行自檢，如果檢測到錯誤，則輸出系統故障的1信號；運行正常則輸出系統準備好的1信號；
b)系統進入等待命令狀態；如果系統接收到起吊開始信號，清除系統輸出的1狀態，系統開始獲取激光掃描器A (4)和激光掃描器B (5)的掃描數據； 0)獲取激光掃描器(4)、(5)的原始數據，對該數據進行去噪處理，然后通過霍夫變換提取掃描數據中的直線，再經過幾何約束條件，提取出集裝箱和集裝箱卡車的幾何數據，并對該幾何數據進行規則化，最后根據集裝箱吊起判斷的原理作出誤吊起判斷；
(1)如果系統接收到300！^高度的10信號，系統開始向軌道吊機發送誤吊起判斷的結果，如果判斷為誤吊起狀態，系統輸出卡車誤吊起的10信號，并返回步驟化)；
6)如果系統接收到600！11111高度的10信號，系統停止發送誤吊起判斷10信號，并返回步驟㈦；如果未收到600111111高度的10信號，返回步驟⑷。
[0017]所述集裝箱吊起判斷的原理如下:集裝箱卡車上有四個鎖銷處于不同的打開或者關閉狀態，起吊中會形成不同的激光掃描數據:四個鎖銷(12)、(13)、(14)、(15)全部打開的情況，這時兩個激光掃描儀(幻、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，參考圖4(6)所示，集裝箱與集裝箱卡車之間有個高度均勻的縫隙，該縫隙的大小就是集裝箱吊起的高度；或者鎖銷甲(12)和鎖銷乙(13)打開，而鎖銷丙(14)和鎖銷丁(15)未打開的情況，這時激光掃描儀(4)測得的集裝箱與集裝箱卡車之間的縫隙要大于激光掃描儀(5)測得的值，參考圖4(0)所示；或者鎖銷甲(12)和鎖銷丁 (14)未打開，或四個鎖銷(12)、(13)、(14)、(15)都未打開的情況，這時兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，集裝箱和集裝箱卡車之間沒有縫隙，參考圖4 ((1)所示；或者鎖銷甲(13)和鎖銷丁(15)打開，而鎖銷乙(12)和鎖銷丙(14)未打開的情況，這時兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，集裝箱和集裝箱卡車之間的縫隙不均勻，如圖4(6)所示；或者表示鎖銷丙(14)和鎖銷丁(15)打開，而鎖銷甲(12)和鎖銷乙(13)未打開的情況，這時激光掃描儀⑷測得的集裝箱與集裝箱卡車之間的縫隙要小于激光掃描儀(5)的測得值，參考圖4(0所示。
[0018]實施例三:
參考圖1，本防集裝箱卡車吊起系統，包括:10輸入輸出模塊(1),嵌入式單板機(2),激光掃描儀八(4)和激光掃描儀8 (5)；激光掃描儀八(4)和激光掃描儀8 (5)通過網線(3)連接到嵌入式單板機(2), 10輸入輸出模塊(1)通過串口線(6)連接到嵌入式單板機(2) ；10輸入輸出模塊(1)通過10 口與軌道吊機進行交互。
[0019]參考圖2，所述的兩個激光掃描儀安裝如下:所述激光掃描器八(4)和激光掃描器8(5)固定安裝在軌道吊機(10)上，安裝時，兩個激光⑷和(5)中心線距離地面⑵的高度要小于集裝箱卡車(11)的高度，兩個激光(4)和(5)的之間的水平距離要小于集裝箱
(8)的長度，兩個激光(4)和(5)的掃描面要垂直于地面(7),掃描面的中心線要平行與地面⑵；在軌道吊機吊具(9)向上提升集裝箱⑶的距離在700！^以內時，要保證兩個激光
(4)和(5)都能掃描到集裝箱⑶。
[0020]參考圖3，所述的10輸入輸出模塊的組成:10輸入輸出模塊微處理器(201),^0(202), 10輸入(203)和10輸出(204) 0所述10輸入輸出模塊微處理器(201)采用八皿公司的八106職8。輸入10(203)經過光電隔離連接到微處理器(201),輸出10(204)使用繼電器方式的輸出。串口(202)經過光電隔離連接到微處理器(201)0輸入10(203)連接軌道吊控制系統(205)有三種信號:(21)起吊開始，(2) 300111111高度，(3)600111111高度；10輸出(204)連接到軌道吊控制系統(205)有三種信號:(3)系統故障，(幻卡車誤吊起，(0)系統準備好。
[0021]參考圖4，集裝箱吊起判斷的的原理如下:4和5分別表示所述的激光掃描儀八和激光掃描儀B，12，13，14，15分別表示所述集裝箱卡車上的四個鎖銷。不同位置的鎖銷打開或者關閉，起吊中會形成不同的激光掃描數據，如圖OTf)所示，其中每個圖中左邊表示激光掃描儀A提取的掃描數據，圖中右邊表示的是激光掃描儀B提取的掃描數據。圖(b)表示四個鎖銷全部打開的情況，可以看出兩個激光形成的圖形一致，并且集裝箱和集裝箱卡車之間有個高度均勻的縫隙，這個縫隙的大小就是集裝箱起吊的高度；圖(c)表示12和13鎖銷打開，而14和15鎖銷未打開的情況，這時激光掃描儀A測得的集裝箱和集裝箱卡車之間的縫隙要大于激光掃描儀B測得；圖(d)表示12和14鎖銷未打開，或者四個都未打開的情況；圖(e)表示12和12鎖銷打開，而13和15鎖銷未打開的情況，可以看出集裝箱卡車向激光端傾斜了一個角度；圖(f)表示14和15鎖銷打開，而12和13鎖銷未打開的情況，這時所述激光掃描儀A測得的集裝箱和集裝箱卡車之間的縫隙要小于所述激光掃描儀B測得的數據。
[0022]所述防集裝箱卡車吊起系統，運行過程如下:
(1)系統上電并進行自檢，如果檢測到錯誤輸出系統故障的1信號，運行正常則輸出系統準備好的1信號；
(2)系統進入等待命令狀態；如果系統接收到起吊開始信號，清除系統輸出的1狀態，系統開始獲取兩個激光掃描器的掃描數據；
(3)獲取激光掃描器的原始數據，對數據進行去噪處理，然后通過霍夫變換提取掃描數據中的直線，再經過幾何約束條件，提取出集裝箱和集裝箱卡車的幾何數據，并對數據進行規則化，最后根據上述集裝箱吊起判斷的的原理作出誤吊起判斷；
(4)如果系統接收到300mm高度的1信號，系統開始向軌道吊機發送誤吊起判斷的結果，如果判斷為誤吊起狀態，系統輸出卡車誤吊起的1信號，并返回步驟(2);
(5)如果系統接收到600mm高度的1信號，系統停止發送誤吊起判斷1信號，并返回步驟⑵；如果未收到600mm高度的1信號，返回步驟(3)。
【權利要求】
1.一種用于軌道吊機的防集裝箱卡車誤吊起系統，其特征在于:包括1輸入輸出模塊(I),嵌入式單板機(2),激光掃描儀A(4)和激光掃描儀B(5);所述激光掃描儀A(4)和激光掃描儀B(5)通過網線(3)連接到嵌入式單板機(2)，10輸入輸出模塊(I)通過串口線(6)連接到嵌入式單板機(2) ;10輸入輸出模塊(I)通過1 口與軌道吊機進行交互。
2.根據權利要求1所述的用于軌道吊機的防集裝箱卡車誤吊起系統，其特征在于:所述激光掃描器A(4)和激光掃描器B(5)固定安裝在軌道吊機(10)上,安裝時,兩個激光掃描儀(4)、(5)中心線距離地面(7)的高度要小于集裝箱卡車(11)的高度，兩個激光(4)和(5)的之間的水平距離要小于集裝箱⑶的長度，兩個激光掃描儀⑷、(5)的掃描面要垂直于地面(7)，掃描面的中心線要平行與地面(7);在軌道吊機吊具(9)向上提升集裝箱(8)的距離在700mm以內時，要保證兩個激光掃描儀(4)、(5)都能掃描到集裝箱(8)。
3.一種用于軌道吊機的防集裝箱卡車誤吊起方法，采用權利要求1所述的用于軌道吊機的防集裝箱卡車誤吊起系統運行操作，其特征操作步驟如下: a)系統上電并進行自檢，如果檢測到錯誤，則輸出系統故障的1信號；運行正常則輸出系統準備好的1信號； b)系統進入等待命令狀態；如果系統接收到起吊開始信號，清除系統輸出的1狀態，系統開始獲取激光掃描器A (4)和激光掃描器B (5)的掃描數據； c)獲取激光掃描器(4)、(5)的原始數據，對該數據進行去噪處理，然后通過霍夫變換提取掃描數據中的直線，再經過幾何約束條件，提取出集裝箱和集裝箱卡車的幾何數據，并對該幾何數據進行規則化，最后根據集裝箱吊起判斷的原理作出誤吊起判斷； d)如果系統接收到300mm高度的1信號，系統開始向軌道吊機發送誤吊起判斷的結果，如果判斷為誤吊起狀態，系統輸出卡車誤吊起的1信號，并返回步驟(b)； e)如果系統接收到600mm高度的1信號，系統停止發送誤吊起判斷1信號，并返回步驟(b);如果未收到600mm高度的1信號，返回步驟(c)。
4.根據權利要求3所述的用于軌道吊機的防集裝箱卡車誤吊起方法，其特征在于:所述集裝箱吊起判斷的原理如下:集裝箱卡車上有四個鎖銷處于不同的打開或者關閉狀態，起吊中會形成不同的激光掃描數據:四個鎖銷(12)、(13)、(14)、(15)全部打開的情況，這時兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，集裝箱與集裝箱卡車之間有個高度均勻的縫隙，該縫隙的大小就是集裝箱吊起的高度；或者鎖銷甲(12)和鎖銷乙(13)打開，而鎖銷丙(14)和鎖銷丁(15)未打開的情況，這時激光掃描儀(4)測得的集裝箱與集裝箱卡車之間的縫隙要大于激光掃描儀(5)測得的值；或者鎖銷甲(12)和鎖銷丁(14)未打開，或四個鎖銷(12)、(13)、(14)、(15)都未打開的情況，這時兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，集裝箱和集裝箱卡車之間沒有縫隙；或者鎖銷甲(13)和鎖銷丁(15)未打開，而鎖銷乙(12)和鎖銷丙(14)打開的情況，這時兩個激光掃描儀(4)、(5)的掃描的數據形成的圖形一致，但集裝箱和集裝箱卡車之間的縫隙不均勻，有一定傾斜的角度；或者表示鎖銷丙(14)和鎖銷丁(15)打開，而鎖銷甲(12)和鎖銷乙(13)未打開的情況，這時激光掃描儀(4)測得的集裝箱與集裝箱卡車之間的縫隙要小于激光掃描儀(5)的測得值。
【文檔編號】B66C13/16GK104386582SQ201410460042
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】陳金波 申請人:上海大學