基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107089599A(43)申请公布日2017.08.25(21)申请号201710511211.5(22)申请日2017.06.29(71)申请人北京国泰星云科技有限公司地址100027北京市朝阳区望京园401号楼28层3219室(72)发明人刘旭林凡雨王伟崔冲肖(51)Int.Cl.B66C15/00(2006.01)B66C13/16(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统及方法，防撞系统包括3D激光单元和2D激光扫描仪，3D激光单元包括嵌入式控制器和分别与嵌入式控制器连接的激光扫描仪、电机驱动器和双DGPS差分定位系统，嵌入式控制器与RTG/RMG电控系统进行双向通信。本发明利用带有定位定姿功能的实时3D激光单元，结合2D激光扫描仪，通过对3D激光点云数据的计算、箱区轮廓三维识别、小车定位和2D激光平面数据的快速反馈实时识别本贝位的箱区轮廓及吊具的空间位置，有效解决了集装箱码头RTG/RMG在场区进行抓卸箱作业时，吊具与作业区域内本贝位以及邻贝位集装箱堆的实时位置检测，全面避免吊具碰撞事故的发生。CN107089599ACN107089599A权利要求书1/2页1.一种基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统，其特征在于：包括设置在小车平台下方的3D激光单元和2D激光扫描仪，所述3D激光单元包括嵌入式控制器和分别与嵌入式控制器连接的激光扫描仪、电机驱动器和双DGPS差分定位系统，所述电机驱动器与伺服电机连接，所述激光扫描仪设置在转动云台上，转动云台通过联轴器与伺服电机的减速器连接；激光扫描仪通过数据线与嵌入式控制器连接，用于接受嵌入式控制器发出的指令进行扫描，并将扫描的数据实时传输给嵌入式控制器；所述电机驱动器通过信号线与嵌入式控制器连接，用于接受嵌入式控制器发出的指令控制伺服电机带动云台转动；所述双DGPS差分定位系统通过数据线与嵌入式控制器连接，用于将检测到的3D激光单元整体的位置变化信息和姿态变化信息传送给嵌入式控制器；所述2D激光扫描仪通过数据线与3D激光单元的嵌入式控制器连接，用于对RTG/RMG下方进行轮廓扫描，并将扫描的数据实时传输给嵌入式控制器；所述3D激光单元的嵌入式控制器与RTG/RMG电控系统进行双向通信，获得RTG/RMG的工作状态信息，并向RTG/RMG电控系统发送吊具在集装箱区的保护命令。2.根据权利要求1所述的基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统，其特征在于：所述3D激光单元安装于吊具中线位置正前方离吊具边沿20CM处，所述2D激光扫描仪安装于吊具中线偏2米位置。3.根据权利要求1所述的基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统，其特征在于：所述3D激光单元的激光扫描面与小车方向垂直；所述2D激光扫描仪的激光扫描面平行小车方向且与地面垂直。4.根据权利要求1所述的基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统，其特征在于：所述双DGPS差分定位系统包括两个安装于小车顶部的GPS天线，其中一个天线用于定位，另一个用于测向。5.一种基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞方法，其特征在于：包括如下内容：一、在大车运动过程中，当大车运动到一个新的贝位后，或者吊具闭锁吊起一个集装箱时，3D激光单元的激光扫描仪对大车下方进行3D快速扫描；在小车运动过程中，3D激光单元的嵌入式控制器根据吊具高度对激光扫描仪进行实时扫描位置调整，对吊具当前高度上小车行进方向的保护距离位置进行3D追踪扫描；二、2D激光扫描仪沿小车行进方向进行扫描，获得集装箱区截面的2D扫描数据；三、3D激光单元的嵌入式控制器计算得到3D激光单元随小车运动时的动态原点的3D点云数据(xn，yn，zn)，并采用随机采样一致性分割法对点云数据中的直线和平面进行聚类，得到能够包围所有输入点的最小凸多边形，然后提取最小凸多边形的顶点作为集装箱区的轮廓点并保存；同时，嵌入式控制器利用2D激光扫描仪扫描获得的集装箱区截面的2D扫描数据计算获得本贝位箱区截面轮廓信息和吊具空间位置信息；四、3D激光单元的嵌入式控制器利用吊具中心的实时空间坐标、吊具在空间中两个轴向的运动趋势及吊具当前的作业状态判断吊具与集装箱区轮廓是否会发生碰撞，并依据判断结果向RTG/RMG电控系统向RTG/RMG电控系统发送吊具在集装箱区的保护命令。6.根据权利要求5所述的基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞方法，其特征在于：3D激光单元随小车运动时的动态原点的3D点云数据(xn，yn，zn)的计算方法为：2CN107089599A权利要求书2/