基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统及方法.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CN106516990A(43)申请公布日2017.03.22(21)申请号201710008753.0(22)申请日2017.01.06(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)发明人臧雪聪陈福兴郑英美林凡雨(51)Int.Cl.B66C15/04(2006.01)B66C17/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统及方法，系统包括激光扫描仪、控制器和场桥PLC系统，所述激光扫描仪接受控制器发出的信号对场桥吊具及场桥下方物体轮廓进行扫描，并将扫描数据传送给控制器；所述场桥PLC系统负责将吊具状态信息发送给控制器，并接收控制器的指令实现保护控制的执行；所述控制器对场桥吊具和场桥下方物体轮廓进行识别和防碰撞运算，并根据识别和防碰撞运算结果向场桥PLC系统下发控制命令。本发明的积极效果是：通过对现有的RTG/RMG吊具防碰箱系统进行改进，应用最新的激光扫描轮廓识别技术，消除系统对外部反光板、传感器的依赖，并扩展可识别物体轮廓种类，提高识别精度。CN106516990ACN106516990A权利要求书1/2页1.一种基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统，其特征在于：包括激光扫描仪、控制器和场桥PLC系统，所述激光扫描仪安装在设置在场桥主体上的小车司机室侧部或前部，并通过数据电缆和电源电缆与设置在小车司机室内的控制器连接，所述激光扫描仪接受控制器发出的信号对场桥吊具及场桥下方物体轮廓进行扫描，并将扫描数据传送给控制器；所述场桥PLC系统通过PLC接口与控制器连接，负责将吊具状态信息发送给控制器，并接收控制器的指令实现保护控制的执行；所述控制器根据接收的扫描数据和吊具状态信息对场桥吊具和场桥下方物体轮廓进行识别和防碰撞运算，并根据识别和防碰撞运算结果向场桥PLC系统下发控制命令。2.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统，其特征在于：所述激光扫描仪具有内部编码器。3.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统，其特征在于：所述激光扫描仪为二维激光扫描仪、二维激光雷达、三维激光扫描仪或三维激光雷达。4.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统，其特征在于：所述吊具状态信息包括吊具的开闭锁状态、着箱状态和运行状态信息。5.一种基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、初始化激光扫描仪安装参数和场桥结构参数：激光扫描仪安装参数包括安装高度、安装倾角、激光到吊具中心距离；场桥结构参数包括场桥高度和场桥跨距；步骤二、确定占用概率栅格图边界及激光初始位置：利用场桥高度h、场桥跨距w，分别乘以2，作为占用概率栅格图的大小；激光初始位置作为平面坐标系原点,位于栅格覆盖区域的横向中心、纵向7/10处，由此确定栅格左上角对应平面坐标为(-w,0.6h)，栅格右下角对应平面坐标为(w,-1.4h)；步骤三、利用激光扫描仪的安装参数，以激光扫描仪的安装位置为坐标系原点，将激光扫描极坐标数据转换到激光直角坐标系；步骤四、利用已有物体轮廓与当前激光扫描数据进行匹配，求得激光相对于开机时所处位置的位移OffsetX，将激光直角坐标数据平移转换到地面直角坐标系；步骤五、根据吊具特征识别出吊具在地面直角坐标系中的位置；步骤六、防撞控制：当障碍物与吊具之间的距离小于设定的安全距离时，进行减速或停车控制。6.根据权利要求5所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：步骤三所述将激光扫描极坐标数据转换到激光直角坐标系的方法为：x＝radial*cos(angle-AngleOffset)；y＝radial*sin(angle-AngleOffset)；其中，x、y表示激光直角坐标系中激光扫描点位置，radial、angle分别表示极坐标下扫描点到激光扫描仪的距离和角度，AngleOffset表示激光安装角度补偿值。7.根据权利要求5所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：步骤四所述利用已有物体轮廓与当前激光扫描数据进行匹配，求取激光相对于开机2CN106516990A权利要求书2/2页时所处位置的位移OffsetX的方法如下：(1)tempOffsetX＝LastOffsetX-0.2，其中LastOffsetX表示激光上次扫描时的位置与开机初始化时的位置距离；(2)将激光扫描轮廓平移tempOffsetX；(3)计算此时所有激