用于集裝箱鎖定的裝置和控制方法
【專利說明】用于集裝箱鎖定的裝置和控制方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求在2013年4月12日提交的美國專利申請S/N 61/811，207的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文描述的是一種輔助操作員利用裝配有扭鎖(twistlock)的機(jī)器處理負(fù)載的裝置和控制方法。該機(jī)器可以是諸如伸縮臂，起重機(jī)或集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)(reach stacker)上的吊具(spreader)之類，但其它設(shè)備也都是允許的。更具體地，描述了一種將扭鎖放置在iso-集裝箱的扭鎖孔內(nèi)并執(zhí)行鎖定操作的方法和裝置。僅利用操作員輸入、控制裝置輸入或兩者的組合就可完成扭鎖的放置。
【背景技術(shù)】
[0004]集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)是用于在小型和中型港口處理聯(lián)運(yùn)貨物集裝箱(ISO集裝箱)的車輛。集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)能短距離非常迅速地運(yùn)輸集裝箱并堆積它們。集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)由于它們的靈活性被廣泛地用于集裝箱堆積，當(dāng)與叉車相比時(shí)，集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)具有更高的堆積、提升和集裝箱處理能力。使用集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)，由于第二 /第三排的獲取能力，集裝箱組可具有4至6排集裝箱的深度。此外，集裝箱通常可被堆積到5個(gè)集裝箱高。
[0005]當(dāng)排的頂部上的集裝箱要被操作時(shí)，操作員必須將集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)操縱到集裝箱組的前面，延伸懸臂并將吊具放置在該集裝箱表面上。最后，在吊具上的扭鎖機(jī)構(gòu)必須被放置在該集裝箱的角部的匹配孔上方且隨后移動(dòng)到該孔中并鎖定。
[0006]圖1示出具有扭鎖孔12的集裝箱10的一個(gè)實(shí)施例。圖2A示出扭鎖14處于解鎖位置且沒有與扭鎖孔12嚙合而圖2B示出扭鎖14處于鎖定位置而且也沒有與扭鎖12嚙合。
[0007]可從圖2A和2B理解到，扭鎖14具有上部16和下部18。該下部18是固定的，而上部16可被選擇性地旋轉(zhuǎn)。在解鎖位置，上部16與下部18對(duì)準(zhǔn)。在鎖定位置，上部16相對(duì)于下部18轉(zhuǎn)動(dòng)，使得該上部16在該下部18上延伸并超出該下部18。上部16可相對(duì)于下部18轉(zhuǎn)動(dòng)大約90度，使得該上部16延伸超過該下部18的周界。
[0008]按特定尺寸形成扭鎖14以配合扭鎖孔12。一旦在孔12中，上部16旋轉(zhuǎn)。經(jīng)旋轉(zhuǎn)的上部16與孔12周圍的材料嚙合以將上部16鎖定到集裝箱10。
[0009]操作員必須從地面執(zhí)行整個(gè)操作，而集裝箱10位于超過15米的高度。通常操作員在操作期間沒有反饋，然而一旦扭鎖14嚙合了，操作員就得到確認(rèn)。因此可以理解到，將扭鎖14定位到孔12中的時(shí)間很大程度上取決于操作員經(jīng)驗(yàn)。即使有經(jīng)驗(yàn)的，受過訓(xùn)練的操作員也可能花費(fèi)相當(dāng)大量的時(shí)間來將扭鎖14定位到集裝箱孔12中。
[0010]雖然上述討論集中在集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)上，但是扭鎖14不限于集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)。相反，若干其他種類的車輛，諸如空集裝箱處理機(jī)，集裝箱堆積機(jī)和材料處理設(shè)備(諸如門式起重機(jī))也使用扭鎖。本文提出的對(duì)使用扭鎖的現(xiàn)行不利方法的解決辦法也應(yīng)用于上述應(yīng)用。
[0011]市場上的若干公司提供在鎖定操作中幫助操作員的系統(tǒng)。這樣的商用系統(tǒng)中的一個(gè)被Orlaco稱為“查看扭鎖(View-on_twistlocks) ”?！安榭磁ゆi”系統(tǒng)包括裝配在吊具的任一側(cè)上并且對(duì)準(zhǔn)扭鎖的相機(jī)。每個(gè)相機(jī)在它自己的監(jiān)視器上顯示其圖像。
[0012]該系統(tǒng)具有一些主要的缺點(diǎn)，包括，但不限于:使用多個(gè)高分辨率相機(jī)的需要；每個(gè)相機(jī)需要它自己的顯示器或者能夠結(jié)合所有相機(jī)圖像的一個(gè)顯示器；相機(jī)和顯示器是昂貴的；由操作員完全地執(zhí)行操作；以及操作員必須集中他的全部注意力在屏幕上，這可能會(huì)導(dǎo)致事故，因?yàn)樗緳C(jī)不能同時(shí)注意他的周圍環(huán)境。
[0013]因此期望一種檢測扭鎖孔、朝向這些孔移動(dòng)吊具扭鎖以及獲得鎖定的自動(dòng)化方法。然而在大多數(shù)情況下完全自主的鎖定是沒有必要的，因?yàn)椴僮鲉T出于安全原因需要保持控制而且需要獲得全部操作的流暢處理順序。
[0014]為了解決與現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)聯(lián)的問題，可以使用三個(gè)步驟。首先，檢測扭鎖孔位置的定位。第二，需要將扭鎖導(dǎo)向孔位置的控制方法。最后，需要結(jié)合必要的傳感器輸入、操作員輸入、控制算法和致動(dòng)器信號(hào)的致動(dòng)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]一種用于基于兩個(gè)輸入選擇軌跡的方法在機(jī)器上使用至少一個(gè)扭鎖傳感器來感測扭鎖孔在物體上的位置。所感測的位置被發(fā)送到處理器以計(jì)算用于扭鎖嚙合扭鎖孔的感測軌跡。使用至少一個(gè)操作員輸入傳感器來感測用于使扭鎖與扭鎖孔嚙合的操作員創(chuàng)建軌跡。感測軌跡與操作員創(chuàng)建軌跡相比較。確定有多少感測軌跡和操作員創(chuàng)建軌跡將被用于把扭鎖定位到物體的扭鎖孔中。
【附圖說明】
[0016]本公開的示例性實(shí)施例現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式來描述，其中:
[0017]圖1是集裝箱和扭鎖孔的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；
[0018]圖2A是處于解鎖位置的扭鎖的一個(gè)實(shí)施例；
[0019]圖2B是處于鎖定位置的扭鎖的一個(gè)實(shí)施例；
[0020]圖3是鄰近圖1的集裝箱的本文中描述的設(shè)備和方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0021]圖4是傳感器、控制單元、操作員輸入和致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0022]圖5是傳感器、控制單元、操作員輸入和致動(dòng)器的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及
[0023]圖6是傳感器、控制單元、操作員輸入和致動(dòng)器的又一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本文描述的是一種在電子控制器和人類操作員之間可選地獲得共享控制的方法。為此目的，從單個(gè)傳感器或檢測系統(tǒng)的組合中提取數(shù)據(jù)。傳感器系統(tǒng)20可以是單個(gè)或多個(gè)數(shù)字相機(jī)，可通過使用優(yōu)選的刷新速率從這些數(shù)字相機(jī)中捕捉圖像來精確地監(jiān)測集裝箱10。刷新速率可以是諸如每秒10-30幀，但其它的刷新率也是可允許的，只要它們提供關(guān)于下面描述的操作的準(zhǔn)確和同時(shí)的信息。
[0025]如圖3所示，傳感器系統(tǒng)20可以被安裝在集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)懸臂22上。懸臂22可具有伸縮功能且可以以各種角度上下移動(dòng)。
[0026]吊具24附連到懸臂22。吊具與懸臂22的附連可以允許吊具24相對(duì)于懸臂22從一邊移動(dòng)到另一邊，垂直地移動(dòng)和/或以某一角度移動(dòng)。吊具24具有橫向于懸臂22延伸的臂26。橫桿28位于每個(gè)臂26的端部。至少一個(gè)扭鎖14位于每個(gè)橫桿28上?？舌徑總€(gè)扭鎖14設(shè)置至少一個(gè)傳感器30。
[0027]傳感器系統(tǒng)20還可以包括傾斜傳感器，能提供關(guān)于懸臂22的位置和角度的信息。傾斜傳感器測量斜坡或斜面的角度，諸如懸臂相對(duì)于重力的仰角或俯角。來自傾斜傳感器的信息結(jié)合控制算法可基于先前的車輛信息計(jì)算懸臂22的位置和角度，該先前的車輛信息包括在原來位置上的每個(gè)成分的大小和/或長度。
[0028]傳感器系統(tǒng)20還可以包括近程傳感器，諸如感應(yīng)傳感器、超聲波傳感器或雷達(dá)傳感器，當(dāng)傳感器被適當(dāng)?shù)胤胖脮r(shí)，通過這些傳感器可以識(shí)別集裝箱10的一些特定特征(例如距離或存在)。
[0029]多種傳感器之間的選擇將主要取決于準(zhǔn)確監(jiān)測與可靠性和增加的系統(tǒng)成本之間的折衷?？赏ㄟ^融合來自多個(gè)傳感器(諸如通過卡爾曼(Kalman)濾波或立體視覺)和/或多個(gè)類型的傳感器的數(shù)據(jù)來進(jìn)一步增加準(zhǔn)確度。
[0030]不管傳感器的類型，可利用諸如微處理器或用于信號(hào)調(diào)節(jié)的可編程數(shù)字硬件來處理來自傳感器的信號(hào)，在照相機(jī)的情況下，以用于圖像處理和特征識(shí)別，或者在超聲波傳感器的情況下，以用于距離計(jì)算。從第一處理器32將經(jīng)處理的信號(hào)發(fā)送到第二處理器34以用于該系統(tǒng)的更高級(jí)別控制。
[0031]來自所選擇的傳感器的數(shù)據(jù)或來自多個(gè)傳感器的“直接融合”的數(shù)據(jù)被發(fā)送到第二處理器34以計(jì)算吊具24的適當(dāng)?shù)逆i定軌跡。適當(dāng)?shù)逆i定軌跡考慮到安全性、速度和準(zhǔn)確度。安全考慮包括集裝箱10及其內(nèi)含物的安全，機(jī)器、環(huán)境中的對(duì)象和人員的安全。速度考慮是通過增大用先前的方法鎖定集裝箱的速度使鎖定軌跡成為效率高的過程的那些考慮。準(zhǔn)確度考慮涉及將扭鎖14準(zhǔn)確地放置到集裝箱10上的孔12內(nèi)要花費(fèi)的時(shí)間。
[0032]傳感器數(shù)據(jù)，將包括集裝箱10相對(duì)于懸臂22的相對(duì)位置和角度，該傳感器數(shù)據(jù)被用于確定懸臂22和/或附連的吊具24的必要致動(dòng)(諸如電動(dòng)液壓致動(dòng)、液壓、氣動(dòng)致動(dòng))以創(chuàng)建感測鎖定軌跡。感測鎖定軌跡是基于感測信息產(chǎn)生的軌跡。
[0033]計(jì)算感測鎖定軌跡可包括級(jí)聯(lián)控制器結(jié)構(gòu)中的若干算法步驟。該步驟可包括計(jì)算至要到達(dá)的點(diǎn)的距離?；谒崛〉膱D像特征和傳感器信息，確定吊具24對(duì)于扭鎖孔12的相對(duì)位置。接著，計(jì)算將吊具24移動(dòng)到扭鎖孔12的參考軌跡?？梢允褂寐窂揭?guī)劃方法，其使目標(biāo)的快速接近與平穩(wěn)移動(dòng)平衡，這賦予它自己低的加速度。接著，進(jìn)行與參考軌跡相比的實(shí)際吊具24位置的閉環(huán)控制。為了增加穩(wěn)定性和便于實(shí)時(shí)應(yīng)用，可使用不同類型的閉環(huán)控制，諸如預(yù)測的或在線優(yōu)化的控制，或PI