一種集裝箱疊放對(duì)齊的測(cè)量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視覺測(cè)量、機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是利用吊具上的視覺測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 集裝箱放置中與下層集裝箱的疊放對(duì)齊。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集裝箱碼頭或貨場(chǎng)，集裝箱常被疊放在一起存放，有時(shí)疊放層數(shù)可達(dá)九層。集裝 箱吊車在疊放集裝箱時(shí)，需要將上層集裝箱與下層集裝箱對(duì)齊，否則可能導(dǎo)致集裝箱堆倒 塌。由于疊放高度較高，吊車駕駛員距離集裝箱較遠(yuǎn)或視角不佳，操作難度較大，對(duì)駕駛員 的技能要求較高，大大影響集裝箱裝卸作業(yè)效率。為提高集裝箱疊放吊裝作業(yè)的自動(dòng)化水 平，需要自動(dòng)測(cè)量集裝箱疊放中與下層集裝箱的相對(duì)關(guān)系，從而控制吊裝機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) 齊放置。
[0003] 中國專利CN102431895B公布了一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法，采用激光雷 達(dá)、攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)集裝箱疊放中方向、前后左右對(duì)齊，以提高堆垛對(duì)齊質(zhì)量和效率。該方法需 要識(shí)別集裝箱上的特征點(diǎn)和邊緣，這在環(huán)境光線條件不佳及有大量集裝箱疊放的場(chǎng)地存在 很大困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種基于視覺測(cè)量的集裝箱疊放對(duì)齊系統(tǒng)，通過安裝在吊具上的兩 套或多套線激光視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集裝箱疊放中的測(cè)量， 所述線激光視覺系統(tǒng)包括處理器、線激光器5和攝像機(jī)4,攝像機(jī)1個(gè)，線激光器為多 個(gè)，能夠投射若干條平行的激光線；線激光視覺系統(tǒng)固定安裝在吊具上，線激光器出射口和 攝像機(jī)鏡頭均垂直向下，線激光視覺系統(tǒng)位于集裝箱某個(gè)角的兩條相鄰邊上方，線激光視 覺系統(tǒng)稍向吊具外突出。
[0005] 該系統(tǒng)僅需識(shí)別提取視覺圖像中激光線，對(duì)環(huán)境光不敏感，可適用白天和晚上工 作場(chǎng)合，且工作時(shí)系統(tǒng)位于集裝箱一個(gè)角的相鄰兩邊，可排除其他角附近密集疊放的集裝 箱的干擾，也避免使用中觸碰系統(tǒng)的可能。
[0006] 本發(fā)明提出了一種集裝箱疊放對(duì)齊測(cè)量方法，在吊具2上安裝兩套或多套線激光 視覺系統(tǒng)1，工作時(shí)，線激光視覺系統(tǒng)的處理器實(shí)時(shí)獲取攝像機(jī)的圖像，提取每套圖像中投 射到下層已放置集裝箱3上頂面上的激光線，根據(jù)激光線的長(zhǎng)度對(duì)比計(jì)算集裝箱準(zhǔn)確疊放 應(yīng)調(diào)整的前后左右位置和旋轉(zhuǎn)角。
[0007] (1)線激光視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 所述線激光視覺系統(tǒng)由處理器、線激光器5和攝像機(jī)4組成，線激光器5能夠投射若干 條平行的激光線。如圖1所示，兩套線激光視覺系統(tǒng)固定安裝在吊具上，線激光器出射口和 攝像機(jī)鏡頭均垂直向下，安裝時(shí)，要讓吊具抓起集裝箱時(shí)線激光視覺系統(tǒng)位于集裝箱某個(gè) 角的兩條相鄰邊上方，線激光視覺系統(tǒng)稍向吊具外突出，線激光器投射的激光線與集裝箱 邊緣垂直，激光線與被抓起集裝箱的下邊緣有交點(diǎn)，且能投射到已放置好的集裝箱上表面， 攝像機(jī)能夠拍攝到被抓起集裝箱的下邊緣和下面已放置好的集裝箱，如圖2所示。當(dāng)有集 裝箱密集疊放時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)選安裝在最外角的兩側(cè)，疊放中不會(huì)觸碰到突出安裝的系統(tǒng)，如圖 3所示。
[0008] (2)集裝箱疊放對(duì)齊測(cè)量 吊具抓起集裝箱，移動(dòng)到已放置集裝箱的上方附近，準(zhǔn)備疊放時(shí)，處理器實(shí)時(shí)獲取攝像 機(jī)圖像，識(shí)別圖像中的平行激光線，根據(jù)激光線的拐點(diǎn)和端點(diǎn)提取激光線投射到下層已放 置好的集裝箱上表面的部分(如圖4所示)。
[0009] 當(dāng)集裝箱角度對(duì)齊時(shí)，每套系統(tǒng)投射到下層集裝箱上表面部分的兩條平行激光線 長(zhǎng)度相等；如圖5所示，當(dāng)兩條平行激光線長(zhǎng)度不等時(shí)，需要調(diào)整吊具角度，使激光線長(zhǎng)度 相等，實(shí)現(xiàn)疊放角度對(duì)齊。
[0010] 當(dāng)集裝箱前后左右對(duì)齊時(shí)，激光線剛剛投射不到下層集裝箱上表面上，因此當(dāng)兩 套線激光視覺系統(tǒng)拍攝到的投射到下層集裝箱上表面部分的激光線長(zhǎng)度不為零時(shí)(如圖6 所示)，吊具需要前后左右調(diào)整，使激光線長(zhǎng)度為零，實(shí)現(xiàn)集裝箱前后左右對(duì)齊。
[0011] 本發(fā)明可以達(dá)到以下的技術(shù)效果： 1)本發(fā)明通過識(shí)別提取投射到下層集裝箱上表面上的平行線激光，測(cè)量疊放對(duì)齊中的 角度和前后左右調(diào)整位置，通過控制實(shí)現(xiàn)集裝箱對(duì)齊疊放。
[0012] 2)本發(fā)明方法僅需識(shí)別提取視覺圖像中激光線，對(duì)環(huán)境光不敏感，可適用白天和 晚上工作場(chǎng)合。
[0013] 3)本發(fā)明系統(tǒng)安裝于集裝箱一個(gè)角的相鄰兩邊，可排除其他角附近密集疊放的集 裝箱的干擾，也避免使用中觸碰系統(tǒng)的可能。
【附圖說明】
[0014] 圖1線激光視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝示意圖； 圖2線激光器投射激光線和攝像機(jī)拍攝范圍示意圖； 圖3集裝箱密集疊放系統(tǒng)使用示意圖； 圖4平行激光線成像示意圖； 圖5集裝箱角度對(duì)齊測(cè)量示意圖； 圖6集裝箱前后左右位置對(duì)齊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明的集裝箱疊放對(duì)齊測(cè)量系統(tǒng)由兩套或多套線激光視覺系統(tǒng)組 成(此處及以下以兩套為例)，每套線激光視覺系統(tǒng)包含若干個(gè)線激光器和一個(gè)攝像機(jī)(此 處及以下以兩個(gè)線激光器為例)，線激光器投射的激光線平行。線激光視覺系統(tǒng)固定安裝在 吊具的兩條相鄰邊上，稍向吊具外突出，線激光器出射口和像機(jī)鏡頭均垂直向下，線激光器 投射的激光線與抓起集裝箱的邊緣垂直，且能投射到已放置好的集裝箱上表面上，攝像機(jī) 視場(chǎng)能夠覆蓋激光線投射到的位置。
[0016] 攝像機(jī)可配置與激光波段匹配的濾光片以便于圖像中激光線的提取。
[0017] 工作步驟如下： 步驟一:首先由吊車駕駛員或自動(dòng)控制系統(tǒng)控制吊具抓取集裝箱移動(dòng)到已放置好的集 裝箱上方附近，然后開啟線激光視覺系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，由控制系統(tǒng)進(jìn)行吊具控制。
[0018] 步驟二:線激光視覺系統(tǒng)中的攝像機(jī)連續(xù)成像，處理器實(shí)時(shí)接收攝像機(jī)圖像，自動(dòng) 提取圖像中的激光線； 步驟三:處理器根據(jù)激光線拐點(diǎn)和端點(diǎn)識(shí)別投射到下層集裝箱上表面的激光線部分， 有如下四種情況： ① 所有線激光視覺系統(tǒng)都有激光線在下層集裝箱上表面上； ② 僅有左右側(cè)的線激光視覺系統(tǒng)有激光線在下層集裝箱上表面上； ③ 僅有前后側(cè)的線激光視覺系統(tǒng)有激光線在下層集裝箱上表面上； ④ 所有線激光視覺系統(tǒng)都沒有激光線在下層集裝箱上表面上。
[0019] 步驟四:進(jìn)行疊放角度對(duì)齊。
[0020] 對(duì)于步驟三中的情況①、②和③，直接選取下層集裝箱上表面的平行激光線進(jìn)行 處理，對(duì)于步驟三中的情況④，首先控制吊具左右或前后移動(dòng)，至少有一側(cè)的系統(tǒng)有激光線 投射到下層集裝箱上表面上。
[0021] 對(duì)比兩條平行激光線的長(zhǎng)短，若兩條激光線一樣長(zhǎng)，則疊放角度已經(jīng)對(duì)齊；若兩 條激光線不一樣長(zhǎng)，則需調(diào)整吊具角度，使兩條激光線一樣長(zhǎng)。假設(shè)兩條激光線的間距為 丑，一條激光線長(zhǎng)4，另一條激光線長(zhǎng)4,則調(diào)整角度為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種集裝箱疊放對(duì)齊測(cè)量方法，在吊具上安裝兩套或多套線激光視覺系統(tǒng)，其特征 在于，線激光視覺系統(tǒng)的處理器實(shí)時(shí)獲取攝像機(jī)的圖像，提取每套圖像中投射到下層已放 置集裝箱上頂面上的激光線，根據(jù)激光線的長(zhǎng)度對(duì)比計(jì)算集裝箱準(zhǔn)確疊放應(yīng)調(diào)整的前后左 右位置和旋轉(zhuǎn)角，步驟如下： 步驟一:首先由吊車駕駛員或自動(dòng)控制系統(tǒng)控制吊具抓取集裝箱移動(dòng)到已放置好的集 裝箱上方附近，然后開啟線激光視覺系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，由控制系統(tǒng)進(jìn)行吊具控制； 步驟二:線激光視覺系統(tǒng)中的攝像機(jī)連續(xù)成像，處理器實(shí)時(shí)接收攝像機(jī)圖像，自動(dòng)提取 圖像中的激光線； 步驟三:處理器根據(jù)激光線拐點(diǎn)和端點(diǎn)識(shí)別投射到下層集裝箱上表面的激光線部分， 有如下四種情況： ① 所有線激光視覺系統(tǒng)都有激光線在下層集裝箱上表面上； ② 僅有左右側(cè)的線激光視覺系統(tǒng)有激光線在下層集裝箱上表面上； ③ 僅有前后側(cè)的線激光視覺系統(tǒng)有激光線在下層集裝箱上表面上； ④ 所有線激光視覺系統(tǒng)都沒有激光線在下層集裝箱上表面上； 步驟四:進(jìn)行疊放角度對(duì)齊 對(duì)于步驟三中的情況①、②和③，直接選取下層集裝箱上表面的平行激光線進(jìn)行處理， 對(duì)于步驟三中的情況④，首先控制吊具左右或前后移動(dòng)，至少有一側(cè)的線激光視覺系統(tǒng)有 激光線投射到下層集裝箱上表面上； 對(duì)比兩條平行激光線的長(zhǎng)短，若兩條激光線一樣長(zhǎng)，則疊放角度已經(jīng)對(duì)齊；若兩條 激光線不一樣長(zhǎng)，則需調(diào)整吊具角度，使兩條激光線一樣長(zhǎng)，假設(shè)兩條激光線的間距為 /f，一條激光線長(zhǎng)4，另一條激光線長(zhǎng)4，則調(diào)整角度為 步驟五:進(jìn)行疊放位置對(duì)齊
首先前后移動(dòng)吊具，使前后側(cè)線激光視覺系統(tǒng)投射到下層集裝箱上表面上的激光線長(zhǎng) 度為零，即剛剛沒有激光線投射到下層集裝箱上表面上，實(shí)現(xiàn)前后位置對(duì)齊；然后左右移動(dòng) 吊具，使左右側(cè)線激光視覺系統(tǒng)投射到下層集裝箱上表面上的激光線長(zhǎng)度為零，實(shí)現(xiàn)左右 位置對(duì)齊； 步驟六:控制對(duì)齊好的集裝箱輕輕落下，疊放在下層集裝箱上。
2. -種集裝箱疊放對(duì)齊測(cè)量系統(tǒng)，包括兩套或多套線激光視覺系統(tǒng)，其特征是：所述 兩套或多套線激光視覺系統(tǒng)（1)安裝在吊具（2)上， 所述線激光視覺系統(tǒng)包括處理器、線激光器（5)和攝像機(jī)（4)，攝像機(jī)1個(gè)，線激光器為 多個(gè)，能夠投射若干條平行的激光線； 所述線激光器出射口和攝像機(jī)鏡頭均垂直向下； 所述線激光視覺系統(tǒng)位于集裝箱（3)某個(gè)角的兩條相鄰邊上方，線激光視覺系統(tǒng)向吊 具外突出。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集裝箱疊放對(duì)齊的測(cè)量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：在吊具上安裝兩套或多套線激光視覺系統(tǒng)，系統(tǒng)工作時(shí)，處理器實(shí)時(shí)獲取兩套像機(jī)的圖像，提取每套圖像中投射到下層已放置集裝箱上頂面上的激光線，根據(jù)激光線的長(zhǎng)度對(duì)比計(jì)算集裝箱準(zhǔn)確疊放應(yīng)調(diào)整的前后左右位置和旋轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)上下層集裝箱的疊放對(duì)齊。
【IPC分類】G01C15-00, G01B11-00
【公開號(hào)】CN104655017
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094549
【發(fā)明人】于起峰, 張紅良, 張小虎, 曹動(dòng)
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日