[发明专利]集装箱起重机的吊具空间姿态的检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种起重机的控制系统，尤其是涉及集装箱起重机的吊具空间姿态的检测方法和装置。

背景技术

为了提高集装箱的装卸效率、降低人工成本，越来越多的港口开始使用自动化的集装箱起重机。自动化的集装箱起重机的特点在于，装卸集装箱的过程中不需要人参与，它可以通过起重机大小车的编码器进行位置定位，使吊具定位于目标集装箱上方装卸集装箱，大大减少人工成本和工作强度。可以看出，这样的装卸集装箱的方法是一个半开环控制，其并没有直接检测到集装箱和吊具的姿态，从而确保姿态的准确性。而自动化起重机在运行过程中产生的振动、形变、编码器定位误差，都会影响到其定位的准确性。这会导致其在装卸箱的时候，吊具无法对准目标集装箱，从而带来了极大的安全隐患。

中国发明专利公开号CN1978306公开了一种集装箱吊具定位方法，该吊具包括吊具主体、安装在吊具主体上的导向板、安装在主体下方且与集装箱锁孔对应的扭锁，它还包括监控扭锁与锁孔位置关系的摄像头以及与摄像头连接的显示屏。在作业过程中，通过摄像头监视锁孔与扭锁的对准情况。此发明虽然使吊具的定位更为直观，快速，但还是需要人参与。

中国发明专利公开号CN101289156公开了一种基于全方位视觉传感器的智能集装箱吊具，通过图像识别的方法检测集装箱和吊具之间的选装角度、平移距离以及下放距离。此发明应用图像检测的方法会存在如下问题：

1)稳定性不高、受外界光线干扰严重。

2)吊具上的摄像头遭受装卸箱的振动，容易损坏。

3)只能检测到偏转角度和平移的偏差，无法检测到俯仰和侧倾方向的角度。而这两个角度是判断集装箱落地是否安全的主要判断依据。

4)只能用作抓箱操作，无法在放箱操作中应用。

中国专利申请号为95117368.0的专利公开了一种在集装箱起重机上检测吊具振摆的检测装置。其用2台摄像头和2个标记物，通过图像处理的方法检测标记物的位置，从而计算出吊具的偏转角度和平行振摆量。此发明应用了两个相机，成本较高，而且也只能检测出偏转角度和平行振摆量。无法测量平移、俯仰角度和侧倾角度。

发明内容

本发明提出一种起重机吊具空间姿态的检测装置，其能够无接触、全天候、快速、准确检测出吊具的空间姿态。

本发明提出一种使用上述检测装置的起重机吊具空间姿态的检测方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置，包括图像捕捉设备、三角架、三个发射灯、以及计算设备。图像捕捉设备安装在起重机的小车底部，该图像捕捉设备的光轴指向地面，其中以图像捕捉设备的光心为原点定义图像捕捉设备坐标系，并以小车上的任一点为原点定义参考点坐标系。三角架呈等腰三角形，其底边朝下与吊具连接。三个发射灯其正面垂直向上，分别固定于该三角架的三个角上。计算设备连接该图像捕捉设备，计算设备进一步包括存储模块、图像采集模块、位置识别模块、坐标转换模块、参考点转换模块、以及吊具中心计算模块。存储模块保存通过预先标定获得的各个发射灯之间距离、该图像捕捉设备的内部参数、图像捕捉设备和参考点坐标转换关系、以及三个发射灯到该吊具的几何中心的距离。图像采集模块通过图像捕捉设备的光学传感器将光线强度的模拟信号转换为数字信号，并按顺序组成图像。位置识别模块通过图像识别的方法在该图像中识别出三个发射灯的中心在图像中的位置。坐标转换模块，根据预存的各发射灯之间的距离和该图像捕捉设备的内部参数计算出三个发射灯在图像捕捉设备坐标系中的坐标。参考点转换模块根据预存的图像捕捉设备和参考点坐标转换关系计算三个发射灯在该参考点坐标系下的坐标，从而得到该吊具相对参考点的偏转角度、俯仰角度和侧倾角度。吊具中心计算模块根据三个发射灯中心在参考点坐标系下的坐标，以及预存的三个发射灯到该吊具的几何中心的距离，计算出该吊具的几何中心在参考点坐标系下的坐标，从而得到该吊具相对该参考点坐标系在大、小车方向上的偏移。

在本发明的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置的实施例中，上述三个发射灯为红外发射灯，上述图像捕捉设备为红外图像捕捉设备。

在本发明的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置的实施例中，上述图像捕捉设备的光轴与上述三角架顶点的发射灯的中心在垂直方向上对齐。

在本发明的集装箱起重机的吊具空间姿态的检测装置的实施例中，上述图像捕捉设备的内部参数包括：横向名义焦距、纵向名义焦距和主点位置。