本發(fā)明涉及集裝箱碼頭或堆場的集裝箱起重機大車定位技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)及方法。

背景技術：

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標的形態(tài)信息，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標物的特征，進而識別測量目標物坐標，根據其實時坐標與理論基準坐標比較的結果，來控制設備相應機構動作，實現設備自動精確定位、對位。

集裝箱碼頭或堆場作業(yè)時，集裝箱起重機在實現大車精確定位過程中，司機通常是坐在司機室彎著腰，低著頭操作設備；操作時設備本身晃動就比較大，加上一直彎腰低頭，司機很容易疲勞，且容易患腰椎或頸椎損傷等方面的職業(yè)病。如果能夠實現設備的自動定位將大大降低起重機司機的勞動強度。

當集裝箱起重機大車上吊具中心點在大車行進方向與需對位的目標物（待吊箱或待放列為頂部集裝箱或集卡車板或地面箱位標識線）的中心在地球絕對坐標系里完全重合時，起重機能精準抓放箱，此時從起重機上大車方向坐標位置相對固定的相機坐標系測得的目標物在大車行進方向的坐標值為理論基準坐標值，集裝箱起重大車方向精確定位的目標是實現目標物實測大車行進方向的坐標值與理論基準值一致。

目前龍門式起重機大車方向自動定位通常是通過在堆場上安裝定位用磁釘、磁條、格雷母線等通過編碼的方式來實現，也有通過dgps技術實現。格雷母線、磁釘、磁條定位直線精度可保證，即裝磁釘、磁條或格雷母線一側的位置精度可以保證。但這些定位方法由于磁條、磁釘、格雷母線及配套的讀寫器硬件成本本身就高昂，加上磁釘、磁條預埋、格雷母線架設施工成本?？傮w成本十分高昂。且這些方案還存在定位精度無法滿足使用要求，需其他機構輔助進一步定位。例如使用磁條、格雷母線，起重機與集卡車道跑偏夾角無法測量，而rtg跑偏量較大，夾角很大，此誤差會導致rtg在該貝位作業(yè)時，起重機吊具中心點與該貝位上待吊的各列箱的中心點前后方向的偏差超過堆箱的國際標準(38mm)。對于吊具在無大車方向無防搖機構及微動機構的起重機而言，大車方向定位不準，在抓放箱時，需點動大車來消除這個定位偏差，而大車點動，意味著要犧牲效率。

橋式起重機大車方向目前尚無自動定位解決方案，基本依靠起重機司機的經驗人工進行，定位經常不準，需要司機手動點動微調，進而導致吊具搖晃，影響整條船的裝卸效率。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)及方法，其利用機器視覺技術，對目標物的實時位置與理論位置進行比較后發(fā)出定位指令，設備簡單，成本低廉，維護方便，大大提高了起重機大車的定位效率。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)，包括有主控機，主控機與攝像設備以及起重機大車系統(tǒng)的plc控制器信號連接，攝像設備安裝于起重機上，攝像設備用于拍攝含目標物的現場實時畫面，并將其傳輸至主控機上，主控機采用圖像處理軟件獲取所述目標物的實時位置，并與所述目標物的理論基準位置相比較，得出目標物實時位置與理論基準位置在大車行進方向上的坐標差，再由plc控制器根據該坐標差控制大車行走機構或吊具橫移機構沿大車方向橫向移動相應的距離，完成起重機大車方向的精確定位。

優(yōu)化的技術措施還包括：

上述的攝像設備為單目攝像設備或者雙目攝像設備，雙目攝像設備為雙鏡頭的主動攝像設備或者成對的單鏡頭主動攝像設備。

上述的主控機與服務器信號連接，服務器用于存儲存含貝位號及集裝箱箱號信息的生產作業(yè)指令系統(tǒng)，主控機根據所述攝像設備攝取目標物上的的貝位號、集裝箱箱號與從所述服務器獲取的正確作業(yè)的貝位號以及集裝箱箱號進行對比。

上述的主控機與所述服務器之間通過數據i/o接口連接配合。

上述的目標物為鋪設或樹立于大車跑道附近的標志板、目標列位堆在頂部的集裝箱、目標列位地面箱位畫線，目標物的目標特征為標志板上易于圖像識別的含貝位號信息的圖案、作業(yè)列位集裝箱頂部箱角、箱孔或輪廓線、作業(yè)列位地面箱位標志線。

上述的大車行走機構包括大車變頻器、馬達、譯碼器、聯軸器、減速箱以及大車車輪。

上述的吊具橫移機構包括吊具上架、橫移滑軌或懸垂臂以及推桿，推桿連接于所述吊具上架和吊具之間。

上述的攝像設備為工業(yè)相機或者監(jiān)控相機，攝像設備上設置有補光裝置；主控機為工業(yè)電腦或者單片機。

一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：

步驟一、起重機接到作業(yè)指令，大車向目標貝位移動完成粗定位，使目標物進入攝像設備的拍攝范圍內；

步驟二、攝像設備啟動進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面?zhèn)鬏斨林骺貦C；

步驟三、主控機用圖像處理軟件根據目標特征識別目標物，并測量目標物的目標特征的實時位置，推算出目標物中心點大車行進方向的的實時坐標，并且將該中心點的實時位置與理論基準位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至plc控制器；

步驟四、plc控制器根據所獲得的坐標修正值控制大車行走機構或者吊具橫移機構，完成大車方向的精確定位。

作為改進，一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：

步驟一、起重機接到作業(yè)指令，大車向目標貝位移動完成粗定位，使目標物進入攝像設備的拍攝范圍內；

步驟二、攝像設備啟動進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面?zhèn)鬏斨林骺貦C；

步驟三、主控機通過字符識別軟件識別畫面中目標物上的貝位號或者集裝箱箱號，與服務器上作業(yè)指令中正確的貝位號或者集裝箱箱號進行對比，錯誤操作停止，正確操作繼續(xù)；

步驟四、主控機用圖像處理軟件根據目標特征識別目標物，并測量目標物的實時位置，推算出目標物中心點的實時坐標，并且將該中心點的實時位置與理論基準位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至plc控制器；

步驟五、plc控制器根據所獲得的坐標修正值控制大車行走機構或者吊具橫移機構進行調整，調整后重復步驟四，得到新的坐標修正值；

步驟六、將步驟五中的坐標修正值與設定的誤差允許值進行比較，大于誤差允許值則重復步驟五，小于或者等于誤差允許值則停止循環(huán)，完成起重機大車方向精確定位。

本發(fā)明的一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)，利用機器視覺技術，由攝像設備拍攝實時圖像并傳輸至主控機，由主控機內安裝的圖像處理軟件根據目標特征識別目標物并測得目標物在起重機大車行進方向的實時位置，將該值與理論基準位置相比較，得到目標物的坐標偏差值，plc控制器根據所獲得的坐標修正值控制大車行走機構或者吊具橫移機構完成精確定位；其設備簡單，成本低廉，維護方便，能夠大大提高了起重機大車的定位效率。

另外，由主控機內安裝的數字識別軟件對目標物上的貝位號、集裝箱箱號進行識別，將識別得到的貝位號、集裝箱箱號與從服務器中獲得的正確的貝位號、集裝箱箱號進行對比驗證，確認正確后再進行后續(xù)操作；通過貝位號、集裝箱箱號的驗證，保證了操作的正確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的框架示意圖；

圖2是本發(fā)明的定位系統(tǒng)完成起重機大車方向定位的流程圖；

圖3是本發(fā)明的裝置安裝示意圖；

圖4是圖3中a部放大后的左視圖；

圖5是圖3的俯視圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

其中的附圖標記為：主控機1、攝像設備2、補光裝置21、plc控制器3、大車行走機構4、目標物5、起重機大梁6、服務器7、數據i/o接口71、吊具橫移機構8、吊具上架81、懸垂臂82、推桿83、吊具84、集裝箱9。

實施例一、一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)，包括有主控機1，主控機1與攝像設備2以及起重機大車系統(tǒng)的plc控制器3信號連接，攝像設備2安裝于起重機上，攝像設備2用于拍攝含目標物5的現場實時畫面，并將其傳輸至主控機1上，主控機1采用圖像處理軟件獲取所述目標物5的實時位置，并與所述目標物5的理論基準位置相比較，得出目標物5實時位置與理論基準位置在大車行進方向上的坐標差，再由plc控制器3根據該坐標差控制大車行走機構4或吊具橫移機構8沿大車方向橫向移動相應的距離，完成起重機大車方向的精確定位。

實施例中，攝像設備2為單目攝像設備或者雙目攝像設備，雙目攝像設備為雙鏡頭的主動攝像設備或者成對的單鏡頭主動攝像設備。

攝像設備2可以安裝在起重機大梁6上，起重機的鞍梁上，也可以安裝在小車車架上，只要保證攝像設備2能夠拍攝到目標物5即可。

一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：

步驟一、起重機接到作業(yè)指令，大車向目標貝位移動完成粗定位，使目標物5進入攝像設備2的拍攝范圍內；

步驟二、攝像設備2啟動進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面?zhèn)鬏斨林骺貦C1；

步驟三、主控機1用圖像處理軟件根據目標特征識別目標物5，并測量目標物的實時位置，推算出目標物中心點大車行進方向的的實時坐標，并且將該中心點的實時位置與理論基準位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至plc控制器3；

步驟四、plc控制器3根據所獲得的坐標修正值控制大車行走機構4或者吊具橫移機構8移動，完成大車方向的精確定位。

例如：目標特征的理論基準位置為x1，測得的目標特征的實時位置為x2，根據實時位置x2與理論基準位置x1計算出兩者之差y1(坐標修正值)。plc控制器3根據坐標修正值y1控制大車行走機構4或者吊具橫移機構8沿大車方向橫向移動相應的距離，完成精確定位。

實施例中，大車行走機構4包括大車變頻器、馬達、譯碼器、聯軸器、減速箱以及大車車輪。

實施例中，吊具橫移機構8包括吊具上架81、橫移滑軌或懸垂臂82以及推桿83，推桿83連接于所述吊具上架81和吊具84之間。懸垂臂82為連桿或者吊鏈，通過橫移滑軌或懸垂臂82的連接，使吊具84與吊具上架81之間能夠完成橫向移動，移動時通過推桿83的作用完成。

由于大車的移動會引起吊具的晃動，因此在小范圍內移動時，如起重機裝有吊具橫移機構8，盡可能選擇吊具橫移機構8完成精確定位。

實施例中，目標物5為鋪設或樹立于大車跑道附近的標志板、目標列位堆在頂部的集裝箱、目標列位地面箱位畫線，目標物5的目標特征為標志板上易于圖像識別的圖案、作業(yè)列位集裝箱頂部箱角、箱孔或輪廓線、作業(yè)列位地面箱位標志線。作為優(yōu)化措施，標志板上易于圖像識別的圖案包含有貝位號信息，如貝位號，含貝位號信息的條形碼或二維碼。實施例中的圖案由白底黑字貝位號構成。

由于目標物5均為標準尺寸(標志板人為設置，其尺寸規(guī)格可自行設置；而集裝箱的尺寸規(guī)格則有國際標準)，所以這些目標物與目標物的中心距離存在著一一對應關系，測得目標物坐標值，即可推算出目標物中心的坐標值。

在具體實施過程中，鋪設或樹立于大車跑道附近的標志板以及目標列位堆在頂部的集裝箱或者目標列位地面箱位畫線可以同時作為目標物5，兩者相互輔助、應證。

當以標志板為主要目標物5時，目標列位上的集裝箱或者地面箱位畫線即為輔助目標物5，相反當目標列位上的集裝箱或者地面箱位畫線為主要目標物5時，標志板即為輔助目標物5。

實施例中，攝像設備2為工業(yè)相機或者監(jiān)控相機，攝像設備2上設置有補光裝置21；主控機1為工業(yè)電腦或者單片機。

實施例二、在上述起重機大車精確定位系統(tǒng)的基礎上，進行改進和拓展：

實施例中，主控機1與服務器7信號連接，服務器7用于存儲存含貝位號及集裝箱箱號信息的生產作業(yè)指令系統(tǒng)，主控機1根據所述攝像設備2攝取目標物上的貝位號、集裝箱箱號與從所述服務器7獲取的正確作業(yè)的貝位號以及集裝箱箱號進行對比。

實施例中，主控機1與所述服務器7之間通過數據i/o接口71連接配合。

如圖2所示的流程圖，一種基于機器視覺的起重機大車方向精確定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：

步驟一、起重機接到作業(yè)指令，大車向目標貝位移動完成粗定位，使目標物5進入攝像設備2的拍攝范圍內；

步驟二、攝像設備2啟動進行實時拍攝，并將含有目標物的實時畫面?zhèn)鬏斨林骺貦C1；

步驟三、主控機1通過字符識別軟件識別畫面中目標物上的貝位號或者集裝箱箱號，與服務器7上作業(yè)指令中正確的貝位號或者集裝箱箱號進行對比，錯誤操作停止，正確操作繼續(xù)；

步驟四、主控機1用圖像處理軟件根據目標特征識別目標物5，并測量目標物的目標特征的實時位置，推算出目標物中心點的實時坐標，并且將該中心點的實時位置與理論基準位置相對比，得出目標物的坐標修正值，并將該坐標修正值傳輸至plc控制器3；

步驟五、plc控制器3根據所獲得的坐標修正值控制大車行走機構4或者吊具橫移機構8進行調整，調整后重復步驟四，得到新的坐標修正值；

步驟六、將步驟五中的坐標修正值與設定的誤差允許值進行比較，大于誤差允許值則重復步驟五，小于或者等于誤差允許值則停止循環(huán)，完成起重機大車方向精確定位。

本實施例中的定位方法在完成精確定位前，增加了對貝位號、集裝箱箱號的對比確認過程，保證了抓放集裝箱9操作的準確性，避免了誤操作。

本起重機大車方向精確定位系統(tǒng)不僅適用于龍門式起重機，也適用于橋式起重機。應用于橋式起重機時，目標物5鋪設或樹立于船舷附近。

本發(fā)明的最佳實施例已闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發(fā)明的范圍。