專利名稱：一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法。本專利中的集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用到大部分的港口機(jī)械(如堆高機(jī)、正面吊等)。
背景技術(shù)：
集裝箱堆垛機(jī)械被廣泛應(yīng)用于集裝箱碼頭、鐵路中轉(zhuǎn)站、公路中間站以及集裝箱貨場(chǎng)，主要用于集裝箱的堆垛和搬運(yùn)?？占b箱堆垛可達(dá)九層，由于堆垛高度較高，每一層的集裝箱需要準(zhǔn)確的對(duì)齊，否則有可能導(dǎo)致集裝箱倒塌。當(dāng)堆垛機(jī)械堆垛集裝箱到較高層時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)、視角太高、吊具搖晃幅度較大，堆垛機(jī)械駕駛員難以準(zhǔn)確地將吊具上的集裝箱對(duì)準(zhǔn)下面已經(jīng)堆垛好的集裝箱，需要反復(fù)操作堆垛機(jī)械，才能對(duì)準(zhǔn)，這樣堆垛質(zhì)量得不到保證，而且大大影響堆垛機(jī)械的作業(yè)生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法，該集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法能有效提供堆垛對(duì)齊質(zhì)量，提高堆垛效率。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法，采用以下3種方法中的任一種方法實(shí)現(xiàn)方法1 采用2個(gè)激光雷達(dá)以及至少1個(gè)單目攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn)步驟1:方向?qū)R通過分別安裝在吊具左右側(cè)支架上的2臺(tái)激光雷達(dá)分別對(duì)集裝箱的左右兩側(cè)掃描，從而測(cè)得激光雷達(dá)到吊具上的集裝箱的兩側(cè)的水平距離bl和b2，以及測(cè)得激光雷達(dá)到已堆垛好的集裝箱的水平距離b3和b4，采用以下公式I3i = Ii .COS(Cii),其中i = 1，2，3，4山為激光雷達(dá)到集裝箱上某一點(diǎn)的直線距離，1^與131』2』3和b4對(duì)應(yīng)，Qi為Ii與水平面的夾角；通過吊具移動(dòng)，使得bl = 1^即讓圖3中的θ =0，即消除了吊具上的集裝箱與已經(jīng)堆垛好的集裝箱之間的角度差；步驟2:左右對(duì)齊使用安裝在吊具支架上的單目攝像機(jī)對(duì)吊具上的集裝箱的左端或右端進(jìn)行拍照， 在所得圖像中檢測(cè)出其中的2條邊緣線，一條邊緣線為吊具上的集裝箱的一側(cè)的邊緣線， 另一條邊緣線為已堆垛好的集裝箱的側(cè)邊緣線，根據(jù)所述2條邊緣線在圖像之間的距離，
再結(jié)合攝像機(jī)的標(biāo)定，得到吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱左右方向上的實(shí)際距離 f ；通過吊具移動(dòng)吊具上的集裝箱，使得f = 0，即消除集裝箱的左右位置差；步驟3:前后對(duì)齊使用步驟1中的測(cè)量方法，得到上下集裝箱的前后位置差，將集裝箱移動(dòng)，使得前后位置差為零，即使得吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱前后對(duì)齊，完成集裝箱的對(duì)
4準(zhǔn)；最后讓吊具下降，把吊具上的集裝箱放置在已經(jīng)堆垛好的集裝箱上；方法2 采用2個(gè)立體攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn)步驟a:方向?qū)R在吊具兩側(cè)各設(shè)置1個(gè)立體攝像機(jī)，每一個(gè)立體攝像機(jī)包括兩個(gè)單目攝像機(jī)L和 R;每一個(gè)立體攝像機(jī)測(cè)量集裝箱上的某一點(diǎn)到立體攝像機(jī)基線即LR連線的方法如下對(duì)于任一個(gè)立體攝像機(jī)包含的單目攝像機(jī)L和R，在吊具上的集裝箱或下面已經(jīng)堆垛好的集裝箱上選擇某一標(biāo)志點(diǎn)記為0，兩個(gè)單目攝像機(jī)L和R的焦距均為w，兩個(gè)單目攝像機(jī)L和R之間距離為b，LO為L(zhǎng)拍攝到的圖像即左邊圖像的中心，Lx為點(diǎn)0在左邊圖像上的成像，RO為R拍攝到的圖像即右邊圖像的中心，Rx為點(diǎn)0在右邊圖像上的成像，則0 點(diǎn)到LR連線的垂直距離為ζ = bw/lxfhl，其中&為點(diǎn)Lx在左邊圖像中的橫坐標(biāo)，xE為點(diǎn)Rx在右邊圖像中的橫坐標(biāo)；對(duì)于同一臺(tái)立體攝像機(jī)，分別在吊具上的集裝箱和下面已經(jīng)堆垛好的集裝箱上各選取一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，求得的每一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)到該臺(tái)立體攝像機(jī)的距離z，2個(gè)ζ值的差值即為該立體攝像機(jī)處前后方向的位置差d ；比較兩個(gè)立體攝像機(jī)處的位置差，結(jié)合兩個(gè)立體攝像機(jī)之間的距離，求出上下集裝箱的角度差θ ；通過吊具移動(dòng)，使得上集裝箱與下集裝箱的角度差θ得以消除；步驟b:左右對(duì)齊使用任一立體攝像機(jī)包含的任一個(gè)單目攝像機(jī)對(duì)吊具上的集裝箱的左端或右端進(jìn)行拍照，所得圖像中包含有2條邊緣線，一條邊緣線為吊具上的集裝箱的一側(cè)的邊緣線， 另一條邊緣線為已堆垛好的集裝箱的側(cè)邊緣線，根據(jù)所述2條邊緣線在圖像之間的距離，
再結(jié)合攝像機(jī)的標(biāo)定，得到吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱左右方向上的實(shí)際距離 f ；通過吊具移動(dòng)吊具上的集裝箱，使得f = 0，即消除集裝箱的左右位置差；步驟C:前后對(duì)齊使用步驟a中的測(cè)量方法，得到上下集裝箱的前后位置差，移動(dòng)吊具，將集裝箱往后方移動(dòng)，使得前后位置差為零，即完成集裝箱的對(duì)準(zhǔn)；最后讓吊具下降，把吊具上的集裝箱放置在已經(jīng)堆垛好的集裝箱上。方法3 方法1和方法2的融合使集裝箱對(duì)準(zhǔn)，方法1中的攝像頭采用立體攝像機(jī)中兩個(gè)攝像頭中的任意一個(gè)攝像頭，包括以下步驟步驟I:方向?qū)R將方法1中步驟1中測(cè)得的h與方法2中步驟a中測(cè)得的兩個(gè)ζ值通過冗余數(shù)據(jù)的融合方法取加權(quán)平均以增強(qiáng)測(cè)量的精度，再移動(dòng)吊具移動(dòng)實(shí)現(xiàn)集裝箱的方向?qū)R；融合方法如下根據(jù)激光雷達(dá)和立體視覺在不同距離上的測(cè)量精度，再考慮當(dāng)時(shí)環(huán)境的影響，確定激光雷達(dá)和立體攝像機(jī)各自的加權(quán)系數(shù)，通過加權(quán)平均得到最后的結(jié)果。 假設(shè)&為激光雷達(dá)的誤差，&為立體視覺的誤差，它們均為隨機(jī)變量。&是[-1，1]上的均勻分布，)(2是[_h，h]上的均勻分布，由于激光雷達(dá)較為精確，所以h> 1。
融合策略如下
權(quán)利要求
1. 一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，采用以下3種方法中的任一種方法實(shí)現(xiàn) 方法1 采用2個(gè)激光雷達(dá)以及至少1個(gè)單目攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn) 步驟1:方向?qū)R通過分別安裝在吊具左右側(cè)支架上的2臺(tái)激光雷達(dá)分別對(duì)集裝箱的左右兩側(cè)掃描，從而測(cè)得激光雷達(dá)到吊具上的集裝箱的兩側(cè)的水平距離bl和b2，以及測(cè)得激光雷達(dá)到已堆垛好的集裝箱的水平距離b3和b4，采用以下公式bi = I^cos(Cii),其中i = l，2，3，4;li為激光雷達(dá)到集裝箱上某一點(diǎn)的直線距離，bi 與bl、b2、b3和b4對(duì)應(yīng)，Qi為Ii與水平面的夾角；通過吊具移動(dòng)，使得bl = b2，即消除了吊具上的集裝箱與已經(jīng)堆垛好的集裝箱之間的角度差；步驟2 左右對(duì)齊使用安裝在吊具支架上的單目攝像機(jī)對(duì)吊具上的集裝箱的左端或右端進(jìn)行拍照，在所得圖像中檢測(cè)出其中的2條邊緣線，一條邊緣線為吊具上的集裝箱的一側(cè)的邊緣線，另一條邊緣線為已堆垛好的集裝箱的側(cè)邊緣線，根據(jù)所述2條邊緣線在圖像之間的距離，再結(jié)合攝像機(jī)的標(biāo)定，得到吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱左右方向上的實(shí)際距離f ； 通過吊具移動(dòng)吊具上的集裝箱，使得f = 0，即消除集裝箱的左右位置差； 步驟3:前后對(duì)齊使用步驟1中的測(cè)量方法，得到上下集裝箱的前后位置差，將集裝箱移動(dòng)，使得前后位置差為零，即使得吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱前后對(duì)齊，完成集裝箱的對(duì)準(zhǔn)； 最后讓吊具下降，把吊具上的集裝箱放置在已經(jīng)堆垛好的集裝箱上； 方法2 采用2個(gè)立體攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn) 步驟a:方向?qū)R在吊具兩側(cè)各設(shè)置1個(gè)立體攝像機(jī)，每一個(gè)立體攝像機(jī)包括兩個(gè)單目攝像機(jī)L和R ； 每一個(gè)立體攝像機(jī)測(cè)量集裝箱上的某一點(diǎn)到立體攝像機(jī)基線即LR連線的方法如下 對(duì)于任一個(gè)立體攝像機(jī)包含的單目攝像機(jī)L和R，在吊具上的集裝箱或下面已經(jīng)堆垛好的集裝箱上選擇某一標(biāo)志點(diǎn)記為0，兩個(gè)單目攝像機(jī)L和R的焦距均為w，兩個(gè)單目攝像機(jī)L和R之間距離為b，LO為L(zhǎng)拍攝到的圖像即左邊圖像的中心，Lx為點(diǎn)0在左邊圖像上的成像，RO為R拍攝到的圖像即右邊圖像的中心，Rx為點(diǎn)0在右邊圖像上的成像，則0點(diǎn)到 LR連線的垂直距離為ζ = bw/ I xL-xE I，其中&為點(diǎn)Lx在左邊圖像中的橫坐標(biāo)，xE為點(diǎn)Rx 在右邊圖像中的橫坐標(biāo)；對(duì)于同一臺(tái)立體攝像機(jī)，分別在吊具上的集裝箱和下面已經(jīng)堆垛好的集裝箱上各選取一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，求得的每一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)到該臺(tái)立體攝像機(jī)的距離z，2個(gè)ζ值的差值即為該立體攝像機(jī)處前后方向的位置差d ；比較兩個(gè)立體攝像機(jī)處的位置差，結(jié)合兩個(gè)立體攝像機(jī)之間的距離，求出上下集裝箱的角度差θ ；通過吊具移動(dòng)，使得上集裝箱與下集裝箱的角度差θ得以消除； 步驟b 左右對(duì)齊使用任一立體攝像機(jī)包含的任一個(gè)單目攝像機(jī)對(duì)吊具上的集裝箱的左端或右端進(jìn)行拍照，所得圖像中包含有2條邊緣線，一條邊緣線為吊具上的集裝箱的一側(cè)的邊緣線，另一條邊緣線為已堆垛好的集裝箱的側(cè)邊緣線，根據(jù)所述2條邊緣線在圖像之間的距離，再結(jié)合攝像機(jī)的標(biāo)定，得到吊具上的集裝箱與已堆垛好的集裝箱左右方向上的實(shí)際距離f ； 通過吊具移動(dòng)吊具上的集裝箱，使得f = 0，即消除集裝箱的左右位置差； 步驟c:前后對(duì)齊使用步驟a中的測(cè)量方法，得到上下集裝箱的前后位置差，移動(dòng)吊具，將集裝箱往后方移動(dòng)，使得前后位置差為零，即完成集裝箱的對(duì)準(zhǔn)；最后讓吊具下降，把吊具上的集裝箱放置在已經(jīng)堆垛好的集裝箱上。 方法3 方法1和方法2的融合使集裝箱對(duì)準(zhǔn)，方法1中的攝像頭采用立體攝像機(jī)中兩個(gè)攝像頭中的任意一個(gè)攝像頭，包括以下步驟 步驟I 方向?qū)R將方法1中步驟1中測(cè)得的h與方法2中步驟a中測(cè)得的兩個(gè)ζ值通過冗余數(shù)據(jù)的融合方法取加權(quán)平均以增強(qiáng)測(cè)量的精度，再移動(dòng)吊具移動(dòng)實(shí)現(xiàn)集裝箱的方向?qū)R； 步驟II 按照方法2的步驟b實(shí)現(xiàn)左右對(duì)齊。步驟III 按照步驟I的方法通過冗余數(shù)據(jù)融合方法得到上下集裝箱的前后位置差，移動(dòng)集裝箱以消除此位置差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的標(biāo)志點(diǎn)為集裝箱上的任何一個(gè)成像特征點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，激光雷達(dá)掃描線所經(jīng)過的平面為豎直平面，立體攝像機(jī)或單目攝像機(jī)的視角向下傾斜，以便拍攝到吊具上的集裝箱和已堆垛好的集裝箱。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法的集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括2 個(gè)激光雷達(dá)、2臺(tái)立體攝像機(jī)以及帶顯示屏的工控機(jī)，所述的激光雷達(dá)和立體攝像機(jī)通過支架安裝于吊具左右兩側(cè)，每側(cè)一個(gè)激光雷達(dá)和一個(gè)立體攝像機(jī)。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的集裝箱對(duì)準(zhǔn)方法的集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，工控機(jī)上設(shè)有顯示屏，所述的顯示屏安裝在堆垛機(jī)械駕駛?cè)藛T身邊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法，采用以下3種方法中的任一種方法實(shí)現(xiàn)方法1采用2個(gè)激光雷達(dá)以及至少1個(gè)單目攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn)；方法2采用2個(gè)立體攝像機(jī)測(cè)量并對(duì)準(zhǔn)；方法3方法1和方法2的融合使集裝箱對(duì)準(zhǔn)，方法1中的攝像頭采用立體攝像機(jī)中的攝像頭。該集裝箱對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)及對(duì)準(zhǔn)方法能有效保證堆垛對(duì)齊質(zhì)量，提高堆垛效率。
文檔編號(hào)B66C13/08GK102431895SQ201110263679
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者余伶俐, 唐琎, 梁珊, 梁雄, 蔡自興 申請(qǐng)人:中南大學(xué)