CN109795953A - 自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统及其控制方法，包括由轨道吊定位单元、吊具姿态调整单元和集卡拖盘锁头定位单元组成的自动着箱模块，和由集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元组成的自动作业检测模块；轨道吊定位单元实现轨道吊对目标集装箱的定位；吊具姿态调整单元获取并基于目标集装箱信息控制吊具与目标集装箱的对位；集卡拖盘锁头定位单元用于获取并基于集卡拖盘锁头图像定位锁头的位置；集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元，用于基于获取的图像分析自动化运行期间是否发生集卡吊起、集卡移动或箱底存在异常，采用自动化检测技术替代人工检测，实现了轨道吊陆侧的全自动化作业。

Description

自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统及其控制方法

技术领域

本发明属于自动化集装箱码头技术领域，具体地说，是涉及一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动运行系统及其控制方法。

背景技术

自动化集装箱码头堆场轨道吊在陆侧进行收/发箱作业的交互对象是集卡。

集卡拖头的外形不一，所带的拖盘种类繁多，拖盘的形式、长度、高度、锁销位置等各不相同，所以不同集卡停车的位置各不相同，因此，自动化集装箱码头都是在堆场内与海侧交互区实现了全自动作业，在堆场陆侧交互区仅能实现半自动加人工远程作业。

自动化轨道吊在堆场陆侧对集卡进行全自动收/发箱作业，不仅对自动定位的精准程度要求高，更需要消除作业过程中异常情况带来的安全隐患，例如，收箱作业时，拖盘与集装箱未分离会导致轨道吊将集卡和集装箱一起吊起；发箱作业时，集卡异常移动会导致自动放箱失败，甚至可能会出现集装箱碰撞集卡司机室的情况；发箱作业时，集装箱箱底异物会导致放箱不准，集卡拖盘锁销不能完全进入集装箱箱角，若不能及时发现，集装箱卡车在运输过程中，极易发生集装箱颠落等现象。这些异常情况如果不能及时发现，将给安全生产带来很大的隐患。

传统人工操作轨道吊时，操作员作业时动态观察起升作业的情况，可以及时避免上述情况发生；但若使用自动化轨道吊无人驾驶，为避免上述异常情况发生，需要在陆侧自动作业过程中介入人工检查环节，这样虽然确保了安全，却降低了生产的自动化程度，进而降低生产效率。

发明内容

本申请提供了一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统及其控制方法，采用自动化检测技术替代人工检测，实现了轨道吊陆侧的全自动化作业，解决了现有自动化集装箱码头堆场陆侧在实现自动化运行时还需要人工介入检查的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，包括自动着箱模块和自动作业检测模块；所述自动着箱模块包括轨道吊定位单元、吊具姿态调整单元和集卡拖盘锁头定位单元；所述自动作业检测模块包括集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元；所述轨道吊定位单元，用于轨道吊对目标集装箱进行定位；所述吊具姿态调整单元，用于获取并基于目标集装箱信息控制吊具与目标集装箱的对位；所述集卡拖盘锁头定位单元，用于获取并基于集卡拖盘锁头图像定位锁头的位置；所述集卡防吊起单元，用于获取并基于集卡及集装箱的图像信息判断集卡是否被吊起；所述集卡防移动单元，用于获取并基于集卡的图像信息判断集卡停车位置是否发生移位；所述箱底异物检测单元，用于获取并基于集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息判断箱底是否存在异物。

提出一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行控制方法，应用于上述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统中，包括如下步骤：若接收到收箱作业指令，所述轨道吊定位单元控制轨道吊大车、小车运行至陆侧集卡的目标集装箱上方，并控制吊具下降；所述吊具姿态调整单元控制吊具在水平面内平移，以消除吊具和目标集装箱的位置偏差，实现吊具与目标集装箱的对位；在吊具吊起集装箱后，所述集卡防吊起单元判断集卡是否被吊起，在被吊起时发出报警信息并停止起升动作；以及，在吊具吊起集装箱过程中，所述箱底异物检测单元检测箱底是否存在异物，在存在异物时发出报警信息并停止吊具上升动作；若接收到发箱作业指令，所述轨道吊定位单元控制吊具带箱运行至陆侧目标集卡上方，所述集卡拖盘锁头定位单元对锁头进行定位，所述吊具姿态调整单元控制吊具在水平面内平移，以消除吊具所吊集装箱和目标集卡拖盘锁头的位置偏差，实现吊具所吊集装箱与目标集卡拖盘锁头的对位；在吊具下降过程中，所述集卡防移动单元判断目标集卡停车位置是否发生移位，在发生移位时发出报警信息并停止吊具下降动作；以及，在吊具下降过程中，所述箱底异物检测单元检测箱底是否存在异物，在存在异物时发出报警信息并停止吊具下降动作。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统及其控制方法中，系统包括自动着箱模块和自动作业检测模块，其中轨道吊定位单元、吊具姿态调整单元和集卡拖盘锁头定位单元共同组成自动着箱模块，实现吊具、集装箱和集卡拖盘之间的精准定位，大大提高轨道吊从集卡上自动取/放箱的成功率；集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元共同组成自动作业检测模块，确保轨道吊陆侧与集卡交互作业时不用加入人工检查环节，采用自动化检测技术替代人工检测，实现了轨道吊陆侧的全自动化作业，解决了现有自动化集装箱码头堆场陆侧在实现自动化运行时还需要人工介入检查的技术问题，提高了陆侧作业的自动化程度，大大节省作业时间，提高生产效率，同时可以避免异常带来的安全生产隐患。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 为本申请提出的自动化集装箱堆场陆侧自动化运行系统的系统架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出一种自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，适用于自动化集装箱码头堆场陆侧收/发箱的自动作业和自动检测，综合运行编码器技术、磁尺定位技术、激光扫描技术、机器视觉和图像处理等技术，实现堆场陆侧集卡及集装箱的自动精准定位，异常自动检测报警，无需人工介入检测，提高自动化程度；具体的，如图1所示，包括自动着箱模块1和自动作业检测模块2；自动着箱模块1包括轨道吊定位单元11、吊具姿态调整单元12和集卡拖盘锁头定位单元13；自动作业检测模块2包括集卡防吊起单元21、集卡防移动单元22和箱底异物检测单元23。

轨道吊定位单元11用于轨道吊对目标集装箱进行定位；吊具姿态调整单元12用于获取目标集装箱信息，以实现基于目标集装箱信息控制吊具与目标集装箱的对位；集卡拖盘锁头定位单元13用于获取集卡拖盘锁头图像，以实现基于集卡拖盘锁头图像定位锁头的位置；集卡防吊起单元21用于获取集卡及集装箱的图像信息，以实现基于集卡和集装箱的图像信息判断集卡是否被吊起；集卡防移动单元22用于获取集卡的图像信息，以实现基于集卡的图像信息判断集卡停车位置是否发生移位；箱底异物检测单元23用于获取集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息，以实现基于集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息判断箱底是否存在异物。

轨道吊定位单元11即对轨道吊空间位置的定位，具体包括大车定位装置111、小车定位装置112和起升定位装置113，分别实现大车的定位、小车的定位和吊具的起升定位；大车定位装置111包括大车电机上同轴安装的大车增量编码器和安装在场地上的射频磁钉，通过大车增量编码器和射频磁钉提供的信息互相校验实现轨道吊大车的定位；小车定位装置112包括小车电机上同轴安装的小车增量编码器和安装在小车轨道梁上的线性磁尺绝对值编码器，通过小车增量编码器和线性磁尺绝对值编码器提供的信息相互校验实现轨道吊小车的定位；起升定位装置113包括起升电机同轴安装的起升增量编码器和与钢丝绳卷筒同轴安装的三合一电子凸轮自带的绝对值编码器，通过起升增量编码器和绝对值编码器提供的信息相互校验实现轨道吊吊具的起升定位。

该轨道吊定位单元11还包括微动定位装置114，微动定位装置114包括吊具上架上安装的四个带绝对值编码器的电动推杆，通过四个微动电机的控制调整吊具在大车和小车方向上的定位误差。

吊具姿态调整单元12包括轨道吊上安装的激光扫描仪、CPU、PLC和微动机构；激光扫描仪，用于扫描目标集装箱获取目标集装箱信息，目标集装箱信息包括但不限定于集装箱的高度、长度、箱子轮廓和/或陆侧集卡拖盘锁头位置等信息；CPU，用于接收激光扫描仪获取的目标集装箱信息，并对目标集装箱信息进行运算处理，基于处理结果分配PLC控制吊具上架的微动机构的方向和位移，可以实现吊具上架相对吊具零点位置可容纳误差范围内的水平位移和水平面旋转，消除吊具和目标集装箱的位置偏差，从而实现吊具和目标集装箱的精确对位。

集卡拖盘锁头定位单元13包括集卡车道一侧安装的若干升降装置和安装于升降装置上的摄像头，集卡车道的另一侧安装标有检测刻度的隔离板，摄像头基于升降装置调节高度对准锁头进行拍摄，每个摄像头拍摄到锁头在隔离板刻度上的投影，基于摄像头拍摄到的锁头在隔离板上的投影，计算出锁头的位置，再综合所有摄像头拍摄的图像、根据箱型和车型进行推算得到锁头的精准位置，实现对锁头的定位，从而实现对目标集装箱的精准定位。

集卡防吊起单元21包括安装在集卡车道侧方或者后方的摄像头，用于采集卸车过程中集卡及集装箱的图像信息，经过图像分析进行防吊起检测判断，当检测到车架吊起时，输出报警信息，并自动停止起吊作业，同时将摄像头获取的图像显示至远程监控屏上，远侧操控员可以通过图像显示确认当前的报警是虚报还是真实报警，若为虚报，则消除报警恢复自动化作业，若为真报警，则进行后续的故障排查。

集卡防移动单元22包括安装在集卡车道侧方或者后方的摄像头，用于获取吊具下降过程中集卡的图像信息，经过图像分析进行集卡停车位置的检测判断，若集卡停车位置发生了移动，则输出报警信息，并自动停止吊具下降，同时将摄像头获取的图像显示至远程监控屏上，远侧操控员可以通过图像显示确认当前的报警是虚报还是真实报警，若为虚报，则消除报警恢复自动化作业，若为真报警，则进行后续的故障排查。

本申请的一个具体实施例中，集卡停车位置的检测判断具体包括：摄像头按照设定时间间隔获取集卡的图像信息，例如0.5秒，或者获取集卡的视频流使用，经过图像或视频分析判断集卡位置发生移动后，将移动判断标识加1，继而连续判断集卡位置是否发生移动，每发生一次将判断标识加1，则若在设定的时间段内，例如2秒，判断标识累计值超过5次，则判断集卡停车位置发生了移动。

箱底异物检测单元23包括安装在集卡交区车道一侧的若干摄像头，用于获取集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息，经过图像分析判断箱底是否存在异物，若存在异物，则输出报警信息，并自动停止吊具上升/下降，同时将摄像头获取的图像显示至远程监控屏上，远侧操控员可以通过图像显示确认当前的报警是虚报还是真实报警，若为虚报，则消除报警恢复自动化作业，若为真报警，则进行后续的故障排查。

结合上述集卡防吊起单元21、集卡防移动单元22和箱底异物检测单元23中的报警方式，本申请实施例中的自动作业检测模块2还包括检测异常处理单元24，用于在集卡被吊起、集卡停车位置发生移位和/或箱底存在异物时发出报警信息，并将异常信息显示至远程监控屏上，以及，接收远程监控指令并执行；远程监控指令为继续自动化作业指令或停止自动化作业指令。

基于上述提出的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，下面以一个具体的实施例说明基于该自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统的控制方法和作业流程。

若接收到自动化轨道吊控制系统发送的收箱作业指令，轨道吊定位单元11控制轨道吊大车、小车运行至陆侧集卡的目标集装箱上方，并控制吊具下降；吊具姿态调整单元控制吊具在水平面内平移，以消除吊具和目标集装箱的位置偏差，实现吊具与目标集装箱的对位；在吊具吊起集装箱后，集卡防吊起单元判断集卡是否被吊起，在被吊起时，检测异常处理单元24发出报警信息并停止起升动作;以及，在吊具吊起集装箱过程中，所述箱底异物检测单元检测箱底是否存在异物，在存在异物时发出报警信息并停止吊具上升动作;并将异常信息显示至远程监控屏上，以及，接收远程监控指令并执行，这里的远程监控指令为继续自动化作业指令或停止自动化作业指令。

若接收到自动化轨道吊控制系统发送的发箱作业指令，轨道吊定位单元11控制吊具带箱运行至陆侧目标集卡上方，集卡拖盘锁头定位单13元对锁头进行定位，吊具姿态调整单元12控制吊具在水平面内平移，以消除吊具所吊集装箱和目标集卡拖盘锁头的位置偏差，实现吊具所吊集装箱与目标集卡拖盘锁头的对位；在吊具下降过程中，集卡防移动单元22判断目标集卡停车位置是否发生移位，在发生移位时，检测异常处理单元24发出报警信息并停止吊具下降动作，并将异常信息显示至远程监控屏上，接收远程监控指令并执行；以及，在吊具下降过程中，箱底异物检测单元23检测箱底是否存在异物，在存在异物时，检测异常处理单元24发出报警信息并停止吊具下降动作;并将异常信息显示至远程监控屏上，以及，接收远程监控指令并执行，这里的远程监控指令为继续自动化作业指令或停止自动化作业指令。

上述本申请提出的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统和方法中，包括自动着箱模块和自动作业检测模块，其中轨道吊定位单元、吊具姿态调整单元和集卡拖盘锁头定位单元共同组成自动着箱模块，实现吊具、集装箱和集卡拖盘之间的精准定位，大大提高轨道吊从集卡上自动取放箱的成功率；集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元共同组成自动作业检测模块，确保轨道吊陆侧与集卡交互作业时不用加入人工检查环节，采用自动化检测技术替代人工检测，实现了轨道吊陆侧的全自动化作业，解决了现有自动化集装箱码头堆场陆侧在实现自动化运行时还需要人工介入检查的技术问题，提高了陆侧作业的自动化程度，大大节省作业时间，提高生产效率，同时可以避免异常带来的安全生产隐患。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，包括自动着箱模块和自动作业检测模块；所述自动着箱模块包括轨道吊定位单元、吊具姿态调整单元和集卡拖盘锁头定位单元；所述自动作业检测模块包括集卡防吊起单元、集卡防移动单元和箱底异物检测单元；

所述轨道吊定位单元，用于轨道吊对目标集装箱进行定位；所述吊具姿态调整单元，用于获取并基于目标集装箱信息控制吊具与目标集装箱的对位；所述集卡拖盘锁头定位单元，用于获取并基于集卡拖盘锁头图像定位锁头的位置；

所述集卡防吊起单元，用于获取并基于集卡及集装箱的图像信息判断集卡是否被吊起；所述集卡防移动单元，用于获取并基于集卡的图像信息判断集卡停车位置是否发生移位；所述箱底异物检测单元，用于获取并基于集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息判断箱底是否存在异物。

2.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述轨道吊定位单元包括大车定位装置、小车定位装置和起升定位装置；

所述大车定位装置包括大车电机上同轴安装的大车增量编码器和安装在场地上的射频磁钉，通过所述大车增量编码器和所述射频磁钉提供的信息实现大车定位；

所述小车定位装置包括小车电机上同轴安装的小车增量编码器和安装在小车轨道梁上的线性磁尺绝对值编码器，通过所述小车增量编码器和所述线性磁尺绝对值编码器提供的信息实现小车定位；

所述起升定位装置包括起升电机同轴安装的起升增量编码器和与钢丝绳卷筒同轴安装的绝对值编码器，通过所述起升增量编码器和所述绝对值编码器提供的信息实现起升定位。

3.根据权利要求2所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述吊具姿态调整单元包括轨道吊上安装的激光扫描仪、CPU、PLC和微动机构；

所述激光扫描仪，用于扫描目标集装箱获取所述目标集装箱信息，所述目标集装箱信息包括高度、长度、箱子轮廓和/或陆侧集卡拖盘锁头位置信息；所述CPU，用于接收并对所述目标集装箱信息进行处理，并基于处理结果分配所述PLC控制所述微动机构的方向和位移。

4.根据权利要求2所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述轨道吊定位单元还包括微动定位装置，所述微动定位装置包括吊具上架上安装的四个带绝对值编码器的电动推杆，通过四个微动电机的控制调整所述吊具在大车和小车方向上的定位误差。

5.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述集卡拖盘锁头定位单元，包括集卡车道一侧安装的若干升降装置和安装于升降装置上的摄像头，集卡车道的另一侧安装标有检测刻度的隔离板，基于摄像头拍摄到的锁头在隔离板上的投影实现对锁头的定位。

6.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述集卡防吊起单元，包括安装在集卡车道侧方或者后方的摄像头，用于采集卸车过程中集卡及集装箱的图像信息。

7.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述集卡防移动单元，包括安装在集卡车道侧方或者后方的摄像头，用于获取吊具下降过程中集卡的图像信息。

8.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述箱底异物检测单元，包括安装在集卡交区车道一侧的若干摄像头，用于获取集装箱箱底与集卡拖盘之间的图像信息。

9.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统，其特征在于，所述自动作业检测模块还包括检测异常处理单元，用于在集卡被吊起、集卡停车位置发生移位和/或箱底存在异物时发出报警信息，并将异常信息显示至远程监控屏上，以及，接收远程监控指令并执行；所述远程监控指令为继续自动化作业指令或停止自动化作业指令。

10.自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行控制方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的自动化集装箱码头堆场陆侧自动化运行系统中，包括如下步骤：

若接收到收箱作业指令，所述轨道吊定位单元控制轨道吊大车、小车运行至陆侧集卡的目标集装箱上方，并控制吊具下降；所述吊具姿态调整单元控制吊具在水平面内平移，以消除吊具和目标集装箱的位置偏差，实现吊具与目标集装箱的对位；在吊具吊起集装箱后，所述集卡防吊起单元判断集卡是否被吊起，在被吊起时发出报警信息并停止起升动作；以及，在吊具吊起集装箱过程中，所述箱底异物检测单元检测箱底是否存在异物，在存在异物时发出报警信息并停止吊具上升动作；

若接收到发箱作业指令，所述轨道吊定位单元控制吊具带箱运行至陆侧目标集卡上方，所述集卡拖盘锁头定位单元对锁头进行定位，所述吊具姿态调整单元控制吊具在水平面内平移，以消除吊具所吊集装箱和目标集卡拖盘锁头的位置偏差，实现吊具所吊集装箱与目标集卡拖盘锁头的对位；在吊具下降过程中，所述集卡防移动单元判断目标集卡停车位置是否发生移位，在发生移位时发出报警信息并停止吊具下降动作；以及，在吊具下降过程中，所述箱底异物检测单元检测箱底是否存在异物，在存在异物时发出报警信息并停止吊具下降动作。