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一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，由中央控制系统、三维激光扫描模块、目标轮廓处理模块及ARMG运动控制器组成；同时公开了利用该系统进行集装箱分布轮廓和位置检测的方法，该方法采用了三维空间激光扫描，检测速度快，检测精度高，克服了以往激光单点扫描或线扫描的根本缺陷；生成的集装箱定位位置误差信号，输出给ARMG的运动控制器，自动控制ARMG的吊具、小车、大车等运动机构，实现ARMG堆箱和抓箱的精准控制，生成的集装箱定位位置误差信号也同时可输出给智能化码头的中央监控系统，用于对ARMG装卸箱的远程监控；实现集装箱装卸过程的精准对箱和着箱，提高装卸箱效率，减少装卸箱碰撞事故的发生。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测系统及方法，尤其涉及一种专用于集装箱分布轮廓和位置智 能化检测系统及方法。 一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统及方法

【背景技术】
[0002] 新一代大型智能化集装箱码头可实现无人值守的全自动化集装箱装卸运输，可极 大提高集装箱港口的装卸运输效率在集装箱装卸运输过程中，无论是码头堆场的全自动轨 道吊（ARMG，Automated Rail Mounted Gantry crane)，还是码头前沿的集装箱岸桥（QC， Quay)，在集装箱装卸过程中，堆场或者船舶的集装箱分布轮廓和位置检测是实现集装箱码 头全自动化高效装卸的核心技术之一；通过集装箱分布轮廓和位置的自动精确检测，实现 ARMG (或QC)堆箱和抓箱的自动精准控制，同时也实现堆箱/抓箱作业过程中的自动防撞；
[0003] 中国专利201210035473. 6公开了一种港口集装箱定位装置，在岸桥吊具上安装 激光脉冲测长器，获得垂直于吊具的地面集装箱卡车位置偏差信息，在岸桥司机室显示集 卡距定位线最小距离值，从而辅助司机一次起车操作实现集装箱卡车定位；这种集装箱激 光定位装置由于是单点扫描，获得的集装箱定位信息仅仅是几个（二个或四个）给定着箱 点位置的垂直距离，检测点过少，检测精度不高，因此不能应用于自动化装卸；仅作为司机 的作业参考，着箱过程还必须通过司机操作岸桥，或发出要求集装箱卡车前进、后退、左转、 右转或停止的行驶指令；
[0004] 中国专利200710169094. 5公开了一种基于机器视觉的双集装箱定位系统，采用 高分辨相机获得集装箱或集卡图像，从图像中提取集装箱下抓点的图像坐标，通过模式识 别方法实现双集装箱定位；这种二维光学图像识别方法的主要缺点是不能确定垂直方向上 的空间距离，且受环境影响较大，当光线阴暗时，图像模糊不清，因此不能应用于自动化装 卸，也必须通过司机操作岸桥，或发出要求集装箱卡车的行驶指令；
[0005] 以上对比文件都为采用三维空间激光扫描，检测速度慢，检测精度差；同时，存在 激光单点扫描或线扫描的根本缺陷。


【发明内容】

[0006] 本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种新型的集装箱装卸过程的轮廓和位置 智能化检测系统，该系统能有效地通过中央控制系统对ARMG (或QC)装卸箱的远程监控及 控制；该系统能够有效地提高装卸箱的检测速度，提升装卸箱的检测精度；另外，本发明还 提供一种利用该装置进行检测的方法，该方法操作简单，该方法能够辅助司机实现集装箱 装卸过程的精准对箱及着箱，提高装卸箱的效率；提高装卸箱的检测速度，提升装卸箱的检 测精度；
[0007] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0008] -种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，其特征在于：包括中央控制系 统、三维激光扫描模块、目标轮廓处理模块及ARMG运动控制器；所述三维激光扫描模块与 目标轮廓处理模块相连接；所述目标轮廓处理模块分别与中央控制系统、ARMG运动控制器 相连接；
[0009] 其中，所述中央控制系统用于对集装箱的装卸过程进行远程监控及控制；
[0010] 所述三维激光扫描模块用于对集装箱的堆垛进行快速连续的三维立体扫描，并将 扫描到的信息输送给目标轮廓处理模块；
[0011] 所述目标轮廓处理模块将三维激光描述模块输出的信息进行过滤后生成轮廓图 形、进行集装箱位置计算，将所处理后的信息输送给中央控制系统，同时接收中央控制系统 的集装箱装卸调度控制指令，并将该控制命令输出给ARMG运动控制器；
[0012] 所述AIMG运动控制器接收集装箱装卸调度控制指令后，控制AIMG小车进行集装 箱的装卸；
[0013] 进一步改进，所述三维激光扫描模块包括1#扫描头、2#扫描头、扫描参数设定单 元、GPS信号接口及扫描数据输出单元；所述1#扫描头与2#扫描头对称设置；所述扫描参 数设定单元分别与1#扫描头、2#扫描头相连接，扫描参数设定单元用于对整个扫描区域的 参数进行设置；所述扫描参数设定单元与GPS信号接口相连接，通过GPS对ARMG的初始位 置、起升高度进行自动设置；所述1#扫描头、2#扫描头还分别与扫描数据输出单元相连接， 将所扫描到的三维信息输送给扫描数据输出单元进行输出；所述扫描数据输出单元与目标 轮廓处理模块相连接，将其接收的扫描数据信息输送给目标轮廓处理模块；
[0014] 进一步改进，所述目标轮廓处理模块包括图形数据过滤单元、目标轮廓生成单元 及位置误差计算单元；所述图形数据过滤单元分别与三维激光扫描模块、目标轮廓生成单 元相连接，接收三维激光扫描模块输出的图形信息，并对相关噪音、杂散色信息进行过滤 后，输送给目标轮廓生成单元；所述目标轮廓生成单元分别与中央控制系统、位置误差计算 单元相连接，将从图形数据过滤单元中接收的信号生成轮廓图形信息，并将该信息分别输 送给中央控制系统及位置误差计算单元；所述位置误差计算单元还分别与中央控制系统、 ARMG运动控制器相连接，将从目标轮廓生成单元接收的轮廓信息进行处理，得到目标的轮 廓的横向、纵向的位置误差，并分别将该误差信号输送给中央控制系统及ARMG运动控制 器；
[0015] 本发明还提供一种利用上述检测系统进行集装箱装卸过程中轮廓及位置的检测 方法，具体步骤如下：
[0016] 第一步、将三维激光扫描模块中1#扫描头、2#扫描头对称安装在ARMG小车上，设 定堆箱的偏移域值ε L和ε Η ;
[0017] 第二步、三维激光扫描模块对集装箱的堆垛进行三维立体扫描，并将扫描到的三 维立体空间信息暂存后输送给目标轮廓处理模块进行处理；
[0018] 第三步、目标轮廓处理模块将接收到的三维空间信息进行噪音、杂散色过滤后， 生成轮廓图形，并进行误差计算后，分别将图像信息、位置误差信息输送给中央控制系统、 ARMG运动控制器；
[0019] 第四步、中央控制系统接收图像信息、位置误差信息后，发出实时监控及控制指 令，并将命令反馈给目标轮廓处理模块；
[0020] 第五步、目标轮廓处理模块接收中央控制系统发出的控制指令后，将该控制指令 输送给ARMG运动控制器，
[0021] 第六步、ARMG运动控制器将位置误差信息与设定的堆箱偏移域值ε L和ε Η进行 比较，并根据比较结果及时调整ARMG小车及ARMG小车上的吊具动作，实现准确纠偏；
[0022] 进一步改进，在步骤二中，具体的操作过程如下：
[0023] A、通过三维激光扫描模块中的扫描参数设定单元对ARMG小车的初始位置、起升 高度、集装箱的箱体尺寸及三维扫描区域的相关基本参数进行设置；
[0024] B、ARMG小车移动，1#扫描头、2#扫描头对集装箱的堆垛进行三维立体扫描，并将 扫描到到三维空间信号数据输送给扫描数据输出单元；
[0025] C、扫描数据输出单元将所接收的三维空间信号进行存储并输送给目标轮廓处理 模块进行处理；
[0026] 进一步改进，在步骤三中，具体的操作过程如下：
[0027] a、目标轮廓处理模块通过其内部的图形数据过滤单元将接收到的箱区目标堆垛 的三维图像进行预处理，对与图像不相关的各种噪声和杂散色进行滤波处理，并将经滤波 处理后的目标堆垛图像送给目标轮廓生成单元作进一步处理；
[0028] b、从图形数据过滤单元获得的目标堆垛图像，去除目标堆垛背景色，提取到目标 堆垛下的集装箱箱顶的纵向边缘位置^(箱顶纵向边缘线）和横向边缘位置E H(箱顶横向 边缘线），从而获得目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓；根据三维图像的立体透视原理，确定目 标堆垛下集装箱箱顶距激光扫描头的距离，从而获得目标堆垛高度；目标轮廓生成单元将 目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓，以及提取到的集装箱箱顶的边缘位置（?和E H)送给位置误 差计算单元作进一步处理；
[0029] c、位置误差计算单元接收到目标轮廓生成单元送出的目标堆垛下的集装箱箱顶 轮廓信号数据，以及集装箱箱顶的纵向边缘位置^(箱顶纵向边缘线）和横向边缘位置 EH(箱顶横向边缘线）；并将此边缘信息与ARMG(或QC)小车吊具的纵向边缘位置(吊具 纵向边缘线）和横向边缘位置D H(吊具纵向边缘线）相比较，计算出目标堆垛下ARMG(或 QC)堆箱或抓箱的纵向和横向位置误差AL = 和ΛΗ = EH_DH ;生成的位置误差信号 Λ L和Λ H，输出给ARMG的运动控制器，并同时输出给集装箱码头的中央控制系统，对ARMG 装卸箱的远程监控；
[0030] 与现有技术相比，采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明用于智能化集装箱 码头堆场的全自动轨道吊（ARMG)或用于码头前沿的集装箱岸桥（QC)的集装箱分布轮廓和 位置检测方法，采用了三维空间激光扫描，检测速度快，检测精度高，克服了以往激光单点 扫描或线扫描的根本缺陷；生成的集装箱定位位置误差信号，输出给ARMG(或QC)的运动 控制器，自动控制ARMG(或QC)的吊具、小车、大车等运动机构，实现ARMG(或QC)堆箱和抓 箱的精准控制；生成的集装箱定位位置误差信号也同时可输出给智能化码头的中央监控系 统，用于对ARMG (或QC)装卸箱的远程监控；这种方法也可以应用于普通集装箱码头堆场 的场地吊（RTG)，可以辅助作业司机实现集装箱装卸过程的精准对箱和着箱，提高装卸箱效 率，减少装卸箱碰撞事故的发生；本发明也适用于铁路、公路等大型物流运输仓库、堆场的 运输货品分布轮廓与定位检测，实现高效、安全的仓储物流智能化自动搬运与堆存。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 图1是本发明的结构示意图；
[0032] 图2是本发明的工作过程结构示意图；
[0033] 图3是本发明的装箱结构示意图；
[0034] 图4是本发明的抓箱结构示意图；

【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0036] 如图1所示，一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，其特征在于：包括 中央控制系统300、三维激光扫描模块100、目标轮廓处理模块200及ARMG运动控制器400 ; 所述三维激光扫描模块100与目标轮廓处理模块200相连接；所述目标轮廓处理模块200 分别与中央控制系统300、ARMG运动控制器400相连接；其中，所述中央控制系统300用于 对集装箱的装卸过程进行远程监控及控制；所述三维激光扫描模块100用于对集装箱的堆 垛进行快速连续的三维立体扫描，并将扫描到的信息输送给目标轮廓处理模块200;所述 目标轮廓处理模块200将三维激光描述模块输出的信息进行过滤后生成轮廓图形、进行集 装箱位置计算，将所处理后的信息输送给中央控制系统300,同时接收中央控制系统300的 集装箱装卸调度控制指令，并将该控制命令输出给ARMG运动控制器400 ;所述ARMG运动控 制器400接收集装箱装卸调度控制指令后，控制ARMG小车进行集装箱的装卸；
[0037] 进一步的，所述三维激光扫描模块100包括1#扫描头104、2#扫描头105、扫描参 数设定单元103、GPS信号接口 101及扫描数据输出单元102 ;所述1#扫描头104与2#扫 描头105对称设置；所述扫描参数设定单元103分别与1#扫描头104、2#扫描头105相连 接，扫描参数设定单元103用于对整个扫描区域的参数进行设置；所述扫描参数设定单元 103与GPS信号接口 101相连接，通过GPS对ARMG的初始位置、起升高度进行自动设置；所 述1#扫描头1〇4、2#扫描头105还分别与扫描数据输出单元102相连接，将所扫描到的三 维信息输送给扫描数据输出单元102进行输出；所述扫描数据输出单元102与目标轮廓处 理模块200相连接，将其接收的扫描数据信息输送给目标轮廓处理模块200 ;
[0038] 优选地，所述的GPS接口 101为预设的端口，在系统有安装GPS模块时，GPS模块 通过该GPS接口 101与扫描参数设定单元103相连接；并通过GPS模块对ARMG大车、小车 的初始位置、起升高度进行自动设置；
[0039] 进一步的，所述目标轮廓处理模块200包括图形数据过滤单元201、目标轮廓生成 单元202及位置误差计算单元203 ;所述图形数据过滤单元201分别与三维激光扫描模块 100、目标轮廓生成单元202相连接，接收三维激光扫描模块100输出的图形信息，并对相关 噪音、杂散色信息进行过滤后，输送给目标轮廓生成单元202 ;所述目标轮廓生成单元202 分别与中央控制系统300、位置误差计算单元203相连接，将从图形数据过滤单元201中接 收的信号生成轮廓图形信息，并将该信息分别输送给中央控制系统300及位置误差计算单 元203 ;所述位置误差计算单元203还分别与中央控制系统300、ARMG运动控制器400相连 接，将从目标轮廓生成单元202接收的轮廓信息进行处理，得到目标的轮廓的横向、纵向的 位置误差，并分别将该误差信号输送给中央控制系统300及ARMG运动控制器400 ;
[0040] 如图2、图3、图4所示，本发明还提供一种利用上述检测系统进行集装箱装卸过程 中轮廓及位置的检测方法，具体步骤如下：
[0041] 第一步、将三维激光扫描模块100中1#扫描头1〇4、2#扫描头105对称安装在ARMG 小车上,设定堆箱的偏移域值ε L和ε Η ;
[0042] 第二步、三维激光扫描模块100对集装箱的堆垛进行三维立体扫描，并将扫描到 的三维立体空间信息暂存后输送给目标轮廓处理模块200进行处理；
[0043] 第三步、目标轮廓处理模块200将接收到的三维空间信息进行噪音、杂散色过滤 后，生成轮廓图形，并进行误差计算后，分别将图像信息、位置误差信息输送给中央控制系 统300、ARMG运动控制器400 ;
[0044] 优选地，当目标轮廓处理模块200接收到三维激光扫描模块100送出的箱区目标 堆垛下的三维空间信号数据后，通过图形数据过滤单元201、目标轮廓生成单元202和位置 误差计算单元203的图像处理，获得目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓及其堆垛高度；
[0045] 在堆箱过程中，此轮廓为目标堆垛下层（堆放层）的集装箱箱顶轮廓；
[0046] 在抓箱过程中，此轮廓为目标堆垛上层（抓箱层）的集装箱箱顶轮廓；
[0047] 生成的集装箱轮廓信号数据，同时输出给集装箱码头的中央控制系统300,用于对 ARMG (或QC)装卸箱的远程监控；
[0048] 第四步、中央控制系统300接收图像信息、位置误差信息后，发出实时监控及控制 指令，并将命令反馈给目标轮廓处理模块200 ;
[0049] 第五步、目标轮廓处理模块200接收中央控制系统300发出的控制指令后，将该控 制指令输送给ARMG运动控制器400，
[0050] 第六步、ARMG运动控制器400将位置误差信息与设定的堆箱偏移域值ε L和ε Η 进行比较，并根据比较结果及时调整ARMG小车及ARMG小车上的吊具动作，实现准确纠偏；
[0051] 进一步的，在步骤二中，具体的操作过程如下：
[0052] A、通过三维激光扫描模块100中的扫描参数设定单元103对ARMG小车的初始位 置、起升高度、集装箱的箱体尺寸及三维扫描区域的相关基本参数进行设置；
[0053] B、ARMG小车移动，1#扫描头104、2#扫描头105对集装箱的堆垛进行三维立体扫 描，并将扫描到到三维空间信号数据输送给扫描数据输出单元102 ;
[0054] C、扫描数据输出单元102将所接收的三维空间信号进行存储并输送给目标轮廓 处理模块200进行处理；
[0055] 优选地，扫描参数设定单元103主要是对在AIMG(或QC)作业前，对AIMG(或 QC)的初始位置、起升高度、集装箱箱体尺寸、以及三维激光扫描区域等基本参数进行设 置；ARMG(或QC)的大车、小车根据集装箱装卸调度指令，到达给定堆垛位置后，由安装在 ARMG (或QC)小车两侧对称安装的1#扫描头104和2#扫描头105向堆场（或船舶）箱区 内的目标集装箱堆垛进行快速连续三维空间扫描（如图2所示）；1#扫描头104和2#扫描 头105采集到的箱区目标堆垛下的三维空间信号数据暂存到扫描数据输出单元102,并由 扫描数据输出单元102输出给目标轮廓处理模块200 ;
[0056] 进一步的，在步骤三中，具体的操作过程如下：
[0057] a、目标轮廓处理模块200通过其内部的图形数据过滤单元201将接收到的箱区目 标堆垛的三维图像进行预处理，对与图像不相关的各种噪声和杂散色进行滤波处理，并将 经滤波处理后的目标堆垛图像送给目标轮廓生成单元202作进一步处理；
[0058] 优选地，图形数据过滤单元201是一个图像滤波器，对接收到的箱区目标堆垛的 三维图像进行预处理，滤除与图像不相关的各种噪声和杂散色，并将滤波后的目标堆垛图 像送给目标轮廓生成单元作进一步处理；
[0059] b、从图形数据过滤单元201获得的目标堆垛图像，去除目标堆垛背景色，提取到 目标堆垛下的集装箱箱顶的纵向边缘位置^(箱顶纵向边缘线）和横向边缘位置E H(箱顶 横向边缘线），从而获得目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓；根据三维图像的立体透视原理，确 定目标堆垛下集装箱箱顶距激光扫描头的距离，从而获得目标堆垛高度；目标轮廓生成单 元202将目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓，以及提取到的集装箱箱顶的边缘位置（?和E H)送 给位置误差计算单元203作进一步处理；
[0060] c、位置误差计算单元203接收到目标轮廓生成单元202送出的目标堆垛下的集 装箱箱顶轮廓信号数据，以及集装箱箱顶的纵向边缘位置^(箱顶纵向边缘线）和横向边 缘位置E H(箱顶横向边缘线）；并将此边缘信息与ARMG(或QC)小车吊具的纵向边缘位置 队（吊具纵向边缘线）和横向边缘位置〇 11(吊具纵向边缘线）相比较，计算出目标堆垛下 ARMG(或QC)堆箱或抓箱的纵向和横向位置误差AL = Ef?和ΛΗ = EH-DH ;生成的位置 误差信号Λ L和Λ H，输出给ARMG的运动控制器，并同时输出给集装箱码头的中央控制系统 300,对ARMG装卸箱的远程监控；
[0061] 进一步的，在所述步骤六中，ARMG运动控制器将位置误差信息与设定的堆箱偏移 域值eL和εΗ进行比较；
[0062] 若比较结果为Λ L> ε L、Λ Η> ε Η，则说明ARMG小车及ARMG小车上的吊具存在偏 移，ARMG运动控制器控制ARMG小车及ARMG小车上的吊具进行位置调整；
[0063] 优选地，如图2所示，本发明的系统中1#扫描头104和2#激光扫描头105对称安 装在ARMG的小车上，吊具也安装在ARMG的小车上，一般通过钢丝线连接，并可上下运动，现 象堆箱及抓箱动作；ARMG的小车则安装在ARMG的大车上，随打车一起移动到堆垛的上方；
[0064] 在ARMG(或QC)的大车、小车根据集装箱装卸调度指令，到达给定堆垛位置后，由 安装在ARMG (或QC)小车两侧对称安装的1#扫描头104和2#激光扫描头105向堆场（或 船舶）箱区内的目标集装箱堆垛进行快速连续三维空间扫描；
[0065] 如图3所示，ARMG(或QC)在堆箱过程中，本发明系统采集到当前堆垛的堆放层 箱顶轮廓边缘相对于吊具的偏移位置，当发现堆放层箱顶轮廓纵向和横向边缘的位置误差 AL和ΛΗ超过给定的期望堆箱的偏移域值ε L和ε Η时（即AL> ε L和ΛΗ> ε H)，ARMG(或 QC)的运动控制器将根据偏移误差的方向及大小及时对ARMG(或QC)的吊具、小车或大车的 运动机构进行纠偏，从而实现精准堆箱；
[0066] 如图4所示，ARMG(或QC)在抓箱过程中，本发明系统采集到当前堆垛的抓箱层 箱顶轮廓边缘相对于吊具的偏移位置，当发现抓取层箱顶轮廓纵向和横向边缘的位置误差 AL和ΛΗ超过给定的期望抓箱的偏移域值ε L和ε Η时（即AL> ε L和ΛΗ> ε H)，ARMG(或 QC)的运动控制器将根据偏移误差的方向及大小及时对ARMG(或QC)的吊具、小车或大车的 运动机构进行纠偏，从而实现精准抓箱；
[0067] 本发明用于智能化集装箱码头堆场的全自动轨道吊（ARMG)或用于码头前沿的集 装箱岸桥（QC)的集装箱分布轮廓和位置检测方法，采用了三维空间激光扫描，检测速度 快，检测精度高，克服了以往激光单点扫描或线扫描的根本缺陷；生成的集装箱定位位置误 差信号，输出给ARMG(或QC)的运动控制器，自动控制ARMG(或QC)的吊具、小车、大车等运 动机构，实现ARMG (或QC)堆箱和抓箱的精准控制，生成的集装箱定位位置误差信号也同时 可输出给智能化码头的中央监控系统，用于对ARMG(或QC)装卸箱的远程监控；这种方法也 可以应用于普通集装箱码头堆场的场地吊（RTG)，可以辅助作业司机实现集装箱装卸过程 的精准对箱和着箱，提高装卸箱效率，减少装卸箱碰撞事故的发生。
[0068] 本发明也适用于铁路、公路等大型物流运输仓库、堆场的运输货品分布轮廓与定 位检测，实现高效、安全的仓储物流智能化自动搬运与堆存；
[〇〇69] 本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发， 不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，其特征在于：包括中央控制系 统、三维激光扫描模块、目标轮廓处理模块及ARMG运动控制器；所述三维激光扫描模块与 目标轮廓处理模块相连接；所述目标轮廓处理模块分别与中央控制系统、ARMG运动控制器 相连接； 其中，所述中央控制系统用于对集装箱的装卸过程进行远程监控及控制； 所述三维激光扫描模块用于对集装箱的堆垛进行快速连续的三维立体扫描，并将扫描 到的信息输送给目标轮廓处理模块； 所述目标轮廓处理模块将三维激光描述模块输出的信息进行过滤后生成轮廓图形、进 行集装箱位置计算，将所处理后的信息输送给中央控制系统，同时接收中央控制系统的集 装箱装卸调度控制指令，并将该控制命令输出给ARMG运动控制器； 所述ARMG运动控制器接收集装箱装卸调度控制指令后，控制ARMG小车进行集装箱的 装卸。
2. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，其特征在 于：所述三维激光扫描模块包括1#扫描头、2#扫描头、扫描参数设定单元、GPS信号接口及 扫描数据输出单元；所述1#扫描头与2#扫描头对称设置；所述扫描参数设定单元分别与 1#扫描头、2#扫描头相连接，扫描参数设定单元用于对整个扫描区域的参数进行设置；所 述扫描参数设定单元与GPS信号接口相连接，通过GPS对ARMG的初始位置、起升高度进行 自动设置；所述1#扫描头、2#扫描头还分别与扫描数据输出单元相连接，将所扫描到的三 维信息输送给扫描数据输出单兀进行输出；所述扫描数据输出单兀与目标轮廓处理模块相 连接，将其接收的扫描数据信息输送给目标轮廓处理模块。
3. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统，其特征 在于：所述目标轮廓处理模块包括图形数据过滤单元、目标轮廓生成单元及位置误差计算 单元；所述图形数据过滤单元分别与三维激光扫描模块、目标轮廓生成单元相连接，接收三 维激光扫描模块输出的图形信息，并对相关噪音、杂散色信息进行过滤后，输送给目标轮廓 生成单元；所述目标轮廓生成单元分别与中央控制系统、位置误差计算单元相连接，将从图 形数据过滤单元中接收的信号生成轮廓图形信息，并将该信息分别输送给中央控制系统及 位置误差计算单元；所述位置误差计算单元还分别与中央控制系统、ARMG运动控制器相连 接，将从目标轮廓生成单元接收的轮廓信息进行处理，得到目标的轮廓的横向、纵向的位置 误差，并分别将该误差信号输送给中央控制系统及ARMG运动控制器。
4. 利用如权利要求1所述的一种用于集装箱分布轮廓和位置智能化检测系统进行集 装箱装卸过程中轮廓及位置的检测方法，具体步骤如下： 第一步、将三维激光扫描模块中1#扫描头、2#扫描头对称安装在ARMG小车上，设定堆 箱的偏移域值eL和εΗ; 第二步、三维激光扫描模块对集装箱的堆垛进行三维立体扫描，并将扫描到的三维立 体空间信息暂存后输送给目标轮廓处理模块进行处理； 第三步、目标轮廓处理模块将接收到的三维空间信息进行噪音、杂散色过滤后，生成轮 廓图形，并进行误差计算后，分别将图像信息、位置误差信息输送给中央控制系统、ARMG运 动控制器； 第四步、中央控制系统接收图像信息、位置误差信息后，发出实时监控及控制指令，并 将命令反馈给目标轮廓处理模块； 第五步、目标轮廓处理模块接收中央控制系统发出的控制指令后，将该控制指令输送 给ARMG运动控制器， 第六步、ARMG运动控制器将位置误差信息与设定的堆箱偏移域值eL和ε Η进行比较， 并根据比较结果及时调整ARMG小车及ARMG小车上的吊具动作，实现准确纠偏。
5. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：在步骤二中，具体的操作过程如下： Α、通过三维激光扫描模块中的扫描参数设定单元对ARMG小车的初始位置、起升高度、 集装箱的箱体尺寸及三维扫描区域的相关基本参数进行设置； B、 ARMG小车移动，1#扫描头、2#扫描头对集装箱的堆垛进行三维立体扫描，并将扫描 到到三维空间信号数据输送给扫描数据输出单元； C、 扫描数据输出单元将所接收的三维空间信号进行存储并输送给目标轮廓处理模块 进行处理。
6. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：在步骤三中，具体的操作过程如下： a、 目标轮廓处理模块通过其内部的图形数据过滤单元将接收到的箱区目标堆垛的三 维图像进行预处理，对与图像不相关的各种噪声和杂散色进行滤波处理，并将经滤波处理 后的目标堆垛图像送给目标轮廓生成单元作进一步处理； b、 从图形数据过滤单元获得的目标堆垛图像，去除目标堆垛背景色，提取到目标堆垛 下的集装箱箱顶的纵向边缘位置4(箱顶纵向边缘线）和横向边缘位置E H(箱顶横向边缘 线），从而获得目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓；根据三维图像的立体透视原理，确定目标堆 垛下集装箱箱顶距激光扫描头的距离，从而获得目标堆垛高度；目标轮廓生成单元将目标 堆垛下的集装箱箱顶轮廓，以及提取到的集装箱箱顶的边缘位置（?和E H)送给位置误差计 算单元作进一步处理； c、 位置误差计算单元接收到目标轮廓生成单元送出的目标堆垛下的集装箱箱顶轮廓 信号数据，以及集装箱箱顶的纵向边缘位置^ (箱顶纵向边缘线）和横向边缘位置EH (箱顶 横向边缘线）；并将此边缘信息与ARMG(或QC)小车吊具的纵向边缘位置1\(吊具纵向边缘 线）和横向边缘位置〇 11(吊具纵向边缘线）相比较，计算出目标堆垛下ARMG(或QC)堆箱 或抓箱的纵向和横向位置误差AL和ΛΗ;并生成的位置误差信号AL和ΛΗ，输出给ARMG 的运动控制器，并同时输出给集装箱码头的中央控制系统，对ARMG装卸箱的远程监控。
7. 根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：在步骤c中，所述Λ L和Λ Η的计算 公式为： Δ L = El-Dl 公式（1) Δ H = Eh-Dh 公式（2)。
8. 根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：在所述步骤六中，ARMG运动控制器将 位置误差信息与设定的堆箱偏移域值eL和εΗ进行比较； 若比较结果为Λ L>eL、Λ Η>εΗ，则说明ARMG小车及ARMG小车上的吊具存在偏移， ARMG运动控制器控制ARMG小车及ARMG小车上的吊具进行位置调整。
【文档编号】G01B11/24GK104085794SQ201410333783
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】褚建新, 李锋, 黄细霞, 牛王强, 翟琳 申请人:上海海事大学