[实用新型]基于红外结构光的集装箱吊具抓箱作业智能感知系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及激光定位和图像识别领域，特指在码头正面吊作业中，使用红外线定位集装箱具体位置，并自动抓箱的系统。

背景技术：

在码头作业中，正面吊是一种重要的运输设备，其抓箱作业如图1所示。集装箱提起作业中，司机通过调整正面吊抓手，将抓手对准并贴紧集装箱后将其提起。对准并贴紧集装箱，是一个难度较高的操作，学徒司机为将抓手对准箱子，往往需要反复调整抓手，造成多余耗油和耗时，降低了港口运行效率。

实用新型内容：

针对集装箱提起作业中对准困难的问题，本实用新型旨在提供一种基于红外结构光的集装箱吊具抓箱作业智能感知系统，通过采集红外结构光及其位置关系，自动感知正面吊抓手与集装箱在5个自由度的实际偏差量，从而使得吊车自动根据这5个实际偏差量分步调整抓手实现对准，减少耗油成本，提高工作效率。

为实现上述目的，本实用新型提出的解决方案是：一种基于红外结构光的集装箱吊具抓箱作业智能感知系统，包括安装在正面吊抓手内侧两端的至少两组带有红外滤光片的摄像头和红外激光器，所述摄像头的拍摄方向和红外激光器的激光中线方向为重力方向，其中摄像头与红外激光器的安装位置需要满足以下要求：

(1)红外激光器发出的其中一条激光线与抓手长边线垂直；

(2)上述与抓手长边线垂直的激光线在摄像头采集的图像中呈竖直方向。

为降低每次抓箱震动对设备的影响，需要保证激光器与摄像头固定牢靠，作为优选方案，可以在摄像头一侧加装减震环。

作为具体实施方案，所述红外激光器的发射头为十字激光头或为两个垂直放置的一字激光头。

本实用新型所述基于红外结构光的集装箱吊具抓箱作业智能感知系统的工作原理及过程详细描述如下：

(一)装置部分

装置部分至少包括两组带有红外滤光片的摄像头和红外激光器，分别安装在吊车抓手的两侧，如图1中位置3、4；图2给出了吊车抓手安装完成后的俯视图，其中虚线表示摄像机可以拍到的视野；两个摄像机拍摄到的图像如图4。更详细安装方案在“具体实施方案”一节给出。

安装三组设备的过程中，需确保满足以下要求：

(1)调整红外激光器，使图2中的红外激光器P、Q的竖直发射线与抓手内侧(AB连线)垂直。

(2)调整摄像头，使图4中的竖直红外线在拍摄图像中呈竖直方向(1、2竖线垂直于图像下边缘)。

(3)摄像头和红外激光头均需按重力方向安装，即指摄像头的拍摄方向和激光器中线的照射方向均是重力方向。

红外激光器P、Q可以为十字激光头，也可以用两个垂直安放的一字激光头代替；该激光器可以安装在摄像头的左侧，也可以在右侧；总之安装存在一定的灵活性。

实际安装中可能存在安装不准，即前述三点安装要求无法完全达到，本实用新型考虑到了上述安装不准对估测造成的影响，后述部分指出，安装不准、检测不准造成的误差均在可接受范围内。

(二)各自由度偏差的估测算法

需要估算5个方向的自由度分别是：

(1)水平方向上沿正面吊长边(图2中AB方向)的平移Δx；

(2)水平方向上沿正面吊短边(图2中AE方向)的平移Δy；

(3)抓手与集装箱顶的水平旋转角α(图7中的α)；

(4)抓手与集装箱顶的高度差距h(图6中的h)；

(5)抓手在自身左右方向的翻转角β(图6中的β)；

图3反映了通常情况下，吊车抓手与集装箱存在的Δx、Δy、α的偏差。

估算算法可以综述为：始终围绕两个摄像头拍摄到的图像，首先判断抓手的初始位置是否需要粗调，粗调方法见“具体实施方式”中的第三步，粗调的目的是保证后续估算可以进行。粗调到位后，根据拍摄到的两张图像，根据公式直接计算抓手左右翻转角β、高度差h、水平旋转角α。然后将这三个偏差量纠正后，再次拍摄获得两张新图像，直接计算水平平移Δx、Δy。

■翻转角β和高度差h的计算

翻转角β和高度差h的估计通过2幅图像中的2条竖线进行估计。当抓手不需要粗调时(后续章节指出)，此时摄像头C₁、C₂拍摄到的图像如图5所示，同时抓手与顶箱的侧面关系如图6所示。