[发明专利]一种港口起重机吊具姿态控制系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种港口起重机吊具姿态控制系统及其控制方法，包括龙门架、吊具、地面标识单元、图像采集装置、图像处理装置以及吊具姿态控制装置，龙门架跨设在地面上；吊具设置在龙门架顶部，吊具长边延伸方向的两端均设置有用于固定集装箱的锁头；地面标识单元包括若干按线性阵列排布的地面标识；图像采集装置采集集装箱首层集装箱位置对应的地面标识的图像，图像处理装置根据已获取图像计算地面标识在相机中的相对位姿并换算为吊具相对于地面标识的当前实时位姿；吊具姿态控制装置控制各电机驱动吊具相对于地面标识坐标系各轴向旋转或者平移。

技术领域

本发明涉及港口起重机吊装技术领域，尤其涉及一种港口起重机吊具姿态控制系统及其控制方法。

背景技术

龙门吊作为港口起重装卸作业的重要设备，通常包括大车、小车和吊具等机构；在传统作业模式下，由人工完成堆场内的集装箱的吊运、堆码的操作，在操作过程中遇到需要调整吊具姿态的情况下往往花费大量时间，同时调整的成功率和操作人员的水平和经验直接相关。虽然现有龙门吊部分采用了传感器等设备检测吊具旋转角度或者倾斜度，能够实现吊具的姿态调节，但是这种方法实时性不高，检测精度较低，鲁棒性较差，实际使用效果不太理想。

因此，开发一套可极大的提高生产效率的吊具姿态控制系统，是很有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种采用机器视觉、多相机互为冗余并实现闭环控制的港口起重机吊具姿态控制系统及其控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种港口起重机吊具姿态控制系统，包括龙门架(500)、吊具(600)和若干电机，龙门架(500)跨设在地面上；吊具(600)设置在龙门架(500)顶部，吊具(600)长边延伸方向的两端均设置有用于固定集装箱的锁头；若干电机一方面驱动吊具(600)相对于龙门架(500)移动或者转动，电机还驱动龙门架(500)相对于地面水平移动；还包括图像采集装置(100)、地面标识单元(200)、图像处理装置(300)以及吊具姿态控制装置(400)；

地面标识单元(200)，包括若干按线性阵列排布的地面标识；分别对各地面标识建立对应的独立坐标系；地面标识的位置与集装箱放置位置的端点位置相对应；

图像采集装置(100)，包括第一工业相机(10)、第二工业相机(16)、第三工业相机(12)和第四工业相机(14)；第一工业相机(10)和第二工业相机(16)对称设置在吊具(600)平行的两个长边的中点位置；第三工业相机(12)和第四工业相机(14)分别设置在吊具(600)长边延伸方向的端部的锁头处；第四工业相机(14)获取首层集装箱放置位置一端的地面标识的图像，第三工业相机(12)获取集装箱放置位置另一端的地面标识的图像；图像采集装置(100)的采集的图像发送到图像处理装置(300)中；

图像处理装置(300)，获取图像采集装置(100)采集地面标识的图像后，进一步获取第四工业相机(14)相对于拍摄的地面标识所在独立坐标系的位姿，以及第三工业相机(12)相对于所拍摄的地面标识所在独立坐标系的位姿；图像处理装置(300)还设置基于吊具(600)的吊具初始坐标系O_SX_SY_SZ_S，以龙门吊的大车运动方向为X轴方向，以龙门吊的小车的运动方向为Y轴方向，以吊具(600)的竖直起升方向作为Z轴方向，以吊具(600)的中心作为初始坐标系的原点O_S，构建吊具初始坐标系；图像处理装置(300)计算地面标识在第四工业相机(14)以及第三工业相机(12)中的相对位姿，并换算为吊具相对于地面标识的当前实时位姿；

吊具姿态控制装置(400)，控制各电机驱动吊具(600)相对于吊具初始坐标系各轴向方向旋转或者平移；