自动地光学确定集装箱吊具的目标位置的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计一种用于自动地光学确定目标位置的方法和系统，集装箱借助装载吊 车W该目标位置放置在承载车辆上。
【背景技术】
[0002] 装载吊车被安放在货物中转场地上、仓储场地上、装配厂房中和船巧中W及应用 在铁轨铺设中。装载吊车的一个实施方案是龙口吊。其如大口一样跨接装载区域和工作 区域。通常，其侧壁利用轮子在两个平行的轨道上运行，在轨道之间，机动车或者所谓的 AGV(自动导引车）在通常标记的轨迹上装载或者卸载。具有起升机构的猫头吊在吊桥上、 龙口吊的水平部分上移动。可替换的是，轨道旋转吊车也可W装配在吊桥上。
[0003] 集装箱吊具（英文为"Spreader"(吊箱机））是提升装置，利用该提升装置能够抓 取ISO标准的集装箱。其不仅作为不变的仅仅确定地用于一个集装箱尺寸的集装箱吊具所 公开，也作为伸缩的集装箱吊具所公开，其几顿重的伸缩框架能够灵活地调节用于在长度 上不同标准的集装箱（标准尺寸20'至45'）。出于另外的考虑，首先2. 896m的高货柜集装 箱的最大高度是重要的。
[0004] 龙口吊升降车、龙口吊装载车、叉车装载车或者横向叉车装载车都可W配备有集 装箱吊具。集装箱吊具在此也是附加设备，其所谓的扭锁晒入到集装箱的四个上部标准化 的边角金属配件中或者晒合到侧面的边角金属配件中。在此，扭锁的部件W9〇D旋转，由此 确保形状配合的连接，W用于锁定。扭锁的尺寸是标准化的并且具有约104mm的长度W及 56mm的宽度。
[0005] 在集装箱物流中的通常的工作流程是将集装箱错定在集装箱吊具上，接下来利用 集装箱吊具移动集装箱，W及将集装箱错定在火车厢或者载货汽车或者自动引导车辆的装 载面上。该目的现今仅仅由吊车司机完成，吊车司机有时候坐在远距离的工作站中并且通 过视频图像操纵不同的吊车。
[0006] 为了将集装箱错定在载货汽车或者火车厢的装载面上，再一次使用了扭锁。在放 置集装箱时，集装箱的标准化的边角金属配件必须精确通过载货汽车或者火车厢的扭锁定 位。对于定位来说所必需的精度在此可W估计为25mm，其中高度精度具有较小关键度。 W〇7] 由J如gK访ger和Mike化uendor在2011年第19届国际吊车专业会议上提 出的文献"集装箱吊车的摄像机辅助的自动化-前景、技术、框架条件化ameragestiltzte AutomatisierungvonContainerkranen-Potentiale,Technologien,民ahmenbedingung en)"公开了一种在载重汽车上摄像机辅助的自动化的装载和卸载位置识别。该位置从高分 辨率的摄像机的图像中提取，该位置W大的高度装配在集装箱吊车的猫头吊处。在此，在摄 像机图像中识别出集装箱的边角金属配件W及载重汽车的装配面的扭锁。
[0008] 由EP2724972A1公开了一种用于发现潜在的扭锁位置的方法，该方法W此为基 础，即从上方利用固定在独立跪杆上的3D激光扫描仪为承载车辆的上侧的至少一部分获 得一系列测量点，运些测量点然后与虚拟的测试体进行比较。然后，由潜在的扭锁区域的 量，基于已知的和预设的结构细节确定实际的扭锁。
[0009] 由EP2574587公开了一种方法，该方法使用在吊箱机处的3D摄像机，W确定扭锁 位置。只要吊箱机摄像机是2D视频摄像机，就要使用附加的在吊箱机头部固定的线性激光 器，其对载货汽车的表面在之前标出的区域中进行扫描并且W运样的方式提供用于扭锁位 置的必要的轮廓信息。在此，由2D摄像机评估激光的线性曲率、其例如当在承载车辆的表 面上有凸起或者凹进时所产生，从而W运种方式对扭锁进行识别。
[0010] 所有的方法共同的是，或者使用3D摄像机（优选的是激光扫描仪），或者通过附加 装置，如线性激光器对2D摄像机进行扩展。
[0011] 使用基于应用3D激光扫描仪的方法的所有系统具有成本方面的劣势。因此购置 运样的扫描仪已经带来了巨大的成本。此外，其还需要非常耗时的启动和校准。激光扫描 仪的另外的缺陷在于，激光单元通过空气污物、如港口中的柴油废气被污染并因此必须经 常维护。反射能够再次提高干扰易发性性。因为在正常运行中仅使用唯一的激光扫描仪， 其装配在装载或者卸载站附近的跪杆处，所W激光扫描仪的故障意味着整个系统的停机。
[0012] 前述的缺点也至少部分地适用于需要附加的激光器的光学系统。
【发明内容】
[0013] 因此，本发明的目的在于，提出一种用于确定集装箱吊具的目标位置的方法W及 用于确定集装箱吊具的系统，该系统纯光学地工作并且因此费用是最小的，而不会提高通 常的错定过程的故障易发性。
[0014] 该目的通过具有权利要求1的特征的用于在集装箱的保持装置上对集装箱吊具 进行定位的方法实现。保持装置在此通常理解为有人驾驶或者无人驾驶（拖车）类型的车 辆，集装箱通过提升装置和集装箱吊具放置在其上面或者从其上面将集装箱取下。至少一 个光学2D摄像机作为图像输出传感器固定在集装箱吊具处。摄像机如下地固定在集装箱 吊具处，即至少其传感器包括基本垂直向下执行的视野。为了实现此目的，摄像机或者至少 一个传感器利用吊臂固定在集装箱吊具处。运样的布置是已知的，集装箱吊具通常配备有 四个运种类型的摄像机系统，从而在具有货物的周围环境中为吊车驾驶员实现视觉支持。 本方法现在有利地使用无论如何都存在的摄像机系统的至少一个传感器。该传感器将视频 图像作为集装箱吊具周围环境的测量值提供给计算单元，其中，因为其基本上垂直向下指 向的视野，特别地也将保持装置的测量值W俯视图提供给计算单元。因为吊臂的原因，悬挂 的集装箱的侧面、然而至少是底部区域同样处于传感器的视野中。
[0015] 保持装置在其表面上具有至少一个标记。运些标记例如可W是自然标记，其由保 持装置的结构给出。例如可W是用于将栏杆固定在拖车的外边缘处的孔。然而，根据本发 明有利的是，放置在表面上的运些标记具有确定的尺寸并且运样地设计，即其具有相对于 周围环境的清晰的反差。运些标记例如可W被粘接或者烙接上。为了改进可见性，在此也 可W使用运样的标记，其是轻微的反射的或者放射光线的，从而借此增大反差并进而提高 用于传感器的可读性。
[0016] 计算单元由获取的测量值，视频图像形成数据，计算单元由该数据为集装箱吊具 计算出用于错定位置的目标位置数据。为将集装箱错定在拖车或者集装箱吊具处，通常使 用错定装置，如其作为扭锁所已知的那样。但是其也可W使用另外的错定装置，例如像边角 金属配件。在拖车上的错定装置通常处于集装箱下方并且其由集装箱对于传感器而言进行 了遮挡，每次对中时，集装箱利用其错定件处于保持装置的所属的错定装置之上。在此，目 标位置数据是运样的数据，其被控制用于使集装箱精确对中地在错定位置上方并进而在其 错定装置上方移动。对于定位来说所必需的精度在此可W在大约25-35mm之间。
[0017] 具有定义的形状和定义的尺寸的前述标记为计算单元所已知并且作为参数提供。 运就是说，计算单元借此能够从测量值中提取标记并与在计算单元中存储的标记参数进行 比较，从而识别出对于接下来的步骤来说相关的标记。通过计算单元由标记的二维测定 (Vermessung),也就是在至少一个方向上的平面中的测定、在传感器和保持装置的表面之 间的高度信息W及由集装箱吊具相对于标记的水平错位计算出用于错定位置的目标位置 数据，该目标数据然后能够通过吊车控制装置受控地驶到。如果集装箱吊具处于目标位置 处，那么集装箱吊具或者集装箱受控地下降并且放置到其错定装置上。在传感器相对于保 持装置的表面并进而相对于标记所处于的给定高度中，由传感器获得的相关于标记的测量 数据W像素的方式体现。尽管如此，评估在标记之间的或者在标记的至少一个边缘和集装 箱吊具的当前水平位置之间的像素间距。因为不仅标记的尺寸是已知的，而且集装箱吊具 在锁定状态中的错位也是已知的，所W可W为集装箱吊具计算出目标位置数据。
[0018] 该方法W及集装箱吊具提供了用于对集装箱吊具进行自动定位的可靠的解决方 案。试验指出，基于二维数据处理的精确性也是很高的，即在实现了定位后，扭锁能够自动 地锁定到集装箱的边角金属配件中。运允许对公路交通的载货汽车或者对火车车厢的自动 装载，其中待运输的集装箱必须利用扭锁固定在装载面上。输出图像的传感器在集装箱吊 具处的定位由于靠近待识别的物体的原因而实现了高的精确性并且接下