一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置的制造方法

专利名称:一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置的制造方法
【专利摘要】在堆垛密度大的货场，集装箱遮挡视线以及摄像光路。吊运集装箱时，对箱耗时多、且容易错位；箱体之间的偏差逐层积累、有可能引发货垛倾倒事故。本实用新型提供一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，包括安装在吊具或堆垛机具上的照明光源、摄像机、图像处理芯片或计算机、控制电路；本装置的特点是：照明光源向下方投射一个或多个光斑，用摄像机采集光斑及环境的图像信息，用图像处理技术判断目标箱体的顶板上有无光斑；所述控制电路接收到图像处理芯片或计算机的检测结果后，用声光信号表示“对齐”或“未对齐”等信息，达到在视线以及摄像光路受阻的条件下，自动地引导堆垛机械在正确位置“抓箱、着箱”的目的。
【专利说明】
一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及集装箱吊运装置领域，具体涉及一种集装箱吊运过程中自动检测 抓箱和码放位置的装置。
【背景技术】
[0002] 在集装箱吊运（或堆垛)作业中，机械运动和风力干扰等因素引起吊具及箱体摆 动，导致堆放位置出现偏差。现有技术多采用激光、光学以及计算机视觉等装置，检测集装 箱的装卸位置。这些技术通常存在观测盲区，不便快速、准确地检测箱体错位现象。
[0003] 在集装箱多层堆垛的货场，引起观测盲区的原因之一是，安放在吊车(或地面）的 激光/光学测量装置，被相邻的集装箱遮挡(或部分遮挡）。另一个原因是，随着吊具下降，被 吊运集装箱向支承集装箱靠拢(例如距离小于30cm时），上方箱体遮挡下方箱体，吊车上的 激光/光学测量装置不能完整、清晰地观测支承箱体的顶部。一旦吊具进入"观测盲区"，后 果堪忧:轻则原有的检测功能失效、延长"对箱"时间，重则引起装卸位置的误差超标。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种集装箱吊运过 程中自动检测抓箱和码放位置的装置，以实现两个目的：（1)无观察盲区，从而实现在多层 码放的环境中，在货场的任一区域，均能自动检测货物的位置，所述"任一区域"，包括传统 的光学、激光检测装置被相邻的集装箱遮挡或部分遮挡造成的光路受阻的作业区域；（2)为 机械或操作人员提供货物起吊和码放位置的引导信息，从而在集装箱起吊阶段，缩短吊具 对箱时间，在码放阶段，提高着箱命中率。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，包括吊具或堆垛机具、照明 光源、摄像机、图像处理芯片或计算机、控制电路;所述照明光源、摄像机、图像处理芯片或 计算机、控制电路均安装在吊具或堆垛机具上。
[0007] 所述装置中至少有1个照明光源，向吊具下方或侧下方投射光束，所述投射光束的 几何中心线位于垂直于地面的平面内，并且所述平面与所述照明光源所在吊具一侧的两端 的锁头的连线平行。所述照明光源可以是激光器、或发光二极管、或电光源，发射光束的横 截面形状可以是点、圆、椭圆、条形、一字形，或一字形组合得到的 L、+、Γ等形状之一;连 续发光或强度调制发光，照明光源的功率为O.lmw~2w;连续发光或强度调制发光，波长为 300nm~1064nm。如果吊具或堆垛机具上有激光测距和激光扫描装置，那么这些装置的光 束兼起照明的作用。
[0008] 所述装置中至少有1个摄像机。当光束照射在任意表面时会形成照明光斑，所述摄 像机采集光斑及环境的图像，可对距离摄像机镜头0.1m至5m选定位置的光斑清晰成像，并 将图像发送给图像处理芯片或计算机。一个摄像机检测1个光斑，或者同时检测多个光斑。 摄像机的个数不限，为降低成本，优选为1~8个。
[0009] 所述图像处理芯片或计算机通过检测照明光源形成的光斑的位置，判断吊具或堆 垛机具与目标箱体几何位置是否对齐或对准，并将检测结果发送给控制电路。在抓箱和码 放作业中，目标箱体分别是被吊运箱体和支承箱体。判断吊具或堆垛机具与目标箱体几何 位置对齐或对准的依据是:摄像机视场中，目标箱体的顶板上无光斑。判断吊具或堆垛机具 相对于目标箱体未对齐或对准的依据是:摄像机视场中，目标箱体的顶板上，或顶板与侧壁 相交的棱线上，至少有1个光斑。
[0010] 所述控制电路接收到图像处理芯片或计算机的检测结果后，用声光信号表示吊具 是否对准被吊运箱体，以及被吊运箱体是否对齐支承箱体等信息。
[0011] 从上述结构的描述可以发现，任何可堆垛的、规格相同（尺寸相近）的物体都可以 作为本实用新型抓取和码放的对象。
[0012] 本实用新型的有益效果：
[0013] (1)在货场任一位置，本检测装置均无观测盲区。
[0014] 对传统检测技术而言，集装箱多层堆放、产生遮挡作用，形成人眼和普通摄像机的 观测盲区，导致"对箱"耗时多、且"着箱"容易错位。本实用新型不受上述盲区的限制，可连 续、自动地提供引导信息，使得"抓箱"作业更快速、着箱命中率更高。
[0015] (2)增大堆垛密度、有效地利用宝贵的场地空间
[0016] 对传统检测技术而言，集装箱码放到4至8层时，箱体之间的偏差逐层积累、有可能 引发货垛倾倒事故。本实用新型大幅度地减小了 "层间错位"，可有效地预防货垛歪斜(倾 倒）。利于提高堆放密集，增大码高层数。
[0017] (3)人工驾驶方法依靠视觉观察装卸位置。本实用新型提供集装箱自动"对箱"的 引导信息，可实现"无人"或全自动化吊运作业。
[0018] (4)本实用新型采用非接触式/图像检测原理，在恶劣环境下，性能稳定、可靠高。
【附图说明】

[0019] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本实用新型实施例一中、空载吊具抓箱示意图；
[0021] 图2是本实用新型实施例二中、载货吊具着箱示意图；
[0022]图3是本实用新型实施例三中、载货堆垛机具着箱过程"两箱体有错位"示意图； [0023]图4是本实用新型实施例三中、载货堆垛机具着箱过程"两箱体已对齐"示意图； [0024]图5是本实用新型实施例三中、载货堆垛机具着箱过程中局部放大示意图；
[0025] 图6是本实用新型实施例四中、在多层叠放的作业中无观测盲区的示意图。
[0026] 附图标记：
[0027] l、la、lb、lc、ld、le 均为照明光源；
[0028] 2、2a、2b、2c、2d、2e 均为光斑；
[0029] 3、3&、315、3(3、3(1、36均为摄像机；
[0030] 4、图像处理芯片；
[0031] 5、控制电路；
[0032] 6、通讯和音频提示电路；
[0033] 7、吊具；
[0034] 7a、7b均为锁头；
[0035] 8d、待运集装箱；
[0036] 8、8a、8b均为被吊运集装箱；
[0037] 9、9a、9b支承集装箱；
[0038] 10、集装箱；
[0039] H、堆垛机具；
[0040] 12、13均为集装箱；
[00411 14、集装箱运动路径。
【具体实施方式】
[0042]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"连接" 应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是直接相 连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上 述术语在本实用新型中的具体含义。
[0043]下列实施例中，照明光源为连续发光的半导体激光器，功率为lOOmw，发射光的波 长为640nm。摄像机中的滤光片、光阑用于抑制日光及杂光干扰，光电探测器是线阵、CMOS器 件。图像处理采用工控芯片。
[0044] 实施例一
[0045] 本实用新型实施例一提供了一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置， 引导空载吊具抓箱的作业过程。
[0046] 如图1所示，在起重机吊具7的四边安装了 12个照明光源1，4个摄像机3,吊具上方 安装了图像处理芯片4,控制电路5,通讯和音频提示电路6。图1中只标出了 6个照明光源和2 个摄像机，其余被吊具7遮挡。
[0047] 吊具7的四边垂直地面，照明光源1向垂直地面方向发射光束。例如在图1中，位于 吊具长边上的照明光源1发射的光束的几何中心线位于与地面垂直的平面内，并且所述平 面与锁头7a、7b的连线平行。摄像机3采集光斑及环境的图像，并将图像发送给图像处理芯 片4,所述图像处理芯片4可以检测出全部光斑2均未落在集装箱顶板及顶板与侧壁相交的 棱线上。当图像处理芯片4进一步检测到任一光斑的边缘参考点与待运集装箱8d侧壁的距 离均满足多1mm、且<50mm时，将发送"吊具已经对准集装箱"的检测结果给控制电路5,并发 出用于表示"对准"的声音提示，例如不同频率的"嘟...、嗒..."声音信号。在此条件下，吊 具下降，其四个锁头必将顺利插入箱体的角件孔。
[0048] 实施例二
[0049] 本实用新型实施例二提供了一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置， 引导载货吊具着箱的作业过程。
[0050] 如图2所示，照明光源lc垂直于地面投射的光斑2c落在支承集装箱9的顶部，照明 光源la垂直于地面投射的光斑2a位于支承集装箱9箱体外侧，与箱壁的距离大于50mm。摄像 头3采集到上述光斑及环境信号后，发送图像给图像处理芯片4。图像处理芯片4将得到"待 运集装箱8相对于下方支承集装箱9未对准"的结论，并将该结果传送给控制电路，发出声音 信号，示意"未对准"。根据图2显示的情况，吊具7沿顺时针方向转动后，可使光斑2c移出集 装箱9的顶板棱线，使集装箱9的顶板上无光斑。从而，吊具7回到正确位置，使集装箱8可整 齐地码放在集装箱9上。
[0051 ] 实施例三
[0052]本实用新型实施例三提供了一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置， 引导载货堆垛机具着箱的作业过程。
[0053]如图3所示，堆垛机具11的顶部，安装了图像处理芯片4、控制电路5,通讯和音频提 示电路6。堆垛机具11的四边，安装了 4个照明光源、4台摄像机。由于机具遮挡，图3中只标示 了 2个照明光源、2台摄像机。如图3中所示，照明光源Id或le所发射的光束的几何中心线在 垂直于地面的平面内，且该平面与照明光源Id或le所在堆垛机具的一侧的侧壁面平行，所 述光束的几何中心线与水平面呈约45度的夹角，该中心线在地面的投影与该光源所在堆垛 机具一侧的侧壁面的地面投影平行。所述光束产生长轴为500_、短轴为2_的椭圆形光斑 2d、2e;摄像机3d、3e的光轴朝照明光源所在侧偏转，分别观测光斑2d、2e;当图像处理芯片 检测到照明光源Id投射的光斑2d和照明光源le投射的光斑2e均落在了支承集装箱9a顶部 (位于棱线以内），图像处理芯片4将得到待运集装箱8a相对于下方支承集装箱9a未对准的 结论。控制电路将发出声音信号，示意"未对准"。
[0054] 如图4所示，照明光源Id产生光斑2d，照明光源le产生光斑2e，摄像机3d观测光斑 2d，摄像机3e观测光斑2e;所述光斑均为长轴为1000mm、短轴为2mm的椭圆。如图5中局部放 大图像所示，椭圆光斑2e位于集装箱9a和集装箱10之间的缝隙处。当所有摄像机采集到的 信息均表明支承箱体顶板上无光斑，可以判断待运集装箱8a与支承集装箱9a已对准。控制 电路将发出声音信号，示意"已对准"。
[0055] 实施例四
[0056] 本实用新型实施例四提供了一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置， 在密集排列/多层堆垛任务中，无观测盲区的作业过程。
[0057]如图6所示，实际作业中存在一些不利情况，例如当待运集装箱8抵近支承集装箱9 时，已有的集装箱垛13将遮挡操作员的视线，不便观看集装箱％，或者已有的集装箱垛13使 传统的光电成像、激光测距等检测方法的光路受阻而使其失效(或部分失效）。
[0058]本实用新型的特点是：照明光源和摄像机均指向吊具或堆垛机具下方或侧下方， "对箱"的判据是光斑是否位于目标箱体的顶部，以及光斑边缘线与目标箱体侧壁的距离， 而该判据总是可以通过摄像机和图像处理芯片得到，不会出现光路受阻导致检测失效的情 况。如图5所示，虽然集装箱12和13对视线有遮挡作用，本装置仍能发挥检测功能，引导吊具 7运载集装箱8b，沿箭头组14标示的路径，向支承集装箱9b移动。所以本实用新型擅长在多 层堆放的场地，引导吊具或堆垛机具"对箱"。
[0059]综上所述，传统设备中，采用光电测距、激光扫描、计算机视觉等检测原理，在光路 上无遮挡物的前提下，才能在检测到下方集装箱的位置。本装置在四周有集装箱遮挡(且人 员视线受阻）的不利条件下，仍然能够提供"对箱"、"着箱"引导信息，实现在起吊时对准目 标集装箱，在码放时减小被吊运集装箱相对于支承集装箱的错位，并多层整齐地叠放的目 的。
[0060]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，包括： 吊具(7); 照明光源（1)，安装在所述吊具（7)上，向吊具下方投射光束，形成光斑（2);照明光源 (1)投射光束的几何中心线位于垂直于地面的平面内，并且所述平面与所述照明光源所在 吊具一侧的两端的锁头的连线平行； 摄像机(3)，安装在所述吊具(7)上，采集所述光斑(2)及环境的图像； 图像处理芯片(4)，安装在所述吊具（7)上，接收所述光斑(2)及环境的图像信息，分析 所述光斑(2)的空间位置是否在目标箱体顶板上； 控制电路（5)，安装在所述吊具（7)上，通过与图像处理芯片（4)通讯获取所述光斑（2) 的空间位置的信息，并根据上述信息发出声光信号； 其中，所述目标箱体指被吊运集装箱或支承集装箱。2. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，其特征 在于，所述装置中至少包含1个照明光源（1);所述照明光源（1)可以是激光器、或电光源，发 射光束的横截面形状可以是点、圆、椭圆、一字形，或一字形组合得到的 L、十、「形状之一； 照明光源（1)的功率为0 · lmw~2w;连续发光或强度调制发光，波长为300nm~1064nm。3. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，其特征 在于:所述吊具(7)还可以是堆垛机具。4. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，其特征 在于:所述图像处理芯片(4)还可以是计算机。5. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，其特征 在于:所述装置中至少包含1个摄像机(3)，所述摄像机(3)可对0.1m至5m选定位置的光斑清 晰成像;一台所述摄像机(3)可以检测1个光斑，或者同时检测多个光斑。6. 根据权利要求1所述的一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，其特征 在于:所述装置还可用于其它可堆垛的、规格相同的物体。
【文档编号】B66C13/18GK205709438SQ201620394068
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】曹动
【申请人】湖南科天健光电技术有限公司