一种自动着箱控制方法及相关设备与流程

本技术涉及集装箱装卸，具体而言，涉及一种自动着箱控制方法及相关设备。

背景技术：

1、随着全球海运业务发展越发迅速，对港口的转运能力提出了更高的要求，各个大型港口码头纷纷开始布局自动化生产业务。在港口自动化生产过程中，集装箱装卸作业占据了很大一部分时间，提高集装箱装卸作业的作业效率，能够大大提高港口自动化生产的作业效率。

2、而对集装箱装卸作业来说，集装箱自动着箱操作属于实现难度高的重要环节，通常需要由离地面一定高度的移载天车通过调控吊具的运动状况，使吊具移动到集装箱正上方并在对齐集装箱后下降抓取集装箱，再通过调控吊具的运动状况，使吊具抓取着集装箱移动到目标集卡上方并在对齐目标集卡后下降放置集装箱，从而实现集装箱自动着箱效果。在集装箱自动着箱操作的实现过程中，吊具下降抓取集装箱的着箱操作和/或吊具下降放置集装箱到目标集卡上的着箱操作的一次性着箱成功率是影响集装箱装卸作业的作业效率的重要因素，其中一次性着箱成功率越高，则对应集装箱装卸作业效率通常也就越高。因此，如何有效提升着箱操作的一次性着箱成功率，便是当今集装箱装卸作业过程中的一项亟需解决的重要问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种自动着箱控制方法及装置、集装箱自动着箱系统和可读存储介质，能够在吊具下降着箱过程中深度考虑外界环境对吊具位姿的干扰影响，动态调整吊具运动状况来确保吊具尽可能地在被着箱物体上一次性着箱成功，以有效提升吊具下降着箱操作的一次性着箱成功率，提升集装箱装卸作业效率，并确保本技术提供的自动着箱控制方案能够适用于复杂多变的作业环境。

2、为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供一种自动着箱控制方法，应用于集装箱自动着箱系统，其中所述集装箱自动着箱系统包括移载天车和吊具，所述移载天车通过所述吊具抓取集装箱并放置到目标集卡上，所述方法包括：

4、实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度，其中所述位姿偏差数据包括所述吊具与所述被着箱物体在高度方向上的实际高度差，以及所述吊具与所述被着箱物体在水平面内的实际位姿偏差；

5、根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具当前的期望着箱耗时，以及所述吊具在水平面内的与所述期望着箱耗时匹配的位姿变化补偿运动量；

6、根据所述实际高度差及所述期望着箱耗时，计算所述吊具当前的期望下降速度；

7、按照所述期望下降速度和所述位姿变化补偿运动量，控制所述吊具进行运动；

8、检测所述吊具是否处于着箱完成状态，并在检测到所述吊具未处于着箱完成状态时，跳转到所述实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度的步骤继续执行，直至检测到所述吊具处于着箱完成状态为止。

9、在可选的实施方式中，所述根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具当前的期望着箱耗时的步骤，包括：

10、根据所述实际位姿偏差，基于运动学原理构建所述吊具在所述外界环境影响下于水平面内的目标位姿偏差变化函数；

11、根据所述实际高度差与所述实际下降速度，计算所述吊具按照所述实际下降速度直接下降的估计着箱耗时；

12、对所述目标位姿偏差变化函数在满足零位姿偏差时的运动补偿耗时进行预测，得到所述目标位姿偏差变化函数的最接近所述估计着箱耗时的补偿耗时数据；

13、根据得到的所述补偿耗时数据，计算所述吊具当前在所述实际高度差下的期望着箱耗时。

14、在可选的实施方式中，所述补偿耗时数据包括对应位姿偏差变化函数在水平面内的第一方向、第二方向和预设扭转方向各自对应的目标补偿耗时，其中所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述预设扭转方向的扭转轴延伸方向与水平面垂直，所述第一方向用于表示所述移载天车的前进方向，所述第二方向用于表示所述目标集卡的车头朝向；所述根据得到的所述补偿耗时数据，计算所述吊具当前在所述实际高度差下的期望着箱耗时的步骤，包括：

15、对所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标补偿耗时进行数值比较，得到对应的数值比较结果；

16、根据所述数值比较结果，从所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标补偿耗时中，选取数值最小的目标补偿耗时作为所述期望着箱耗时。

17、在可选的实施方式中，所述根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具在水平面内的与所述期望着箱耗时匹配的位姿变化补偿运动量的步骤，包括：

18、将所述期望着箱耗时代入到所述目标位姿偏差变化函数中进行计算，得到所述目标位姿偏差变化函数的与所述期望着箱耗时对应的目标位姿变化量；

19、将所述目标位姿变化量的相反向量作为所述位姿变化补偿运动量。

20、在可选的实施方式中，所述根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具当前的期望着箱耗时的步骤，包括：

21、获取所述吊具在无外界环境影响的下降过程中于水平面内的第一位姿偏差变化函数；

22、根据所述实际位姿偏差，基于运动学原理构建所述吊具在所述外界环境影响下于水平面内的第二位姿偏差变化函数；

23、根据所述实际高度差与所述实际下降速度，计算所述吊具按照所述实际下降速度直接下降的估计着箱耗时；

24、对所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自在满足零位姿偏差时的运动补偿耗时进行预测，得到所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的最接近所述估计着箱耗时的补偿耗时数据；

25、确定所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自在着箱过程中的位姿影响权重；

26、根据所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的补偿耗时数据和位姿影响权重，计算所述吊具当前在所述实际高度差下的期望着箱耗时。

27、在可选的实施方式中，所述补偿耗时数据包括对应位姿偏差变化函数在水平面内的第一方向、第二方向和预设扭转方向各自对应的目标补偿耗时，其中所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述预设扭转方向的扭转轴延伸方向与水平面垂直，所述第一方向用于表示所述移载天车的前进方向，所述第二方向用于表示所述目标集卡的车头朝向；所述补偿耗时数据包括与所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标补偿耗时，所述根据所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的补偿耗时数据和位姿影响权重，计算所述吊具当前在所述实际高度差下的期望着箱耗时的步骤，包括：

28、针对所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向中的每种方向，根据所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的位姿影响权重，对所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的与该种方向对应的目标补偿耗时进行加权平均运算，得到与该种方向对应的目标着箱耗时；

29、对所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标着箱耗时进行数据处理，得到所述期望着箱耗时。

30、在可选的实施方式中，所述对所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标着箱耗时进行数据处理，得到所述期望着箱耗时的步骤，包括：

31、对所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标着箱耗时进行数值比较，得到对应的数值比较结果；

32、根据所述数值比较结果，从所述第一方向、所述第二方向和所述预设扭转方向各自对应的目标着箱耗时中，选取数值最小的目标着箱耗时作为所述期望着箱耗时。

33、在可选的实施方式中，所述根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具在水平面内的与所述期望着箱耗时匹配的位姿变化补偿运动量的步骤，包括：

34、将所述期望着箱耗时代入到所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数中进行计算，得到所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的目标位姿变化量；

35、根据所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的位姿影响权重，对所述第一位姿偏差变化函数和所述第二位姿偏差变化函数各自的目标位姿变化量进行加权求和运算，得到所述吊具在外界环境作用下于水平面内的位姿变化预估量；

36、将所述位姿变化预估量的相反向量作为所述位姿变化补偿运动量。

37、在可选的实施方式中，所述方法还包括：

38、在检测到所述吊具处于着箱完成状态的情况下，检测所述吊具与所述被着箱物体在水平面内的着箱位姿偏差是否符合着箱成功条件；

39、若检测到所述着箱位姿偏差符合着箱成功条件，则判定所述被着箱物体当前处于成功着箱状态，否则控制所述吊具上升预设高度后进行下降，并跳转到所述实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度的步骤继续执行。

40、第二方面，本技术提供一种自动着箱控制装置，所述应用于集装箱自动着箱系统，其中所述集装箱自动着箱系统包括移载天车和吊具，所述移载天车通过所述吊具抓取集装箱并放置到目标集卡上，所述装置包括：

41、运动数据获取模块，用于实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度，其中所述位姿偏差数据包括所述吊具与所述被着箱物体在高度方向上的实际高度差，以及所述吊具与所述被着箱物体在水平面内的实际位姿偏差；

42、运动补偿预测模块，用于根据所述实际高度差、所述实际下降速度和所述实际位姿偏差，针对所述吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到所述吊具当前的期望着箱耗时，以及所述吊具在水平面内的与所述期望着箱耗时匹配的位姿变化补偿运动量；

43、着箱速度预测模块，用于根据所述实际高度差及所述期望着箱耗时，计算所述吊具当前的期望下降速度；

44、吊具运动控制模块，用于按照所述期望下降速度和所述位姿变化补偿运动量，控制所述吊具进行运动；

45、吊具状态检测模块，用于检测所述吊具是否处于着箱完成状态，并在检测到所述吊具未处于着箱完成状态时，驱动所述运动数据获取模块继续实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度，直至检测到所述吊具处于着箱完成状态为止。

46、在可选的实施方式中，所述装置还包括：

47、着箱效果检测模块，用于在所述吊具状态检测模块检测到所述吊具处于着箱完成状态的情况下，检测所述吊具与所述被着箱物体在水平面内的着箱位姿偏差是否符合着箱成功条件；

48、所述着箱效果检测模块，还用于在检测到所述着箱位姿偏差符合着箱成功条件，则判定所述被着箱物体当前处于成功着箱状态，或者在检测到所述着箱位姿偏差不符合着箱成功条件时，控制所述吊具上升预设高度后进行下降，并驱动所述运动数据获取模块继续实时获取所述吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度。

49、第三方面，本技术提供一种集装箱自动着箱系统，所述系统包括移载天车和吊具，所述移载天车通过所述吊具抓取集装箱并放置到目标集卡上；

50、所述移载天车存储有计算机程序，并可执行所述计算机程序，来实现前述实施方式中任意一项所述的自动着箱控制方法。

51、第四方面，本技术提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被集装箱自动着箱系统运行时，实现前述实施方式中任意一项所述的自动着箱控制方法，其中所述集装箱自动着箱系统包括移载天车和吊具，所述移载天车通过所述吊具抓取集装箱并放置到目标集卡上。

52、在此情况下，本技术实施例的有益效果可以包括以下内容：

53、本技术通过实时获取吊具在着箱过程中相对于被着箱物体的位姿偏差数据和实际下降速度，并根据获取到的位姿偏差数据和实际下降速度，针对吊具在外界环境作用下于水平面内出现的位姿变化现象进行运动补偿预测，得到吊具当前的期望着箱耗时，以及吊具在水平面内的与期望着箱耗时匹配的位姿变化补偿运动量，而后计算吊具当前的与期望着箱耗时对应的期望下降速度，并按照期望下降速度和位姿变化补偿运动量，控制吊具进行运动，接着重复执行前述各项步骤，直至检测到吊具处于着箱完成状态为止，从而在吊具下降着箱过程中深度考虑外界环境对吊具位姿的干扰影响，动态调整吊具运动状况来确保吊具尽可能地在被着箱物体上一次性着箱成功，以有效提升吊具下降着箱操作的一次性着箱成功率，提升集装箱装卸作业效率，并确保本技术提供的自动着箱控制方案能够适用于复杂多变的作业环境，提高控制方案通用性。

54、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。