专利名称：用于港口集装箱定位的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光测量技术领域，涉及利用激光技术对港口集装箱定位装置。
背景技术：
目前集装箱码头的装卸，大量使用港口岸边集装箱起重机，简称集装箱起重机。装船时，集装箱卡车从货场取来集装箱，运到集装箱起重机下面，停下来。集装箱起重机司机俯视下面的集装箱，操纵吊具上下和左右平移，对准集装箱卡车上的集装箱，垂直起吊后右移装到船上的指定位置。通常，为了提供装卸效率，集装箱起重机的移动必须与船上集装箱的位置为相对固定。这样每次的起吊，就可以只作一维方向滑动。卸船时，集装箱起重机司机通常把集装箱提起，横移出来卸载到等在集装箱起重机下面的和吊具平行的集装箱卡车上(集装箱卡车位置的基本要求就是保证集装箱和集装箱起重机的吊具平行)，见图I示出的港口集装箱装卸示意图。但是集装箱卡车停车位置偏离。常常迫使集装箱起重机司机前后和左右调整吊具，以便准确往集装箱卡车上卸货。集装箱货物的重量数十吨，当集装箱起重机司机做二维调整时，集装箱在空中摆来摆去，加上港口风大，集装箱处于振荡状态，十 分危险。不论是装船和卸船，吊具和集装箱的对准是影响装卸效率的重要因素。甚至为了不让吊具前后移动，集装箱卡车的司机采用二次倒车，或二次起车徐徐向前来保持集装箱和吊具对准。实际工作中只能依赖集装箱卡车司机的目测判断，逐步微调吊具和集装箱的前后距离差。若是集装箱卡车上的集装箱和吊具间形成一个角度，只有让集装箱卡车开出去，重新进入待货区，只能靠集装箱卡车司机再次进场保持集装箱和吊具平行。所以，集装箱起重机司机更依赖于集装箱卡车司机的熟练配合，反复操作，工作效率低。港口现在使用的集装箱定位方法有(I)光幕光电法；(2)立体视觉定位法；(3)红外光反射法；(4)激光扫描测距法；其中还有申请号为“200610028640. 9”，名称为“吊具-集装箱卡车对箱的双激光雷达定位方法”的发明专利。上述(I)、⑵和(3)与本发明差距明显。激光扫描测距法，通常安装的位置在集装箱起重机上，使激光测距仪做二维扫描，同时利用软件描绘出集装箱卡车上集装箱顶部和侧面的位置图。致命的缺欠是该方法测量基准受集装箱起重机震动，位移等因素发生变化，需要实施校正。其次激光扫面是逐点测量，和集装箱卡车没有实时性和同步性，测量精度大幅下降。公开报道的数据精度30毫米；有箱(装船时)对位精度100毫米；空载(卸船时)对位精度200毫米。而集装箱起重机吊具的有效范围为15毫米，可见不能可靠地解决定位问题。申请号为“200610028640. 9”，名称为“吊具-集装箱卡车对箱的双激光雷达定位方法”的发明专利，属于激光扫面测距方法，只是提出了用两个激光器扫描测距的技术方案，在说明书上第六页中描述为“两个激光雷达构成冗余系统，互相构成备份”。由此可见，集装箱卡车距离和角度(姿态)动态实时测量问题没有解决。综上所述，集装箱和吊具的平行问题，或者集装箱卡车和基准线的角度测量是影响效率的关键，这个决定装卸效率的根本问题，都没有得到直接解决。
实用新型内容(一)要解决的技术问题为了解决现有影响装卸效率的吊具和集装箱对准技术缺陷，本实用新型的目的是提供一种能避免吊具的前后调整和集装箱卡车的二次起车调整的用于港口集装箱定位的
>J-U 装直。(二)技术方案为实现上述目的，本实用新型提供一种用于港口集装箱定位的装置，其中具有一载具,位于地面上；具有第一激光测长器和第二激光测长器，固接在载具的水平面上，且第一激光测长器和第二激光测长器同向相互平行放置，第一激光测长器和第二激光测长器的光轴之间具有一间距；其中第一激光测长器测长零点位置点和第二激光测长器测长零点位置点的连线及延长线为测量基线；两个测长零点位置点间线段的中点为测量原点；在集装箱卡车与测量基线之间设有位置固定的定位线；所述定位线是根据集装箱卡车的最佳装卸工位，通过调整载具确定定位线；调整载具使测量基线与定位线相互平行，则定位线与测量基线之间的垂直距离为测量原长S ；第一激光测长器和第二激光测长器位于集装箱卡车的前方或后方，第一激光测长器和第二激光测长器同步发出激光光束，且两束激光光束相互平行处于同一水平面照射在集装箱卡车车体上；第一激光测长器和第二激光测长器分别用于获取测量基线与集装箱卡车之间的第一距离和第二距离；具有一数据处理单元，固接在载具上，存储两个所述激光测长器光轴之间的间距L和测量原长S ;数据处理单元的分别实时采集第一激光测长器的第一距离SI和第二激光测长器的第二距离S2的数据；数据处理单元利用第一距离SI和第二距离S2计算得到集装箱卡车上的激光照射点距测量基线的距离差值(S2-S1)，利用两个激光测长器光轴之间的间距L和距离差值(S2-S1)得到集装箱卡车的激光照射点间的连线与定位线的角度，并显示集装箱卡车的行驶方向控制信息和集装箱卡车距定位线的最小距离值；具有一显示屏，固接在载具上，用于显示数据处理单元输出的集装箱卡车行驶方向控制信息和集装箱卡车距定位线的最小距离值，用于实现集装箱卡车与集装箱吊具的定位；集装箱卡车行驶方向控制信息包括要求集装箱卡车前进、后退、左转、右转、停止指令。本实用新型的有益效果本实用新型利用激光测长器模块，在同步测距的同时测量出集装箱卡车激光照射点间连线及延长线与集装箱卡车定位线的角度问题。利用双平行激光测长技术，测量出集装箱的和吊具的角度和距离，通过显示屏显示出距离和角度数值，同时指示货车司机操纵集装箱卡车的方向，避免吊具的前后调整及集装箱卡车的二次起车调整。解决了集装箱装卸效率和装卸操作不安全的问题。本实用新型解决并简化了集装箱装卸存在的定位操作复杂问题，本实用新型采用数值化指示集装箱卡车定位的姿态，从而保证了集装箱和吊具平行，并准确定位，这样就能够保证集装箱起重机司机只需一维对准使集装箱定位。理论上讲，集装箱起重机司机的工作简化了一倍，例如，从集装箱卡车吊起一只集装箱，送到船上指定位置，操作时间约I分钟，其中包括集装箱卡车司机同步配合，当配合误差较大的时候，空中吊起的集装箱，发生剧烈摆动，最长需要35秒稳定下来，才能进行下一个操作。在某集装箱港装卸码头，用户使用公知的定位装置吊装一个40尺标准箱上船的对位时间为35到40秒，完成40尺标准箱吊装上船一个循环时间至少80秒。同样条件下，当用户使用本实用新型的定位装置吊装一个40尺标准箱上船的对位时间为8秒，完成40尺标准箱吊装上船一个循环时间只需要40秒；此外，利用本实用新型的定位装置在空中吊起的集装箱基本没有发生摆动，从而体现出本实用新型的定位装置准确定位的技术效果。对比激光扫描测距法的作业数据，公开报道的激光扫描测距法的对位时间是25秒。
图I是本实用新型实施的定位装置图；图2是本实用新型装置实施的定位原理图；图3是本实用新型定位装置在港口集装箱装卸系统的实施例示意图；图4是本实用新型是港口集装箱定位的流程图。图中部件说明I是集装箱起重机横向滑道；2是集装箱起重机轨道驱动车轮；3是集装箱卡车；4是本实用新型装置5是集装箱；6是集装箱吊具；7是码头；8是货船；9是船上集装箱装卸位置；10是集装箱起重机移动轨道。41是载具；42是第一激光测长器；43是显示屏；44是数据处理单元；45是第二激光测长器；46是测量基线；47是定位线；48是第二激光测长器在集装箱卡车上的激光照射点；49是第二激光测长器测长零点位置点；410是测量原点；411是第一激光测长器测长零点位置点；412是第一激光测长器在集装箱卡车上的激光照射点；413是集装箱卡车纵轴线；414是集装箱纵轴线；SI是第一激光测长器测量集装箱卡车距离；S2是第二激光测长器测量集装箱卡车距离；L是两个激光测长器光轴间距；[0051]S是测量原长；0是集装箱卡车和定位线夹角。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。如图I、图2和图3示出本实用新型用于港口集装箱定位的装置4的示意图，图I中示出的测量装置包括载具41、第一激光测长器42、第二激光测长器45、显示屏43和数据处理单元44，其中 载具41，位于地面上；第一激光测长器42和第二激光测长器45，固接在载具41的水平面上，且第一激光测长器42和第二激光测长器45同向相互平行放置，第一激光测长器42和第二激光测长器45的光轴之间具有一间距；其中第一激光测长器42测长零点位置点和第二激光测长器45测长零点49位置点的连线及延长线为测量基线46 ;两个测长零点位置点49、411间线段的中点为测量原点410 ；在集装箱卡车3与测量基线46之间设有位置固定的定位线47 ;所述定位线47是根据集装箱卡车3的最佳装卸工位，通过调整载具41确定定位线；调整载具41使测量基线46与定位线47相互平行，则定位线47与测量基线46之间的垂直距离为测量原长S ；第一激光测长器42和第二激光测长器45位于集装箱卡车3的前方或后方，第一激光测长器42和第二激光测长器45同步发出激光光束，且两束激光光束相互平行处于同一水平面照射在集装箱卡车3的车体上；第一激光测长器42和第二激光测长器45分别用于获取测量基线与集装箱卡车3之间的第一距离SI和第二距离S2 ；数据处理单元44，固接在载具41上，存储两个所述激光测长器42、45的光轴之间的间距L和测量原长S ;数据处理单元44分别实时采集第一激光测长器42的第一距离SI数据和第二激光测长器45的第二距离S2数据；数据处理单元44利用第一距离SI和第二距离S2计算得到集装箱卡车3上的激光照射点48、412距测量基线46的距离差值(S2-S1)，利用两个激光测长器42、45光轴之间的间距L和距离差值(S2-S1)，计算得到集装箱卡车3的激光照射点间48、412的连线与定位线47的角度，并显示集装箱卡车3的行驶方向控制信息和集装箱卡车3距定位线47的最小距离值；显示屏43，固接在载具41上，用于显示数据处理单元44输出的集装箱卡车3行驶方向控制信息和集装箱卡车3距定位线的最小距离值；集装箱卡车3行驶方向控制信息包括要求集装箱卡3车前进、后退、左转、右转、停止指令；当32 = SI，且集装箱卡车3距定位线47的最小距离为零值时，显示停车指令；集装箱卡车的司机按照显示屏43上给出的行驶指令行车，则一次起车操作完成集装箱卡车3调整，实现集装箱卡车3与集装箱吊具6的定位。其中，调整载具确定定位线的具体方法是由货船上的集装箱将要装卸的位置以及调整集装箱起重机的吊具，共同确定集装箱最佳位置；设置此时集装箱卡车纵轴线与集装箱卡车上的集装箱纵轴线重合，此时集装箱卡车的位置就是集装箱卡车上的集装箱装卸的停车位；在距离此集装箱卡车纵轴线前方或后方3米至30米设置监测基点，利用载具使监测基点和测量原点重合且使测量基线与集装箱纵轴线垂直，此时第一激光测长器、第二激光测长器得到的距离数值SI、S2是相同的，就是测量原长，此时由测量原点向着集装箱卡车方向，数值等于测量原长的位置点，且通过这个位置点与集装箱纵轴线垂直的横线就是定位线；定位线用来校正集装箱卡车位置、测量基线位置和实现测量基线与定位线相互平行。所述集装箱卡车3的激光照射点48、412间的连线与定位线的角度0为tan(0)=(S2-S1)/L, L为两个激光测长器42、45光轴之间的间距；S1、S2分别为第一激光测长器42、第二激光测长器45获得的测量基线46与集装箱卡车3之间的第一距离和第二距离。集装箱卡车3的行驶方向的判读步骤如下步骤Al :设定顺时针为角度0正方向，如果第二距离S2大于第一距离SI，则角度0大于+1角分，数据处理单元44发出并在显示屏43上显示集装箱卡车3左转的指令；步骤A2:如果第一距离SI大于第二距离S2，则角度0小于_1角分，数据处理单元44发出并在显示屏43上显示集装箱卡车右转的指令；步骤A3:当角度0计算值在[-1角分，+1角分]时，此时认同为第二距离S2与第一距离SI相等，数据处理单元44利用已存储的测量原长S计算出集装箱卡车3距离定位线47的最小距离值为(S2-S)，如果最小距离值为正号，实时显示前行指令；如果最小距离值为负号，实时显示后退指令；当最小距离值为零时，指示集装箱卡车3缓缓停在停车位上。本实用新型的载具41是利用汽车、电瓶车、人力车或能载物用具；当选用载具41为汽车、电瓶车时，则在汽车、电瓶车前部，例如前置保险杠附近，水平面的安装激光测长器42,45,车里安装数据处理单元44和上部位置安装显示屏43。当选用载具41为人力车或载物用具时，人力车或载物用具的0. 5米至I. 2米高度的水平面位置安装激光测长器42、45，竖立支架安装显示屏43，车内安装数据处理单元44。载具41是选用电瓶车或是手推车，显示屏43竖立在电瓶车上，第一激光测长器42、第二激光测长器45和数据处理单元44安装在电瓶车上。第一激光测长器42、第二激光测长器45是具有激光测距功能的部件或者模块。只有数据和指令协议规定格式的输入输出数据和指令，一般没有显示部分，不能单独工作。所述激光照射点间48、412的连线为第一激光测长器42、第二激光测长器45的激光束照射在集装箱卡车3的前面外壳或前保险杠或车体前盖或后保险杠或集装箱卡车3后面的车厢体或车载集装箱上作用点或者作用点间的连线。所述激光照射点48、412为照射在集装箱卡车3的前保险杠或车体前盖或后保险杠或后车厢体上的的激光点。通常在集装箱卡车3的宽度内设定间距L，一般为了计算方便，取间距L为2. 2米至2. 5米范围以载具41的纵轴线对称安装第一激光测长器42与第二激光测长器45，例如实例中取2. 2米。第一激光测长器42和第二激光测长器45安装在载具41的电瓶车前置保险杠附近，并保证第一激光测长器42和第二激光测长器45发出两束相互平行的激光束，两束相互平行的激光束处于水平面中。第一激光测长器42、第二激光测长器45的最大作用距离为100米，激光光斑直径小于20毫米，测量精度为2毫米。第一激光测长器42和第二激光测长器45平行设置，激光光轴间距为L = 2. 2米，第一激光测长器42和第二激光测长器45安装的高度为I. O米且平行与地面，高度差不大于I厘米，实测角度精度为I角分。显示屏43采用LED点阵结构，像元数为32X 16，尺寸0. 384米X0. 192米，连接到数据处理单元44的显示接口。数据处理单元44为微型数据处理单元(Micro-processor Unit, MPU),数据处理单元44选用ATmeg数据处理单元及相关的周边线路板安装在密封仪器箱里面，利用IEEE标准电工程电缆，再连接第一激光测长器42、第二激光测长器45和显示屏43。本实用新型的定位装置4检测间隔为一秒，当集装箱卡车3出现在作用距离之内，可显示距离，同时指示出集装箱卡车3将要行驶的方向。如图3示出利用本实用新型装置在港口集装箱装卸系统的实施例示意图，港口集装箱装卸系统包括集装箱起重机横向滑道I、集装箱起重机轨道驱动车轮2、集装箱卡车3、 本实用新型的定位装置4、集装箱5、集装箱吊具6、码头7、货船8、船上集装箱装卸位置9、集装箱起重机移动轨道10 ;集装箱起重机轨道驱动车轮2固接在集装箱起重机移动轨道10上，集装箱起重机依靠集装箱起重机轨道驱动车轮2，并根据停靠码头7的货船8上的集装箱装卸位置9上、下移动，同时确定了集装箱起重机横向滑道I的作业位置。定位线47和测量基线46间距在3米至30米。定位线47和测量基线46的标定步骤(I)卸船时，集装箱吊具6位于在集装箱起重机横向滑道I上，集装箱吊具6从船上集装箱装卸位置9吊起集装箱横移到集装箱卡车3的上方，并做上、下、左、右的微调对准集装箱起重机横向滑道I下面的集装箱卡车3上的集装箱5的卡位，此时集装箱卡车3的位置就是集装箱卡车集装箱卸集装箱的停车位；在距离此集装箱卡车纵轴线413前方10米设置监测基点，利用载具41使监测基点和测量原点410重合且使测量基线46与集装箱纵轴线414垂直，也就是使测量基线46与集装箱卡车3的定位线47相互平行；此时激光测长器42或45得到的第一距离SI或第二距离S2，就是测量原长S，在集装箱卡车3与集装箱纵轴线414垂直的横线，就是定位线47 ;定位线47实际操作中用来校正集装箱卡车3的位置和激光测长器测量基线46的位置；(2)装船时，同样要由货船8上的集装箱装卸位置9，确定集装箱起重机横向滑道I的作业位置。集装箱吊具6位于集装箱起重机横向滑道I上，并沿着集装箱起重机横向滑道I横移到集装箱卡车3的上方，集装箱吊具6做上、下、左、右的微调对准集装箱起重机横向滑道I下面的集装箱卡车3上的集装箱5的卡位，可以让集装箱卡车司机前后移动配合，以便集装箱5被准确吊起，此时集装箱卡车3的位置就是要卸集装箱卡车3上集装箱的停车位；在距离此集装箱卡车3纵轴线413前方10米设置监测基点，利用载具41使监测基点和测量原点410重合且使测量基线46与集装箱纵轴线414垂直，也就是使测量基线46与集装箱卡车3的定位线47相互平行；此时激光测长器42或45得到的距离SI或S2就是测量原长S，在集装箱卡车3与集装箱纵轴线414垂直的横线就是定位线47 ;定位线47实际操作中用来校正集装箱卡车3位置和激光测长器测量基线46位置；图4示出使用所述港口集装箱定位装置的港口集装箱定位的步骤如下步骤CO:启动装置4;步骤Cl :根据货船8上的集装箱将要装卸的位置9，移动集装箱起重机的集装箱吊具6，则确定了集装箱卡车3上的集装箱的位置，设置此时集装箱卡车纵轴线413与车上集装箱纵轴线414重合，此时集装箱卡车3的位置就是集装箱卡车3上的集装箱装卸的停车位；在距离所述集装箱卡车纵轴线413前方或后方3米至30米设置监测基点，利用载具使监测基点和测量原点410重合；步骤C2 :反复重复调整载具41，直到监测基点和测量原点410重合且测量基线46与集装箱纵轴线414垂直；此时第一激光测长器42和第二激光测长器45测量到第一距离SI和第二距离S2相同，就是测量原长S ；步骤C3 :数据处理单元44采集到测量原长S，且S = SI = S2 ;步骤C4 :两个激光测长器42、45同步发射激光；步骤C5 :数据处理单元44实时采集第一距离SI和第二距离S2 ；步骤C6 :数据处理单元44控制显示屏43显示(S2_S)和(Sl-S)的较小值，即最 小距离值；步骤C7 :数据处理单元44计算角度0 ；步骤C8 :角度0在[-1角分，+1角分]，执行步骤C9，并判读角度0是否在[-1角分，+1角分];步骤C8a:如果0小于-I角分，则显示屏43显示“右转”，并返回C4;步骤CSb :如果0大于+1角分，则显示屏43显示“左转”，并返回C4 ;步骤C9 :显示屏43显示前进“直行”；步骤ClO :判断最小距离值是否为零；最小距离值不为零，返回C4 ;最小距离值为零，执行步骤Cll ；步骤Cll :显示屏43显示“停车”；步骤C12 :判读是否“关机”;如果没有“关机”命令，返回C4 ;如果有“关机”命令，则执行步骤C13 ；步骤C13 :关闭装置4。以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内。
权利要求1.一种用于港口集装箱定位的装置，其特征在于，所述定位装置中 具有一载具，位于地面上； 具有第一激光测长器和第二激光测长器，固接在载具的水平面上，且第一激光测长器和第二激光测长器同向相互平行放置，第一激光测长器和第二激光测长器的光轴之间具有一间距；其中: 第一激光测长器测长零点位置点和第二激光测长器测长零点位置点的连线及延长线为测量基线；两个测长零点位置点间线段的中点为测量原点； 在集装箱卡车与测量基线之间设有位置固定的定位线；所述定位线是根据集装箱卡车的最佳装卸工位，通过调整载具确定定位线； 调整载具使测量基线与定位线相互平行，则定位线与测量基线之间的垂直距离为测量原长S ； 第一激光测长器和第二激光测长器位于集装箱卡车的前方或后方，第一激光测长器和第二激光测长器同步发出激光光束，且两束激光光束相互平行处于同一水平面照射在集装箱卡车车体上；第一激光测长器和第二激光测长器分别用于获取测量基线与集装箱卡车之间的第一距离和第二距离； 具有一数据处理单元，固接在载具上，存储两个所述激光测长器光轴之间的间距L和测量原长S ;数据处理单元的分别实时采集第一激光测长器的第一距离SI和第二激光测长器的第二距离S2的数据； 数据处理单元利用第一距离SI和第二距离S2计算得到集装箱卡车上的激光照射点距测量基线的距离差值(S2-S1)，利用两个激光测长器光轴之间的间距L和距离差值(S2-S1)得到集装箱卡车的激光照射点间的连线与定位线的角度，并显示集装箱卡车的行驶方向控制信息和集装箱卡车距定位线的最小距离值； 具有一显示屏，固接在载具上，用于显示数据处理单元输出的集装箱卡车行驶方向控制信息和集装箱卡车距定位线的最小距离值，用于实现集装箱卡车与集装箱吊具的定位；集装箱卡车行驶方向控制信息包括要求集装箱卡车前进、后退、左转、右转、停止指令。
2.如权利要求I所述的用于港口集装箱定位的装置，其特征在于，所述集装箱卡车的激光照射点间的连线与定位线的角度为tan(0) = (S2-S1)/L，L为两个激光测长器光轴之间的间距；S1、S2分别为第一激光测长器、第二激光测长器获得的测量基线与集装箱卡车之间的第一距离和第二距离。
3.如权利要求I所述的用于港口集装箱定位的装置，其特征在于，所述第一距离SI等于第二距离S2，且集装箱卡车距定位线的最小距离为零值时，显示停车指令。
4.如权利要求I所述的用于港口集装箱定位的装置，其特征在于，所述载具是汽车、电瓶车、人力车或能载物用具。
5.如权利要求I所述的用于港口集装箱定位的装置，其特征在于，所述激光照射点间的连线为第一激光测长器、第二激光测长器的激光束照射在集装箱卡车的前面外壳或前保险杠或车体前盖或后保险杠或集装箱卡车后面的车厢体或车载集装箱上作用点或者作用点间的连线。
专利摘要本实用新型是一种用于港口集装箱定位的装置，具有两台激光测长器固接在载具的水平面上，且两台激光测长器同向相互平行放置，两台激光测长器的光轴之间具有一间距；两台激光测长器同步连续发射激光脉冲串，当激光脉冲遇到集装箱卡车后，分别得到激光测长器与集装箱卡车上激光照射点之间的距离；数据处理单元计算出集装箱卡车激光照射点间的连线和定位线的角度关系，计算出在集装箱卡车上的第一激光测长器和第二激光测长器的激光照射点和定位线的垂线的最小值；让显示屏显示集装箱卡车距定位线最小距离值和要求集装箱卡车前进、后退、左转、右转或停止的行驶指令，司机一次起车操作实现集装箱卡车定位。
文档编号G01B11/26GK202471068SQ20122005096
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年1月4日
发明者王天奇 申请人:吉林省明普光学科技有限公司