一种辅助集装箱锁具啮合升降的三维扫描系统技术方案

本发明专利技术专利涉及一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，包括三维形貌扫描模块、数据处理模块、起重机械模块、旋转卡锁。机械臂上的两个伸缩梁各伸出2个锁销，扫描探头安装在锁销附近。当锁销移动到集装箱上方时，各个扫描探头分别对集装箱上的角件凹槽进行三维形貌扫描，再由处理芯片拟合出角件凹槽的边缘，找到角件凹槽的几何中心并给出其相对于对应锁销中心的相对坐标。据此可操纵机械臂让锁销在三维空间上进行适量的位移与旋转，使得锁销与角件凹槽的几何中心、对应的长短轴分别对齐，锁销伸入凹槽并旋转一定的角度，实现锁具的咬合即伸缩梁的抓箱。该系统能够快速精准地完成港机与集装箱的连接，加快港口运输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助集装箱锁具啮合升降的三维扫描系统
本专利技术属于集装箱运输
，涉及一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统。
技术介绍
在采取传统的人工操作对接技术中，由于集装箱往往成堆叠放，有的甚至高出了起重机的高度，使得操作人员无法看到集装箱表面的具体情况，大大增加的对准连接的难度。也使得起重架与集装箱之间多次碰撞降低了集装箱的寿命。而由于三维成像技术的发展，外加智能机械臂的应用，使得智能化识别定位卡锁起重不再是难点。
技术实现思路
专利技术目的。本专利技术提出了一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，通过三维扫描设备捕获的凹槽形貌可以轻而易举地被拟合并计算出椭圆的中心及长短轴来，再通过规划路径操控机械臂将锁销伸入卡锁并旋转卡死。精准完成，无需冗余操作和漫长的时间等待和刚体碰撞，大大加快了集装箱的流动速度，为装卸工人减少了操作负担。本专利技术所采用的技术方案。一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：包括三维形貌扫描模块、数据处理模块、起重机械模块、旋转卡锁，由三维扫描系统获取角件凹槽的三维形貌，并拟合出凹槽轮廓，通过轮廓计算出相应的中心点和对称轴。再由这些几何特征计算出角件和锁销匹配所需的旋转角度和平移距离，进而操控机械臂完成连接匹配。更进一步地具体实施方式：装在机械臂上的锁销有两个伸缩梁，每个伸缩梁上的端上带有伸出的2个锁销，伸缩梁是锁销的抓箱部分。若干个三维形貌扫描探头安装在伸缩梁的不同端上锁销附近。更进一步地具体实施方式：当港机机械臂将锁销移动到集装箱上方时，各个三维形貌扫描探头分别对其下方的集装箱上的角件凹槽进行三维形貌扫描，并将数据传输至数据处理模块。更进一步地具体实施方式：在接收到三维形貌数据之后，处理芯片拟合出角件凹槽的边缘以及长短轴，根据拟合处理结果找到角件凹槽的几何中心并给出其相对于对应锁销中心的相对坐标，以一组锁具连接事件为例，具体方法如下：(1)通过边缘检测技术，将凹槽的边缘识别出来；(2)先边缘检测，得到窟窿的轮廓，如果是对称的，直接算各个方向的均值可以得到2条对称线，反之，则在这些点中分别筛选出沿着x方向和y方向变化最大的两组点，这两组点便是凹槽的对称轴。根据这两组点的欧式距离大小，将其分为长轴a和短轴b，长轴和短轴交点即为几何中心O。更进一步地具体实施方式：根据识别出来的2个或更多个角件凹槽几何中心的相对坐标，首先通过俯仰变化，各个凹槽中心的相对z坐标相等，再经过旋转变化，同一伸缩架下方对应的两个角件凹槽中心O1，O2的y坐标相等O3，O4的y坐标相等使伸缩梁与凹槽中心连线平行，最终通过O1与其对应凹槽中心点O1′的几何位置差距，计算得锁销应该移动的距离Δx，Δy，Δz操纵机械臂让锁销在三维空间上先后进行x，y，z三个方向上的位移，完成对准。使得伸缩梁上的多个锁销中心O’对准识别出来的对应的角件凹槽的几何中心O并且长轴a’与长轴a对齐短轴b’与短轴b对齐，伸入凹槽之中并旋转90°，此时a’与b对齐，b’与a对齐，实现锁具的咬合即伸缩梁的抓箱。本专利技术所产生的技术效果。(1)本专利技术实现了集装箱与起重架的智能精准连接，降低了操作难度与时间开销，减少了刚体碰撞，加快了物流效率。(2)本专利技术操作简单易上手，无需过多的经验积累，即使是新手也可以轻而易举地掌握操作要领。(3)本专利技术可以通过增加辅助摄像头的方式提高可视化，用户可以根据自己需求在可视化精度与成本之间取舍。附图说明图1为本专利技术一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统的起重架整体示意图。图2为本专利技术一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统的集装箱示意图。附图标记说明：1-锁销，2-伸缩梁，3-三维扫描设备，4-角件。具体实施方式本专利技术涉及一种辅助集装箱锁具啮合升降的三维扫描系统，通过三维扫描系统获取到角件凹槽的形貌信息，并通过对称轴定位到凹槽中心，再由上位机控制机械臂，使角件凹槽中心与锁销中心重合，并旋转锁销，使之咬合。实施例1下面以2台三维扫描设备对焦防治为例，结合附图1和2对本专利技术的一种实施方式做进一步详述：系统整体由四个模块组成，数据处理模块，三维形貌扫描模块，起重机械模块，卡锁模块，其中三维扫描模块可以是深度相机，结构光系统等等任何三维扫描设备。其中三维扫描模块3夹装在伸缩梁2的侧面，紧贴着锁销1，在打开起重按钮后，两个三维扫描系统3分别对下方的集装箱部分进行扫描，扫描数据传输给数据处理模块拟合出角件凹槽的边缘，以椭圆形拟合为例，下面以LS法拟合椭圆边缘，设椭圆方程为：mx2+ny2-1＝0(m＞0，n＞0，m≠n)(1)目标函数为：LS的目标是使Q取得最小值，即将Q对m,n求偏导，并令其等于0：将其展开：设那么有：mC+nE-A＝0(7)mE+nD-B＝0(8)解得：通过边缘检测锁定凹槽4位置，如果是对称的，直接算各个方向的均值可以得到2条对称线，反之，则在这些点中分别筛选出沿着x方向和y方向变化最大的两组点，这两组点便是凹槽4的对称轴，以x方向为例，对称轴为：x＝argmax(yi-yi′)(11)其中yi和yi′为在x为横坐标的情况下边界点的两个y值，根据这两组点的欧式距离大小，将其分为长轴a和短轴b，长轴和短轴交点即为几何中心O。分别根据四个锁销的几何中心位置和四个角件凹槽的中心位置，首先通过俯仰变化，使四个凹槽中心的z坐标相等，再经过旋转变化，同一伸缩架下方对应的两个角件凹槽中心O1，O2的y坐标相等O3，O4的y坐标相等使伸缩梁与凹槽中心连线平行，最终通过O1与其对应凹槽中心点O1′的几何位置差距，计算得锁销1应该移动的距离Δx，Δy，Δz操纵机械臂让锁销在三维空间上先后进行x，y，z三个方向上的位移，完成对准以x轴为例：Δx＝x1+x2(12)其中，Δx1为锁销中心到凹槽中心的距离，Δx2为锁销中心到三维扫描世界坐标系的修正距离，此时伸缩梁上的多个锁销中心O’与角件凹槽的几何中心O对齐、长轴a’与长轴a对齐、短轴b’与短轴b对齐，伸入多个凹槽之中并旋转90°，此时a’与b对齐，b’与a对齐，实现锁具的咬合即伸缩梁的抓箱。该系统实现了起重机与集装箱的一键式装配，大大加快了集装箱的物流速率，提高了码头运输效率，节约了装卸工的培训成本，适应了现代自动化智能码头的潮流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：包括三维形貌扫描模块、数据处理模块、起重机械模块、旋转卡锁，由三维扫描系统获取角件凹槽的三维形貌，并拟合出凹槽轮廓，通过轮廓计算出相应的中心点和对称轴；再由这些几何特征计算出角件和锁销匹配所需的旋转角度和平移距离，进而操控机械臂完成连接匹配。/n

【技术特征摘要】
1.一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：包括三维形貌扫描模块、数据处理模块、起重机械模块、旋转卡锁，由三维扫描系统获取角件凹槽的三维形貌，并拟合出凹槽轮廓，通过轮廓计算出相应的中心点和对称轴；再由这些几何特征计算出角件和锁销匹配所需的旋转角度和平移距离，进而操控机械臂完成连接匹配。


2.根据权利要求1所述的一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：装在机械臂上的锁销有两个伸缩梁，每个伸缩梁上的端上带有伸出的2个锁销，伸缩梁是锁销的抓箱部分，若干个三维形貌扫描探头安装在伸缩梁的不同端上锁销附近。


3.根据权利要求1所述的一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：当港机机械臂将锁销移动到集装箱上方时，各个三维形貌扫描探头分别对其下方的集装箱上的角件凹槽进行三维形貌扫描，并将数据传输至数据处理模块。


4.根据权利要求1所述的一种辅助港机连接集装箱的三维扫描系统，其特征在于：在接收到三维形貌数据之后，处理芯片拟合出角件凹槽的边缘以及长短轴，根据拟合处理结果找到角件凹槽的几何中心并给出其相对于对应锁销中...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，
申请(专利权)人：亘冠智能技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33