一种龙门吊吊具自动抓箱方法技术

本发明专利技术提供了一种龙门吊吊具自动抓箱方法，在吊具的长边方向的两端位置分别设置第一激光雷达；在吊具的短边方向的中间位置分别设置第二激光雷达；各激光雷达用于获取吊具下方的点云数据；以龙门吊的吊具中心构建世界坐标系；龙门吊的吊具运动到待抓取或者待堆叠的集装箱上方一定高度后，各第一激光雷达及第二激光雷达获取吊具下方的点云数据，并将点云数据分别标定到世界坐标系中，将标定后的点云数据进行点云拼接，剔除重复的点云数据，对点云数据进行处理，获取吊具各边线、吊具上装载的集装箱、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱各边线的点云数据及其在世界坐标系中的空间坐标；计算吊具各边线与待抓取集装箱的边线平移量与旋转量。旋转量。旋转量。

【技术实现步骤摘要】
一种龙门吊吊具自动抓箱方法


[0001]本专利技术涉及港口自动化吊装设备
，尤其涉及一种龙门吊吊具自动抓箱方法。

技术介绍

[0002]随着港口业务需求日益增加，港口集装箱运输吞吐量也随之增加，传统的集装箱吊运作业操作难度高，对操作人员的技术和经验有一定要求。随着港口自动化水平的提升，越来越多的港口开始布局全自动作业，集装箱的自动抓放箱是一项重要技术。目前，大部分港口集装箱作业还是基于RTG小车的本地作业或者远程机房作业，效率低，作业难度大，RTG即龙门起重机。
[0003]虽然部分港口采用了RTG堆场自动化方案，但是仍然存在着标定困难、RTG 大车基准容易偏移、吊具当前姿态检测不便、姿态调整耗时长等缺点，作业效率得不到有效提升。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种吊具姿态调整耗时短、调节过程简便的龙门吊吊具自动抓箱方法。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种龙门吊吊具自动抓箱方法，包括如下步骤：
[0006]S100：龙门吊的吊具及集装箱的边线均包括成对设置的长边和短边；在龙门吊吊具的两长边方向的两端位置分别设置一个第一激光雷达；在龙门吊的吊具的两短边方向的中间位置分别设置一个第二激光雷达；第一激光雷达和第二激光雷达的扫描方向指向吊具下方；各第一激光雷达及第二激光雷达用于获取吊具下方的点云数据；
[0007]S200：以龙门吊的水平移动方向作为Y轴，水平面内与Y轴垂直的方向为X轴，竖直方向为Z轴，以龙门吊的吊具中心为原点并根据右手法则构建世界坐标系；
[0008]S300：龙门吊的吊具运动到待抓取或者待堆叠的集装箱上方一定高度后，各第一激光雷达及第二激光雷达获取吊具下方的点云数据，各第一激光雷达及第二激光雷达将所有的点云数据分别标定到世界坐标系中，将标定后的点云数据进行点云拼接，剔除重复的点云数据，获取吊具各边线、吊具上装载的集装箱、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱各边线的点云数据及其在世界坐标系中的空间坐标；
[0009]S400：根据吊具各边线的端点在世界坐标系中的空间坐标，以及吊具上装载的集装箱的各边线、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的各边线在世界坐标系的空间坐标，计算吊具各边线与待抓取集装箱的边线的偏移距离或者吊具上装载的集装箱的边线与堆场已有的集装箱的边线之间的偏移距离；
[0010]S500：将上一步获取的偏移量对吊具进行平移和旋转，调整吊具姿态，当吊具的当前平移与旋转达到设定阈值后，停止吊具的姿态调整，吊具下放进行抓取或者释放动作，完成集装箱的抓取或者堆叠。
[0011]在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一激光雷达为单线激光雷达，第一激光雷达的扫描方向为朝向吊具短边的端点在地面的投影点方向；第二激光雷达为多线激光雷达，第二激光雷达的扫描方向为吊具的长边的端点在地面的投影点方向。
[0012]进一步优选的，所述步骤300中对点云数据进行处理，获取吊具各边线、吊具上装载的集装箱、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱各边线的点云数据及其在世界坐标系中的空间坐标，是采用PCL直通滤波器算法处理各第一激光雷达及第二激光雷达获取吊具下方的点云数据，将点云数据进行拼接以及转换到世界坐标系中，保留吊具、吊具上装载的集装箱、待抓取的集装箱或者待层叠的集装箱的点云数据，舍弃其余部分的点云数据；然后进一步提取吊具各边线、吊具上装载的集装箱各边线以及待抓取或待堆叠的集装箱的各边线位置的点云数据，将各边线位置的点云数据转换为世界坐标系中的空间坐标。
[0013]更进一步优选的，所述步骤S400中计算吊具各边线与待抓取集装箱的边线的偏移距离或者吊具上装载的集装箱的边线与堆场已有的集装箱的边线之间的偏移距离，是将已获取的吊具的各边线、吊具上装载的集装箱的边线或者地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的各边线分别在水平面上投影，得到吊具各边线或者集装箱各边线的投影线，将吊具或者集装箱的投影线顺次连接构成各自封闭的投影区域，根据各投影区域边缘的投影线来计算偏移距离。
[0014]再进一步优选的，所述偏移距离包括第一偏移量shift_FB1、第二偏移量 shift_LR1和第一角度偏移量rotate1，其中：
[0015]shift_FB1＝shift_2+shift_3
‑
shift_5
‑
shift_6
ꢀꢀ
(公式1)；
[0016]shift_LR1＝shift_1
‑
shift_4
ꢀꢀ
(公式2)；
[0017]rotate1＝shift_3
‑
shift_2+shift_6
‑
shift_5
ꢀꢀ
(公式3)；
[0018]其中shift_1和shift_4表示吊具的两短边边线在水平面上投影的中点与地面上待抓取的集装箱的两短边在水平面上的投影的中点之间的距离； shift_2、shift_3、shift_5和shift_6为以吊具各边线在水平面上形成的投影区域的按顺时针方向的各顶点到地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的两长边在水平面上的投影之间的距离；第一偏移量shift_FB1表示吊具需要沿着地面上待抓取的集装箱的两短边的延伸方向水平移动；第二偏移量shift_LR1表示吊具需要沿着地面上待抓取的集装箱的两长边的延伸方向水平移动；第一角度偏移量rotate1表示吊具需要相对于地面上待抓取的集装箱顺时针或者逆时针旋转。
[0019]更进一步的优选的，所述偏移距离包括第三偏移量shift_FB2、第四偏移量 shift_LR2和第二角度偏移量rotate2，其中：
[0020]shift_FB2＝shift_8+shift_9
‑
shift_11
‑
shift_12
ꢀꢀ
(公式4)；
[0021]shift_LR2＝shift_7
‑
shift_10
ꢀꢀ
(公式5)；
[0022]rotate2＝shift_9
‑
shift_8+shift_12
‑
shift_11
ꢀꢀ
(公式6)；
[0023]其中shift_7和shift_10表示吊具上装载的集装箱的两短边边线在水平面上投影的中点与地面上待堆叠的集装箱的两短边在水平面上的投影的中点之间的距离；shift_8、shift_9、shift_11和shift_12为以吊具上装载的集装箱在水平面上的投影区域的按顺时针方向的各顶点到待堆叠的集装箱的两长边在水平面上的投影之间的距离；第三偏移量shift_FB2表示吊具上装载的集装箱需要沿着地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的两短边
的延伸方向水平移动；第四偏移量shift_LR2表示吊具上装载的集装箱需要沿着待堆叠的集装箱的两长边的延伸方向水平移动；第二角度偏移量rotate2表示吊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种龙门吊吊具自动抓箱方法，其特征在于：包括如下步骤：S100：龙门吊的吊具及集装箱的边线均包括成对设置的长边和短边；在龙门吊吊具的两长边方向的两端位置分别设置一个第一激光雷达；在龙门吊的吊具的两短边方向的中间位置分别设置一个第二激光雷达；第一激光雷达和第二激光雷达的扫描方向指向吊具下方；各第一激光雷达及第二激光雷达用于获取吊具下方的点云数据；S200：以龙门吊的水平移动方向作为Y轴，水平面内与Y轴垂直的方向为X轴，竖直方向为Z轴，并根据右手法则构建世界坐标系；S300：龙门吊的吊具运动到待抓取或者待堆叠的集装箱上方一定高度后，各第一激光雷达及第二激光雷达获取吊具下方的点云数据，各第一激光雷达及第二激光雷达将所有的点云数据分别标定到世界坐标系中，将标定后的点云数据进行点云拼接，剔除重复的点云数据，获取吊具各边线、吊具上装载的集装箱、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱各边线的点云数据及其在世界坐标系中的空间坐标；S400：根据吊具各边线的端点在世界坐标系中的空间坐标，以及吊具上装载的集装箱的各边线、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的各边线在世界坐标系的空间坐标，计算吊具各边线与待抓取集装箱的边线的偏移距离或者吊具上装载的集装箱的边线与堆场已有的集装箱的边线之间的偏移距离；S500：将上一步获取的偏移量对吊具进行平移和旋转，调整吊具姿态，当吊具的当前平移与旋转达到设定阈值后，停止吊具的姿态调整，吊具下放进行抓取或者释放动作，完成集装箱的抓取或者堆叠。2.根据权利要求1所述的一种龙门吊吊具自动抓箱方法，其特征在于：所述第一激光雷达为单线激光雷达，第一激光雷达的扫描方向为朝向吊具短边的端点在地面的投影点方向；第二激光雷达为多线激光雷达，第二激光雷达的扫描方向为吊具的长边的端点在地面的投影点方向。3.根据权利要求2所述的一种龙门吊吊具自动抓箱方法，其特征在于：所述步骤300中对点云数据进行处理，获取吊具各边线、吊具上装载的集装箱、地面上待抓取或者待堆叠的集装箱各边线的点云数据及其在世界坐标系中的空间坐标，是采用PCL直通滤波器算法处理各第一激光雷达及第二激光雷达获取吊具下方的点云数据，将点云数据进行拼接以及转换到世界坐标系中，保留吊具、吊具上装载的集装箱、待抓取的集装箱或者待层叠的集装箱的点云数据，舍弃其余部分的点云数据；然后进一步提取吊具各边线、吊具上装载的集装箱各边线以及待抓取或待堆叠的集装箱的各边线位置的点云数据。4.根据权利要求3所述的一种龙门吊吊具自动抓箱方法，其特征在于：所述步骤S400中计算吊具各边线与待抓取集装箱的边线的偏移距离或者吊具上装载的集装箱的边线与堆场已有的集装箱的边线之间的偏移距离，是将已获取的吊具的各边线、吊具上装载的集装箱的边线或者地面上待抓取或者待堆叠的集装箱的各边线分别在水平面上投影，得到吊具各边线或者集装箱各边线的投影线，将吊具或者集装箱的投影线顺次连接构成各自封闭的投影区域，根据各投影区域边缘的投影线来计算偏移距离。5.根据权利要求4所述的一种龙门吊吊具自动抓箱方法，其特征在于：所述偏移距离包括第一偏移量shift_FB1、第二偏移量shift_LR1和第一角度偏移量rotate1，其中：shift_FB1＝shift_2+shift_3
‑
shift_5
‑
shift_6
ꢀꢀꢀꢀ
(公式1)；
shift_LR1＝shift_1
‑
shift_4
ꢀꢀꢀꢀ
(公式2)；rotatel＝shift_3
‑
shift_2+shift_6
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何冲，石先城，曹志俊，张涛，
申请(专利权)人：武汉港迪智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：