3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统

摘要

3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统，包括装锁模式和拆锁模式，所述装锁模式‑判断夹具号是否相符‑判断锁头号是否相符‑移动到准备粗定位点‑等待集卡到位‑获取激光距离并根据距离移动到粗定位位置‑拍照‑根据获取的锁孔位置装锁‑判断是否装锁成功；本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统通过机械臂对集装箱上锁或开锁，自动化程度高，省时省力，自动化程度高，经济效益好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统。

背景技术

集装箱运输是目前港口的主要运输方式，在集装箱船运输的过程中，为了保障运输途中的可靠性及稳定性，在集装箱船上就通过集装箱锁具对多个集装箱进行固定连接，而集装箱到达目的地码头后，再将锁具拆开而进行集装箱的卸载。这种拆锁和装锁传统上都是由人工完成，因此，需要大量的人力和时间。

人工上锁或拆锁不能满足港口集装箱吞吐量的要求，而且工作量大，单靠人力无法完成。

发明内容

本发明提供一种通过机械臂完成上锁或拆锁的3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统，包括双目视觉定位系统、无人智能集卡引导对位系统、锁具自动输送系统、视频监控系统和锁站作业控制系统，所述双目视觉定位系统、无人智能集卡引导对位系统、锁具自动输送系统、视频监控系统均与锁站作业控制系统连接。

优选为，所述双目视觉定位系统采用自发激光和双目扫描定位技术。

优选为，所述无人智能集卡引导对位系统对进站作业的无人集卡具备位置感知。

优选为，所述锁具自动输送系统具备锁头自动输送、识别、定位输送线。

优选为，包括装锁模式和拆锁模式。

优选为，所述装锁模式的步骤为：判断夹具号是否相符-判断锁头号是否相符-移动到准备粗定位点-等待集卡到位-获取激光距离并根据距离移动到粗定位位置-拍照-根据获取的锁孔位置装锁-判断是否装锁成功。

优选为，所述拆锁模式的步骤为：判断夹具号是否相符-判断锁头号是否为0-移动到准备粗定位点-等待集卡到位-获取激光距离，并根据距离移动到粗定位位置-拍照获取锁孔位置-根据获取的锁孔位置拆锁-判断是否拆锁成功。

优选为，所述装锁模式装锁成功后机器人回原点并发送装锁成功信号给PLC，装锁结束，所述装锁模式装锁失败后给PLC发装锁失败信号，机器人回原点。

优选为，所述拆锁模式拆锁成功后机器人回原点-发送拆锁成功信号给PLC-拆锁结束，所述拆锁模式拆锁失败后是否拆锁两次，如拆锁两次给PLC发装锁失败信号，机器人回原点。

与现有技术相比，本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统通过机械臂对集装箱上锁或开锁，自动化程度高，省时省力，自动化程度高，经济效益好。3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统能替代人工繁重作业，节约人工成本，解决用工难题；保证作业安全性，要有效地实现人机分离，尤其于自动化的远程作业控制；应具备港口作业人员从用工管理向设备管理方向转变，提高港口装卸效率；减少锁站占地面积，提高集装箱通过率。

附图说明

图1为本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统的流程图。

图2为本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统装锁模式的流程图。

图3为本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统拆锁模式的流程图。

图4为本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图3所示，3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统的如下，集装箱锁具自动拆装系统开机后，首先开始-初始化-获取工作号-获取工作模式-启动-装锁模式或拆锁模式。

如图4所示，3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统包括双目视觉定位系统、无人智能集卡引导对位系统、锁具自动输送系统、视频监控系统和锁站作业控制系统、双目视觉定位系统、无人智能集卡引导对位系统、锁具自动输送系统、视频监控系统均与锁站作业控制系统连接。

双目视觉定位系统采用自发激光和双目扫描定位技术，并实现在户外环境恶劣时对集装箱角孔精确定位，引导机器人进行夹具拆装锁具，定位精度≤±1mm，必须保证视觉定位在户外应用的准确性、可靠性、持续性。

无人智能集卡引导对位系统对进站作业的无人集卡具备位置感知，并反馈数据，引导集卡在锁站内的二次引导定位，保证集卡定位精度和效率。

锁具自动输送系统具备锁头自动输送、识别、定位输送线，自动为集卡集装箱提供所需的锁型，同时具备输送及回收功能。

视频监控系统设置多个作业工位的监控，并将信息回传到码头中控，实现远程实时监控。

锁站作业控制系统根据集装箱锁具拆装方式及码头集装箱运输模式，设计具备在该作业工况下锁具自动拆装、锁具运输、集卡引导等功能的独立控制系统。并应与港口集装箱码头实现信息交互功能，实现全自动化拆装锁流程。

设置在场内地面等间距安装FLAG板，配合锚定装置外伸出的对射传感器以及两侧从动轮的TR绝对位置编码器，可实现对大车的毫米级精确定位。

通过大车轮胎两侧编码器反馈数值的偏差，采用双PID技术实时纠偏，控制改变两个大车变频器的输出力矩，调整行进速度对相对位置进行纠偏。

采用自动纠偏系统的控制技术，可使操作人员远程操作任一台、多台或全部无人大车实现自动锚定，提高锚定效率；且大车在自动模式下接收到作业指令后，自动行驶到作业位进行装拆集装箱锁具作业，提高作业效率。

智能型拆装锁站在集成激光扫描系统、六轴自动机器人等技术基础上。自行研发按照ETMS指令完成夹具更换。车辆到达锁站后，30S内自动实现定位、箱体扫描、锁型判断，自动加解锁等自动化作业。

采用无动力夹具设计，在5秒内实现夹具快速互换，单锁拆装时间平均在24s内。解锁夹具能覆盖目前已应用95％的锁具种类拆装。

自动拆装装置：实现全自动拆装功能机器人，达到替代人工作业；

位置识别系统：集装箱车上锁具位置的确定、锁具型号的确认；

安装锁具输送线：在规定范围内尽量达到利用率最大化；

拆卸锁具输送线：拆卸后的锁具放置，并运至指定位置，实现锁具物流自动化；

控制系统：必须保证系统的安全有效的运行。

3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统的如下，系统开机后，首先开始-初始化-获取工作号-获取工作模式-启动-装锁模式或拆锁模式。

装锁模式-判断夹具号是否相符-判断锁头号是否相符-移动到准备粗定位点-等待集卡到位-获取激光距离并根据距离移动到粗定位位置-拍照(获取锁孔位置)-根据获取的锁孔位置装锁-判断是否装锁成功；

装锁成功-机器人回原点-发送装锁成功信号给PLC-装锁结束；

装锁失败-给PLC发装锁失败信号，机器人回原点。

拆锁模式-判断夹具号是否相符-判断锁头号是否为0-移动到准备粗定位点-等待集卡到位-获取激光距离，并根据距离移动到粗定位位置-拍照获取锁孔位置-根据获取的锁孔位置拆锁-判断是否拆锁成功。

拆锁成功-机器人回原点-发送拆锁成功信号给PLC-拆锁结束。

拆锁失败-是否拆锁两次；

拆锁两次给PLC发装锁失败信号，机器人回原点。

本发明3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统通过机械臂对集装箱上锁或开锁，自动化程度高，省时省力，自动化程度高，经济效益好。3D视觉定位技术在集装箱锁具自动拆装系统中的集成与应用系统能替代人工繁重作业，节约人工成本，解决用工难题；保证作业安全性，要有效地实现人机分离，尤其于自动化的远程作业控制；应具备港口作业人员从用工管理向设备管理方向转变，提高港口装卸效率；减少锁站占地面积，提高集装箱通过率。

设备测量目标物为任意颜色集装箱的锁孔，自行选择识别特征；采用侧面锁孔为识别特征。

侧面锁孔有锈蚀和脱皮的情况，锈蚀脱皮厚度在原锁孔±2mm以内或者锈蚀脱皮总长度不超过锁孔周长的20％，产品能够正常识别和精准定位，超过阈值的会导致不识别，扫描失败会发送指令给到机器人错误信号。

使用正常工件的模板，会发生匹配不成功，需要事先建模来对应锈蚀严重的目标，轮廓变小需要单独建模达成识别成功。不同模板的切换是自动的，不需要人工触发。

侧面锁孔内有少部分异物的情况，锁孔内异物面积占比不超过20％，且在锁孔内的异物应不超过从锁孔边缘内边向内5mm的范围。

侧面锁孔有轻微变形的情况，配合现场测试依据实际现场锁头进入允许的误差，来给出形变允许偏差阈值，偏差较大引起识别失败的，则输出报警信号，告知机器人回原点。

当传感器位于户外阳光下，如扫描时视野内物体都静止，扫描点云正常；如扫描时视野内背景物体在动，则发生点云缺失和不识别，后续会做优化改进。当角件表面为亮黑色形态时，扫描时会导致数据缺失。

当出现锁孔下方其他物体，阻挡了装锁的空间，可以在现场依据物体形态，以及扫描点云判断阻挡是否存在。阻挡可以识别报警，其他形状的阻挡情况需要现场采集逐步的添加和适应，在调试的过程中分批实现。

在设置模板的过程中，在锁孔的下方区域设置点云存在的数量，来表示下方是否有异物。会有很低概率出现现场锁孔下方的区域反光，导致扫描没有足够点云，则不能识别到是否有阻挡；如果设置安全值高、区域大，则出现误报，

使用一段时间后，通过标定板校准精度，可以在机器人的程序中，编写一段机器。

人连续动作的程序是机器人连续做一些动作来扫描我们的标定板，扫描期间标定板保持不动。软件中开始进行导入和运算，并校准精度。机器人的动作和拍照位置可以事先设定，来自动走位，本过程需要人工参与控制机器人的动作和指令，监控过程进展和错误提示。

优先采用嵌入式；如果不能做到嵌入式而需要采用工控机，每台工控机配置1路视觉定位。同时工控机开关机由外部信号控制；或外部启动，视觉定位软件在工控机开机时自动运行，工控机开机后视觉即可使用，不需要人工操作。

最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。