本發(fā)明涉及自動化集裝碼頭，特別涉及到集裝箱碼頭上流動設(shè)備的自動定位，自動行走，尤其適合輪胎吊吊運及集卡運輸集裝箱裝卸作業(yè)。

背景技術(shù)：

目前，集裝箱碼頭上輪胎吊及集裝箱卡車自動行走方法主要包括gps定位自動糾偏法，單點激光測距儀結(jié)合反射板自動糾偏法，人工糾偏，但這些方法都各有缺點。gps定位容易受到人為篡改數(shù)據(jù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯且需要定期校正。單點激光測距儀結(jié)合反射板自動糾偏法，需要在一旁安裝長反射板，并不實用。人工糾偏，即司機(jī)調(diào)整輪胎吊和集裝箱卡車行走方向，這種方法精度低，容易造成司機(jī)疲勞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過在輪胎吊四個門腿輪胎前輪支架上各安裝一個激光掃描儀，在兩條輪胎吊車道的背面之間以一定的距離或者集裝箱長度位間隔安裝立柱，立柱處于一條直線上，并在大路車道兩旁以一定的距離安裝立柱，立柱處于一條直線上，激光掃描儀檢測立柱位置，實現(xiàn)輪胎吊在堆場內(nèi)自動行走糾偏。

自動化導(dǎo)航車采用普通集卡改造而成，該車既能自動導(dǎo)航又能人工駕駛，在普通集卡車頭上安裝超過集裝箱高的立柱(離地約5米)，在立柱上安裝一個攝像頭和一個激光掃描儀，攝像頭拍攝方向?qū)?zhǔn)地面，在卡車車頭前方、后方和車尾各安裝一個激光掃描儀；在地面車道中央用油漆刷一條直線作為行走基準(zhǔn)線，通過立柱上的攝像頭對基準(zhǔn)線拍攝進(jìn)行對位，控制導(dǎo)航車行走方向。在輪胎吊靠近車道一側(cè)兩個門腿上各安裝一根立柱，導(dǎo)航車在輪胎吊下行走時，激光掃描儀通過檢測立柱和集裝箱的側(cè)面進(jìn)行自動行走糾偏；導(dǎo)航車在大路車道上行走時，激光掃描儀通過檢測到道路兩旁的立柱進(jìn)行自動行走糾偏；在橋吊門腿內(nèi)側(cè)和外側(cè)各安裝立柱，導(dǎo)航車駛?cè)霕虻跸聲r，激光掃描儀通過檢測到立柱進(jìn)行自動行走糾偏。導(dǎo)航車由電池供電，符合節(jié)能減排概念，當(dāng)電池電量低時，可自動導(dǎo)航行走到充電處進(jìn)行充電。

所用的立柱可以設(shè)置為不同的形狀和間距，作為立柱的位置代碼，激光掃描儀通過檢測到立柱的形狀和之間的間距判斷立柱所在位置，從而確定輪胎吊和自動導(dǎo)航車的位置。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：激光掃描儀、立柱、集裝箱、自動導(dǎo)航車、警報器、箱位管理顯示器(即駕駛室管理系統(tǒng)界面終端)、顯示器、計算機(jī)、輪胎吊plc。四個激光掃描儀安 裝在輪胎吊四個門腿輪胎前輪支架上，水平掃描，能隨輪胎轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。激光掃描儀均安裝在防雨罩內(nèi)。立柱以一定的距離或者以集裝箱長度為間隔安裝在兩條輪胎吊車道背面之間過道中間線上，本發(fā)明是以立柱為主要參考，故所安裝立柱應(yīng)處于一條直線上。輪胎吊在堆場上行走時，四個激光掃描儀可以檢測到堆場上集裝箱側(cè)面和集裝箱之間的縫隙的同時，其中兩個激光掃描儀可以檢測到立柱，作為輪胎吊箱區(qū)貝位定位及行走糾偏的參考。輪胎吊在大路上行走時，四個掃描儀可以分別檢測到道路兩旁的立柱，實現(xiàn)輪胎吊在大路上的自動行走糾偏及防撞。顯示器安裝在駕駛室內(nèi)，實時顯示輪胎吊在堆場上的位置以及偏離距離角度等。計算機(jī)安裝在電氣室，警報器安裝在輪胎吊駕駛室內(nèi)。激光掃描儀、警報器與計算機(jī)相連。計算機(jī)與輪胎吊plc相連，參與輪胎吊行走控制。

激光掃描儀除了可以檢測到立柱外，還可以檢測到對面集裝箱的側(cè)面和集裝箱之間的縫隙。所以，輪胎吊的糾偏可以通過實時測量對面集裝箱側(cè)平面與輪胎吊行車方向的距離和角度來實現(xiàn)。

由于激光掃描儀可以檢測到對面集裝箱列，這可作為確定貝位的基礎(chǔ)。若立柱安裝的距離是集裝箱長度，則一個立柱相當(dāng)于一貝位，這也可作為確定貝位的基礎(chǔ)。當(dāng)輪胎吊到達(dá)工作集裝箱列，司機(jī)通過箱位管理顯示器得知當(dāng)前所在貝位數(shù)，按下確定鍵，計算機(jī)記憶當(dāng)前貝位?；蛲ㄟ^吊具開閉鎖信號確認(rèn)提供當(dāng)前所在貝位數(shù)，可免去司機(jī)人工確認(rèn)。以當(dāng)前貝位作為原點，當(dāng)輪胎吊繼續(xù)往前或往后運動時，計算機(jī)通過確認(rèn)鍵或開閉鎖信息記憶當(dāng)前貝位與激光掃描儀的檢測數(shù)據(jù)得出輪胎吊在行進(jìn)過程中的貝位數(shù)和下一個停車貝位數(shù)，獲取輪胎吊在堆場內(nèi)的定位。輪胎吊編碼器所提供的行走距離信息可校準(zhǔn)貝位，這樣可更精確獲取貝位數(shù)和大車位置。這一工作方法可以取代gps定位。

在輪胎吊場內(nèi)行走過程中，四個安裝在輪胎吊門腿上的激光掃描儀實時檢測正前后方是否有障礙物。檢測范圍分為遠(yuǎn)區(qū)、中區(qū)和近區(qū)。檢測到遠(yuǎn)區(qū)車道上有障礙物，計算機(jī)視為無障礙，輪胎吊正常行走；檢測到中區(qū)車道上有障礙物，計算機(jī)發(fā)慢速信號給輪胎吊plc，輪胎吊慢速行走；檢測到近區(qū)車道上有障礙物，計算機(jī)發(fā)警報信號給警報器，發(fā)控制信號給輪胎吊plc停止輪胎吊前行或后退。

碼頭內(nèi)是水平運輸導(dǎo)航車采用集卡車改進(jìn)的自動導(dǎo)航車，在集卡車頭上方安裝一根高度超過集裝箱箱頂?shù)牧⒅?，離地面約5米左右，在立柱上安裝一個攝像頭和一個激光掃描儀，在集卡車頭前方、后方和車尾各安裝一個激光掃描儀。自動導(dǎo)航車在車道上行走時，攝像頭拍攝方向?qū)?zhǔn)地面行走基準(zhǔn)線，行走基準(zhǔn)線用油漆刷在地面車道中央，導(dǎo)航車通過圖像處理進(jìn)行自動對位，規(guī)劃行走路徑。

同時自動導(dǎo)航車上的激光掃描儀進(jìn)行實時掃描，導(dǎo)航車在輪胎吊下行走時，激光掃描儀 可以檢測到輪胎吊內(nèi)側(cè)安裝的立柱和集裝箱側(cè)面，通過實時測量當(dāng)前車輛行走方向與立柱所在直線、與集裝箱側(cè)面平面的偏離距離和角度，實現(xiàn)導(dǎo)航車自動行走糾偏；導(dǎo)航車在大路上行走時，激光掃描儀可以檢測到車道兩旁的立柱，通過實時測量當(dāng)前車輛行走方向與兩側(cè)立柱所在直線的偏離和角度，實現(xiàn)導(dǎo)航車自動行走糾偏；導(dǎo)航車行走到橋吊下時，激光掃描儀可以檢測到橋吊內(nèi)側(cè)安裝的立柱，通過實時測量當(dāng)前車輛行走方向與兩側(cè)立柱所在直線的偏離和角度，實現(xiàn)導(dǎo)航車自動行走糾偏。自動導(dǎo)航車在行走時，激光掃描儀也可以實時監(jiān)測車道前后是否有障礙物，若檢測到障礙物可立即減速或停止。

自動導(dǎo)航車通過微處理器進(jìn)行控制，集卡轉(zhuǎn)向器上由方向編碼電機(jī)控制方向，剎車和油門分別安裝行程傳感器控制速度和停車，防撞碰撞。自動導(dǎo)航車通過切換能夠?qū)崿F(xiàn)人工駕駛和自動導(dǎo)航兩種方式。自動導(dǎo)航車由安裝在車頭的電池進(jìn)行供電，當(dāng)電池電量低時，可通過自動導(dǎo)航行走到充電處進(jìn)行充電。

所用的立柱可以設(shè)置為不同的形狀和間距，圓形、長方形或者三角形作為立柱的位置代碼，激光掃描儀通過檢測到立柱的形狀和之間的間距判斷立柱所在位置，從而確定輪胎吊和自動導(dǎo)航車的位置。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：實現(xiàn)集裝箱碼頭流動設(shè)備輪胎吊和自動導(dǎo)航車的自動化行走，自動糾偏，自動檢測行走路徑上的障礙，自動防撞，消除安全隱患，減輕司機(jī)疲勞，有效提高場地集裝箱輪胎吊的吊運集裝箱裝卸效率。

附圖說明

附圖1輪胎吊自動行走原理示意圖

附圖2兩個輪胎吊和立柱安裝俯視圖

附圖3自動化導(dǎo)航車水平運輸平面圖

附圖4橋吊下自動導(dǎo)航車行走示意圖

附圖5自動導(dǎo)航車結(jié)構(gòu)示意圖

附圖中主要部件的符號說明

(1)輪胎吊(2)激光掃描儀

(3)箱位管理顯示器(4)報警器

(5)計算機(jī)(6)輪胎吊立柱

(7)集裝箱(8)駕駛室

(9)顯示器(10)車道規(guī)劃線

(11)立柱(12)行走基準(zhǔn)線

(13)激光掃描線(14)車道

(15)自動導(dǎo)航車(16)橋吊

(17)橋吊立柱(18)車頂立柱

(19)攝像頭(20)激光掃描儀

(21)電池

具體實施方式

如圖1所示，是輪胎吊(1)自動行走原理示意圖。四個激光掃描儀(2)分別安裝在輪胎吊(1)四個門腿輪胎前輪支架上，能隨輪胎轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。計算機(jī)(5)安裝在電氣室內(nèi)，顯示器(9)安裝在司機(jī)駕駛室(8)內(nèi)，司機(jī)可以實時了解到輪胎吊(1)在堆場上的位置和偏離角度以及堆場上集裝箱(7)之間間距。立柱(11)安裝在輪胎吊(1)背面的過道中心線上，而且立柱(11)處于一條直線上，作為輪胎吊(1)糾偏參考。激光掃描儀(2)能檢測到對面集裝箱(7)的側(cè)面及其縫隙。輪胎吊立柱(6)安裝在靠近車道的門腿內(nèi)側(cè)，行走基準(zhǔn)線(12)用油漆刷在地面車道中心線上，作為自動導(dǎo)航車(15)行走和糾偏的參考。

如圖2所示是兩個輪胎吊(1)和立柱(11)安裝俯視圖。兩個輪胎吊(1)共用背面過道，故兩個輪胎吊(1)共用過道中心線上的立柱(11)。圖2所展示的實施方式，立柱(11)安裝距離是一個集裝箱(7)長度，該立柱(11)安裝距離可以為輪胎吊(7)提供貝位推算基礎(chǔ)。即一個立柱(11)代表一個貝位。對面集裝箱(7)的側(cè)面及其縫隙也可以作為貝位推算的基礎(chǔ)，即一個集裝箱(4)作為一個貝位。

輪胎吊(1)進(jìn)入堆場前，在大路上行走時，如果輪胎吊(1)的輪胎朝外旋轉(zhuǎn)90度，四個激光掃描儀(2)可用作輪胎吊(1)前后行走防撞。激光掃描儀(2)檢測前后方，經(jīng)過計算機(jī)(5)的數(shù)據(jù)分析，可知輪胎吊(1)前后方在具體距離上是否有障礙物。若障礙物在較遠(yuǎn)的距離，計算機(jī)(5)發(fā)出警報指令給警報器，以警示司機(jī)慢速。若障礙物在較近的距離，計算機(jī)(5)發(fā)出停車指令，通過輪胎吊plc控制輪胎吊(1)停止行走。

輪胎吊(1)進(jìn)入堆場后，立柱(11)始終能被檢測到，四個激光掃描儀(2)便可檢測到堆場內(nèi)集裝箱(8)的側(cè)面以及集裝箱之間的縫隙。在輪胎吊(1)行走過程中，若輪胎吊(1)跑偏，激光掃描儀(2)到立柱(11)的距離就會變大或變小，計算機(jī)(5)分析處理測量數(shù)據(jù)便可知道輪胎吊(1)是否偏離車道規(guī)劃線(10)或輪胎吊(1)的輪胎轉(zhuǎn)向是否偏離車道規(guī)劃線(10)。當(dāng)輪胎吊(1)偏離道規(guī)劃線(10)在一定的小范圍內(nèi)的時候，計算機(jī)(5)發(fā)送減速命令和調(diào)整命令給輪胎吊plc，對輪胎吊(1)進(jìn)行減速調(diào)整控制。當(dāng)輪胎吊(1)偏離車道規(guī)劃線(10)超過一定的大范圍的時候，計算機(jī)(5)發(fā)送警報信號給警報器(4)， 與此同時發(fā)送停車命令給輪胎吊plc，直至輪胎吊(1)停止行走。

當(dāng)輪胎吊(1)到達(dá)所工作集裝箱(7)列附近時，激光掃描儀(2)檢測集裝箱(7)之間的縫隙，以縫隙作為參考。若相鄰集裝箱有空缺(即沒有縫隙)，則以工作集裝箱(7)列左或右面為參考，實現(xiàn)輪胎吊(1)與工作集裝箱(7)列對準(zhǔn)。

在輪胎吊(1)場內(nèi)行走過程中，四個激光掃描儀(2)實時檢測正前后方是否有障礙物，若檢測到車道規(guī)劃線(10)上有障礙物，計算機(jī)(5)發(fā)警報信號給警報器(4)，發(fā)控制信號給輪胎吊plc停止輪胎吊(1)前行，實現(xiàn)防撞。

當(dāng)輪胎吊(1)到達(dá)工作集裝箱(7)列，司機(jī)通過箱位管理顯示器(3)得知當(dāng)前所在貝位數(shù)，按下確定鍵，計算機(jī)(5)記憶當(dāng)前貝位。當(dāng)前貝位數(shù)據(jù)即作為原點，當(dāng)輪胎吊(1)繼續(xù)往前或往后運動時，計算機(jī)(5)通過確認(rèn)鍵或開閉鎖信息記憶當(dāng)前貝位與激光掃描儀(2)的檢測數(shù)據(jù)得出輪胎吊(1)在行進(jìn)過程中的貝位數(shù)和下一個停車貝位數(shù)，獲取輪胎吊(1)在堆場內(nèi)的定位。輪胎吊編碼器所提供的行走距離信息可校準(zhǔn)貝位，這樣可更精確獲取貝位數(shù)和大車位置。

如圖3所示是自動導(dǎo)航車水平運輸平面圖，自動導(dǎo)航車(15)是碼頭內(nèi)部專用車，當(dāng)自動導(dǎo)航車(15)在車道(14)上行走時，自動導(dǎo)航車上(15)的攝像頭(19)拍攝到車道(14)中央的行走基準(zhǔn)線(12)，通過圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行對位，沿行走基準(zhǔn)線(12)行走。同時，激光掃描儀(20)檢測到車道兩側(cè)的立柱(11)，在自動導(dǎo)航車(15)行走過程中，若自動導(dǎo)航車(15)跑偏，激光掃描儀(20)到立柱(11)的距離就會變大或變小，導(dǎo)航車微處理器分析處理測量數(shù)據(jù)便可知道自動導(dǎo)航車(15)是否偏離車道行走基準(zhǔn)線(12)，并及時對自動導(dǎo)航車(15)的行走方向和速度進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)自動導(dǎo)航車(15)沿行走基準(zhǔn)線(12)進(jìn)入到堆場時，激光掃描儀(20)檢測到集裝箱(7)側(cè)面，根據(jù)當(dāng)前車輛行走方向和集裝箱(7)側(cè)面平面的偏離和角度進(jìn)行糾偏。同時攝像頭(19)對地面上的行走基準(zhǔn)線(12)進(jìn)行拍攝對位，所以在堆場上沒有集裝箱時也不影響自動導(dǎo)航車(15)行走。當(dāng)自動導(dǎo)航車(15)進(jìn)入到輪胎吊(1)下時，激光掃描儀(20)檢測到集裝箱(7)側(cè)面和輪胎吊立柱(6)，根據(jù)當(dāng)前車輛行走方向和與立柱(6)所在直線、與集裝箱(7)側(cè)面平面的偏離和角度進(jìn)行糾偏。

如圖4所示，當(dāng)自動導(dǎo)航車(15)沿行走基準(zhǔn)線(12)進(jìn)入到橋吊(16)下時，激光掃描儀檢測(20)到兩側(cè)的橋吊立柱(17)，根據(jù)當(dāng)前車輛行走方向和兩側(cè)立柱所在直線的偏離和角度進(jìn)行糾偏。

如圖5所示是自動導(dǎo)航車結(jié)構(gòu)示意圖，自動導(dǎo)航車(15)由普通集卡改進(jìn)而成，在卡車車頭上安裝車頂立柱(18)，立柱高于集裝箱箱頂，在立柱上安裝攝像頭(19)和激光掃描儀 (20)，在車頭的前方、后方和車尾各安裝一個激光掃描儀(20)，攝像頭(19)始終對地面行走基準(zhǔn)線(12)進(jìn)行拍攝。自動導(dǎo)航車(15)由安裝在車頭的電池(21)進(jìn)行供電，當(dāng)電池電量低時，可通過自動導(dǎo)航行走到充電處進(jìn)行充電。