[發(fā)明專利]岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測裝置及檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310238462.2
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103292715A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宓超;劉海威;沈陽;趙寧;舒帆;宓為建;吳鋼;嘉紅霞;陳敏;孔凡娟;黃津津;何鑫;薛潤;姜軍;金晶;王玉寶;鳳宇飛;沈燕;岳美玲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周榮芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)

港口散貨裝卸作業(yè)中，作業(yè)料堆的堆型分布、高度、體積等都需要進行實時監(jiān)視，經(jīng)過一定規(guī)則的計算來確定后續(xù)作業(yè)的工作參數(shù)。對于裝船機，貨物經(jīng)過拋料鏟拋出后在船艙內(nèi)形成類似圓錐形的料堆，為了避免拋料鏟碰到料堆，目前主要由司機肉眼觀測估計，或通過安裝攝像機來輔助觀察。但人工觀測結(jié)果會受到司機經(jīng)驗、情緒、天氣等多方面因素干擾，精度難以得到保證，司機稍有疏忽或計量精度失準(zhǔn)，就很容易產(chǎn)生沉船、翻船、艙壁(底)損毀、堆場地面損壞等事故；基于攝像機的方法也受到限制，這是因為散貨碼頭的惡劣環(huán)境會導(dǎo)致攝像機和標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記圖像的污染或降低數(shù)字視頻攝像機視覺系統(tǒng)的可靠性，所以為散貨碼頭機械，干散貨和散貨船安裝標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記圖像是不切實際。

因此，港口散料裝卸作業(yè)中應(yīng)用物位自動檢測技術(shù)，具有重大的工程價值。同時，物位自動檢測技術(shù)的應(yīng)用也是進一步實現(xiàn)裝船機和斗輪堆取料機等主要裝卸作業(yè)裝備自動化運行的先決條件。根據(jù)港口自身的環(huán)境，選擇激光雷達進行料堆高度的檢測，基于激光雷達掃描到的圖像，我們可以對船艙和物料進行了三維重建。通過物位自動檢測技術(shù)，可直觀且精確地得到作業(yè)料堆的參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前落料情況自動選擇后續(xù)落料點，同時顯示在司機室的監(jiān)控界面上，以方便司機進行落料工藝的實時監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容

一種岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測裝置及檢測方法，利用激光雷達陣列來檢測拋料位置料堆高度，精確度高，穩(wěn)定性好，排除了司機經(jīng)驗、情緒、天氣等多方面因素干擾，更好地保證了自動落料過程的安全性。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測裝置，該裝置包含電路連接的激光雷達陣列、雷達運動機構(gòu)和工控機；

所述的激光雷達陣列包含若干二維激光雷達，分別安裝在裝船機的溜桶方形維修平臺上。

所述的雷達運動機構(gòu)為伺服電機。

本發(fā)明還提供一種岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測方法，該方法包含以下步驟：

步驟1、二維激光雷達向下掃描，獲取當(dāng)前激光束所掃描到的船艙的截面點云數(shù)據(jù)，即在當(dāng)前空間參考系下可以表示截面輪廓空間分布的坐標(biāo)集合；

步驟2、將采集到的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過解碼得到以激光雷達為極點的極坐標(biāo)系中的長度值???????????????????????????????????????????????，而后根據(jù)檢測時所取的分度值，即每相鄰的掃描激光束間的夾角，得到每個點的角度值，再進行極坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換：、，其中，x?、y分別表示直角坐標(biāo)系中某點在x軸和y軸的坐標(biāo)值；

步驟3、對點云數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，設(shè)拋料鏟的拋料寬度值為，則拋出的貨物在空中會成八字分散，處理時需在拋料鏟拋料寬度外兩邊各加1m作為干擾點可能出現(xiàn)的區(qū)域范圍；

以激光雷達所在位置為原點A，取拋料鏟兩邊的兩點B、C，連接AB、AC分別與雷達掃描到的拋料鏟下方的料堆點集相交在D、E兩點，為了確保安全，取D、E兩點中較低位置的點作為后期曲線擬合的基準(zhǔn)；

步驟4、將基準(zhǔn)點以上的干擾點全部忽略，僅對基準(zhǔn)點下方的點做進一步處理；

以溜筒中心線為分割線將預(yù)處理后的點云分為左右兩個區(qū)域，對于每個區(qū)域利用最小二乘法進行精確的直線擬合，即對各區(qū)域上表示料堆斜邊的n個點，根據(jù)最小二乘法可求得，斜率和截距，由此已裝貨物的傾斜角度可以通過邊緣直線的斜率“k”來計算，即貨物的休止角度等于“arctan(k)”；

步驟5、將兩擬合的直線進行二維平面的延伸并相交一點F，該點即為拋料位置料堆最高點。

本發(fā)明利用激光雷達陣列來檢測拋料位置料堆高度，精確度高，穩(wěn)定性好，排除了司機經(jīng)驗、情緒、天氣等多方面因素干擾，更好地保證了自動落料過程的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是落料過程激光雷達檢測料堆高度示意圖。

圖3是料堆高度計算示意圖。

具體實施方式

以下根據(jù)圖1～圖3，具體說明本發(fā)明的較佳實施例。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種岸壁移機式裝船機拋料位置料堆高度檢測裝置，該裝置包含電路連接的激光雷達陣列、雷達運動機構(gòu)和工控機3。

所述的激光雷達陣列包含四臺二維激光雷達101，分別安裝在裝船機的溜桶方形維修平臺四個角上。