一种起重机全自动化作业系统[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921900115.0
(22)申请日 2019.11.06
(73)专利权人 上海驭矩信息科技有限公司
地址 201210 上海市浦东新区中国（上海）
自由贸易试验区纳贤路800号1幢501
室
(72)发明人 洪俊明　
(74)专利代理机构 上海科律专利代理事务所
(特殊普通合伙) 31290
代理人 沈敏
(51)Int.Cl.
B66C 13/48(2006.01)
B66C 13/16(2006.01)
(54)实用新型名称
一种起重机全自动化作业系统
(57)摘要
本实用新型公开了一种起重机全自动化作
业系统,部署于起重机的大车、小车以及吊具，实
现起重机作业的全场景全自动化，所述大车设置
有大车轨线纠偏模块、大车堆场定位模块、大车
腿部防撞模块，所述小车设置有小车定位模块、
小车防摇模块、路径规划模块、防打保龄模块，所
述吊具设置有堆场翻箱模块、集卡抓放箱模块、
集卡防吊起检测模块、集卡定位模块以及箱号识
别模块，所述大车、小车和吊具的各个模块相互
配合实现起重机作业的全场景全自动化。

本实用
新型提供的起重机全自动化作业系统，从根本上
解决了起重机人工作业的人力及效率问题，不仅
提高了起重机自动化控制程度，也能够更大程度
上的解放人力，并且对促进环保工作有积极的意
义。

权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 211004242 U 2020.07.14
C N 211004242
U
1.一种起重机全自动化作业系统,部署于起重机的大车、小车以及吊具，实现起重机作业的全场景全自动化，其特征在于，包括：
所述大车设置有大车轨线纠偏模块、大车堆场定位模块以及大车腿部防撞模块，其中，所述大车轨线纠偏模块用于使大车保持在轨线中央行走，避免所述大车偏离行走路线；所述大车堆场定位模块用于控制所述大车精准走位，使所述大车对齐目标作业区域；所述大车腿部防撞模块用于避免所述大车在行走过程中发生碰撞；
所述小车设置有小车定位模块、小车防摇模块、路径规划模块以及防打保龄模块，其中，所述小车定位模块用于确定所述小车的所在位置；所述小车防摇模块用于减少所述小车运动过程中的吊具摇动；所述路径规划模块用于优化所述小车作业路线；所述防打保龄模块用于防止吊具及所述吊具上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞；
所述吊具设置有集卡抓放箱模块、集卡防吊起检测模块、集卡定位模块、堆场翻箱模块以及箱号识别模块，其中，所述集卡抓放箱模块用于对集卡进行精准定位，使所述吊具精准抓箱和放箱；所述集卡防吊起检测模块用于确认箱体安全脱离所述集卡；所述集卡定位模块用于确定所述集卡停放位置；所述堆场翻箱模块用于对所述集卡进行精准定位，从而精准堆箱和翻箱；所述箱号识别模块用于识别箱体表面图像，所述箱体表面图像包括箱号信息，确认所述箱号信息后完成作业指令；
所述大车、小车和吊具的各个模块相互配合实现起重机作业的全场景全自动化。

2.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统,其特征在于，所述集卡抓放箱模块包括外集卡抓放箱模块和内集卡抓放箱模块。

3.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述大车轨线纠偏模块用于使大车保持在轨线中央行走，避免所述大车偏离行走路线包括通过控制算法自动纠偏，使偏离轨线的大车重新回到轨线中间。

4.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述大车堆场定位模块用于控制大车精准走位，使所述对齐目标作业区域包括通过图像采集装置识别定位堆场地标并结合GNSS定位所述大车在堆场中的位置。

5.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述大车腿部防撞模块用于避免所述大车在行走过程中发生碰撞包括在所述大车腿部安装前向激光雷达，检测前进方向上有障碍物时触发使所述大车减速和/或制动；或者在所述大车腿部安装面阵激光雷达，在检测到近距离的障碍物时使所述大车减速和/或制动。

6.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述小车定位模块用于确定所述小车的所在位置包括机载原有可编程逻辑控制器获取小车编码器位置信息，反馈给机载新增可编程逻辑控制器，所述机载新增可编程逻辑控制器通过控制算法实现对所述小车的精准定位。

7.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述小车防摇模块用于减少所述小车运动过程中的吊具摇动包括在机载新增可编程逻辑控制器通过防摇控制算法减少所述小车在运动过程中吊具的摇动。

8.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述防打保龄模块用于防止所述吊具及所述吊具上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞包括通过激光扫描获取堆场当前贝位的箱高图，所述吊具沿预设轨迹运动并检测安全距离，如超过安全距离则提升所
述吊具高度和/或对所述小车进行减速或制动。

9.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述集卡防吊起检测模块用于确认箱体安全脱离所述集卡包括通过图像采集装置识别箱体与车体之间的图像，从而判断箱体是否完全脱离所述集卡。

10.如权利要求1所述的起重机全自动化作业系统，其特征在于，所述起重机包括轮胎吊、轨道吊和桥吊。

一种起重机全自动化作业系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及起重机运输领域，尤其涉及一种起重机全自动化作业系统。

背景技术
[0002]轮胎式集装箱门式起重机(以下简称轮胎吊)是专业化集装箱码头及堆场的专用起重机械。

轮胎吊的主要功能是将外集卡或内集卡上的集装箱装卸到堆场、将堆场中的集装箱进行整理以及将堆场里的集装箱装卸到外集卡或内集卡上。

轮胎吊对集装箱各种场景下的装卸效率直接影响到码头及堆场的作业效率及经济利益。

[0003]目前，国内外港口及专用堆场对轮胎吊的操作主要是现场人工操作及半自动化远程协作。

现场人工操作由于司机受天气条件及作业环境、作业时间的影响，容易产生疲劳感、作业盲区等影响安全作业的因素，并进而影响作业效率。

半自动化远程协作在一定程度上缓解了现场人工作业的局限性，但是仍然存在在自动化作业与远程人工协助间频繁切换，影响了作业的连贯性及作业效率的问题。

并且在某些具体场景，比如对外集卡进出箱作业的场景下，由于远程视频传输的延时，使得远程人工协助的效率可能反而不如现场人工作业的效率。

[0004]当前，有些较为先进的港口采用了一些自动化辅助手段，从而有条件地实现了轮胎吊的部分自动化功能，例如通过全球定位系统(Global Positioning System，以下简称GPS)定位或通过安装特殊参照装置的视觉定位来实现轮胎吊的大车定位。

诸如此类的辅助驾驶功能，对于半自动化远程协作可以起到辅助作用。

但是业内对于整个轮胎吊的作业从未实现一套整体的全自动化系统。

[0005]因此有必要提供一种起重机全自动化作业系统，可以实现诸如轮胎吊的全自动化作业。

实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种起重机作业系统，可以实现诸如轮胎吊的全自动化作业。

[0007]本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种起重机全自动化作业系统,部署于起重机的大车、小车以及吊具，实现起重机作业的全场景全自动化，包括：[0008]所述大车设置有大车轨线纠偏模块、大车堆场定位模块以及大车腿部防撞模块，其中，所述大车轨线纠偏模块用于使大车保持在轨线中央行走，避免大车偏离行走路线；所述大车堆场定位模块用于控制所述大车精准走位，使所述大车对齐目标作业区域；所述大车腿部防撞模块用于避免所述大车在行走过程中发生碰撞；
[0009]所述小车设置有小车定位模块、小车防摇模块、路径规划模块以及防打保龄模块，其中，所述小车定位模块用于确定所述小车的所在位置；所述小车防摇模块用于减少所述小车运动过程中的吊具摇动；所述路径规划模块用于优化所述小车作业路线；所述防打保龄模块用于防止吊具及所述吊具上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞；
[0010]所述吊车设置有集卡抓放箱模块、集卡防吊起检测模块、集卡定位模块、堆场翻箱模块以及箱号识别模块，其中，所述集卡抓放箱模块用于对集卡进行精准定位，使所述吊具精准抓箱和放箱；所述集卡防吊起检测模块用于确认箱体安全脱离所述集卡；所述集卡定位模块用于确定所述集卡停放位置；所述堆场翻箱模块用于对所述集卡进行精准定位，从而精准堆箱和翻箱；所述箱号识别模块用于识别箱体表面图像，所述箱体表面图像包括箱号信息，确认所述箱号信息后完成作业指令；
[0011]所述大车、小车和吊具的各个模块相互配合实现起重机作业的全场景全自动化。

[0012]优选地，所述集卡抓放箱模块包括外集卡抓放箱模块和内集卡抓放箱模块。

[0013]优选地，所述大车轨线纠偏模块用于使大车保持在轨线中央行走，避免所述大车偏离行走路线包括通过控制算法自动纠偏，使偏离轨线的大车重新回到轨线中间。

[0014]优选地，所述大车堆场定位模块用于控制大车精准走位，使所述对齐目标作业区域包括通过图像采集装置识别定位堆场地标并结合GNSS定位所述大车在堆场中的位置。

[0015]优选地，所述大车腿部防撞模块用于避免所述大车在行走过程中发生碰撞包括在所述大车腿部安装前向激光雷达，检测前进方向上有障碍物时触发使所述大车减速和/或制动；或者在所述大车腿部安装面阵激光雷达，在检测到近距离的障碍物时使所述大车减速和/或制动。

[0016]优选地，所述小车定位模块用于确定所述小车的所在位置包括机载原有可编程逻辑控制器获取所述小车编码器位置信息，反馈给机载新增可编程逻辑控制器，所述机载新增可编程逻辑控制器通过控制算法实现对所述小车的精准定位。

[0017]优选地，所述小车防摇模块用于减少所述小车运动过程中的吊具摇动包括在机载新增可编程逻辑控制器通过防摇控制算法减少所述小车在运动过程中吊具的摇动。

[0018]优选地，所述防打保龄模块用于防止所述吊具及所述吊具上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞包括通过激光扫描获取堆场当前贝位的箱高图，所述吊具沿预设轨迹运动并检测安全距离，如超过安全距离则提升所述吊具高度和/或对所述小车进行减速或制动。

[0019]优选地，所述集卡防吊起检测模块用于确认箱体安全脱离所述集卡包括通过图像采集装置识别箱体与车体之间的图像，从而判断箱体是否完全脱离所述集卡。

[0020]优选地，所述起重机包括轮胎吊、轨道吊和桥吊。

[0021]本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的一种起重机全自动化作业系统，通过设有大车轨线纠偏模块、大车堆场定位模块以及大车腿部防撞模块；设有小车定位模块、小车防摇模块、路径规划模块以及防打保龄模块；设有集卡抓放箱模块、集卡防吊起检测模块、集卡定位模块、堆场翻箱模块以及箱号识别模块，从而从根本上解决了轮胎吊人工作业的人力及效率问题，不仅提高了轮胎吊自动化控制程度，也能够更大程度上的解放人力。

此外，由于轮胎吊的作业效率的提升，能源的使用率也随之提升，其工作时所耗柴油及造成的环境污染将随之下降，对促进环保工作有积极的意义。

附图说明
[0022]图1为本实用新型实施例中一种起重机全自动化作业系统的模块图。

具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

[0024]在以下描述中，为了提供本实用新型的透彻理解，阐述了很多具体的细节。

然而，本实用新型可以在没有这些具体的细节的情况下实践，这对本领域普通该技术人员来说将是显而易见的。

因此，具体的细节阐述仅仅是示例性的，具体的细节可以由奔放的精神和范围而变化并且仍被认为是在本实用新型的精神和范围内。

[0025]请参看图1，本实施例提供了一种起重机全自动化作业系统,包括用于实现起重机作业的全场景全自动化的大车11、小车12以及吊具13，实现起重机作业的全场景全自动化，大车11设置有大车轨线纠偏模块111、大车堆场定位模块112以及大车腿部防撞模块113，其中，所述大车轨线纠偏模块111用于使大车保持在轨线中央行走，避免所述大车11偏离行走路线，所述大车堆场定位模块112用于控制所述大车11精准走位，使所述大车11对齐目标作业区域，所述大车腿部防撞模块113用于避免所述大车11在行走过程中发生碰撞；小车12设置有小车定位模块121、小车防摇模块122、路径规划模块123以及防打保龄模块124，其中，所述小车定位模块121用于确定所述小车12的所在位置，所述小车防摇模块122用于减少所述小车12运动过程中的吊具13摇动，所述路径规划模块123用于优化所述小车12作业路线，所述防打保龄模块124用于防止所述吊具13及所述吊具13上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞；吊具12设置有集卡抓放箱模块131、集卡防吊起检测模块132、集卡定位模块133、堆场翻箱模块134以及箱号识别模块135，其中，所述集卡抓放箱模块131用于对集卡进行精准定位，使所述吊具13精准抓箱和放箱，所述集卡防吊起检测模块132用于确认箱体安全脱离所述集卡，所述集卡定位模块133用于确定所述集卡停放位置，所述堆场翻箱模块134用于对所述集卡进行精准定位，从而精准堆箱和翻箱，所述箱号识别模块135用于识别箱体表面图像，所述箱体表面图像包括箱号信息，确认所述箱号信息后完成作业指令；所述大车11、小车12和吊具13的各个模块相互配合实现起重机作业的全场景全自动化。

[0026]在具体实施中，所述集卡抓放箱模块131包括外集卡抓放箱模块和内集卡抓放箱模块。

[0027]在具体实施中，所述大车轨线纠偏模块111用于避免所述大车11偏离行走路线包括通过控制算法自动纠偏，使偏离轨线的大车11重新回到轨线中间。

大车11通常保持行驶在轨线中间，如果一旦发生偏离轨线的情况，可以通过智能算法自动纠偏，使大车11重新回到轨线中间。

具体地，可以通过摄像头实时采集轨线的图像，并传送给现场工业计算机(Industrial Personal Computer，以下简称IPC)做数据分析，返回大车11航向角及偏离轨线中心的距离。

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，以下简称PLC)获取航向角以及偏离轨线中心的距离对大车11进行轨线纠偏，同时可以融合激光点云数据对纠偏结果进行校正。

航向精度可以达到0.1°，纠偏精度可以达到3cm。

[0028]在具体实施中，所述大车堆场定位模块112用于控制大车11精准走位，使所述对齐目标作业区域包括通过图像采集装置识别定位堆场地标并结合GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统，简称GNSS)定位所述大车11在堆场中的位置。

图像采集装置可以例如是摄像头，堆场地标可以是对位号。

[0029]在具体实施中，所述大车腿部防撞模块113用于避免所述大车11在行走过程中发生碰撞包括在所述大车11腿部安装前向激光雷达，检测前进方向上有障碍物时触发使所述
大车11减速和/或制动。

通过传感器的区域保护功能，防止大车11在前进方向上与卡车、人等障碍物碰撞，也可以同时防止两台轮胎吊相撞，大车防撞的性能指标可以达到：距离20m，视角场(Field of View，以下简称FOV)45°。

也可以在所述大车11腿部安装面阵激光雷达，在检测到近距离更大范围内的障碍物时触发大车11减速和/或制动以停止运行，大车防撞的性能指标可以达到：距离3m，FOV110°。

[0030]在具体实施中，所述小车定位模块121用于确定所述小车12的所在位置包括机载原有可编程逻辑控制器获取所述小车12编码器位置信息，反馈给机载新增可编程逻辑控制器，所述机载新增可编程逻辑控制器通过控制算法实现对所述小车12的精准定位，性能指标可以达到：定位精度2cm。

[0031]在具体实施中，所述小车防摇模块122用于减少所述小车12运动过程中的吊具13摇动包括在机载新增可编程逻辑控制器通过防摇控制算法减少所述小车12在运动过程中吊具13的摇动。

[0032]在具体实施中，所述防打保龄模块124用于防止所述吊具13及所述吊具13上的集装箱与堆场中的集装箱碰撞包括通过激光扫描获取堆场当前贝位的箱高图，所述吊具13沿预设轨迹运动并检测安全距离，如超过安全距离则提升所述吊具13高度和/或对所述小车12进行减速或制动，如果吊具13提升时间在允许范围内，则对小车12进行减速，如果吊具13提升时间不在允许范围内，则对小车12进行制动。

具体地，如果箱底离下方车板或垛顶距离小于30cm时，吊具13下降速度为最大速度的10％。

在具体实施中，所述集卡防吊起检测模块132用于确认箱体安全脱离所述集卡包括通过图像采集装置识别箱体与车体之间的图像，从而判断箱体是否完全脱离所述集卡。

图像采集装置可以例如是摄像机。

集卡进行抓箱作业时，确认箱体是否脱离集卡，以防止集卡与箱体被一同吊起。

性能指标可以达到100％。

[0033]其中，堆场翻箱模块134的性能指标可以达到：堆叠精度的箱间偏差小于3cm。

[0034]在具体实施中，所述起重机包括轮胎吊、轨道吊和桥吊，还可以是本领域人员熟知的其它起重机，在此不再赘述。

[0035]综上，本实施例提供的一种起重机全自动化作业系统，通过在大车11上设有大车轨线纠偏模块111、大车堆场定位模块112以及大车腿部防撞模块113；在小车12上设有小车定位模块121、小车防摇模块122、路径规划模块123以及防打保龄模块124；在吊具12上设有集卡抓放箱模块131、集卡防吊起检测模块132、集卡定位模块133、堆场翻箱模块134以及箱号识别模块135，从而从根本上解决了轮胎吊人工作业的人力及效率问题，不仅提高了轮胎吊自动化控制程度，也能够更大程度上的解放人力；
[0036]进一步地，通常一台轮胎吊需要操作人员4人进行4班2运作，每人每年平均的劳务费用约为30万元人民币。

如果采用本实施例提供的一种起重机全自动化作业系统，替代传统的轮胎吊后，直接的经济收益为每台每年120万元人民币，远远超过了半自动化远程协作轮胎的经济效益。

此外，由于轮胎吊的作业效率的提升，能源的使用率也随之提升，其工作时所耗柴油及造成的环境污染将随之下降，对促进环保工作有积极的意义。

[0037]虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

图1。