一种门座起重机及其控制方法、装置与流程

1.本技术涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种门座起重机及其控制方法、装置和存储介质。


背景技术：

2.在港口码头的众多起重设备中，门座式起重机(以下简称门机)有着非常重要的地位。因其具有装卸种类多种多样、装卸效率高、操作方便等特点，大量装备于码头作业区。门机作为大型的工程机械装备，其作业范围较大。
3.传统的作业方式是仅靠司机室内的操作人员进行手动操控，劳动强度很大，作业效率不能保证，导致作业效率低下、自动化程度不高的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高门座起重机的自动化程度的门座起重机及其控制方法、装置。
5.一方面，本发明实施例提供一种门座起重机的控制方法，门座起重机设置有主激光扫描仪和次激光扫描仪，主激光扫描仪用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据，次激光扫描仪用于对主激光扫描仪的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据，控制方法包括：根据作业船只模型确定门座起重机对作业船只进行作业时各运动机构在预设坐标系下的作业点坐标；其中，作业船只模型是根据第一点云数据和第二点云数据建立的；控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
6.在其中一个实施例中，控制方法还包括：获取第一点云数据和第二点云数据；分别将第一点云数据和第二点云数据转换到预设坐标系；将预设坐标系下的第一点云数据和第二点云数据进行拼接处理，得到点云数据集合；根据点云数据集合建立作业船只模型。
7.在其中一个实施例中，分别将第一点云数据和第二点云数据转换到预设坐标系的步骤包括：根据预设坐标系的原点与主激光扫描仪的设置位置之间的位置关系确定第一转换矩阵，以及根据预设坐标系的原点与次激光扫描仪的设置位置之间的位置关系确定第二转换矩阵；根据第一转换矩阵将第一点云数据转换到预设坐标系，以及根据第二转换矩阵将第二点云数据转换到预设坐标系。
8.在其中一个实施例中，控制门座起重机的各运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业的步骤包括：获取各运动机构在预设坐标系的坐标；根据运动机构在预设坐标系的坐标和对应的作业点坐标向运动机构发送运行指令，运行指令用于指示变频器控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
9.在其中一个实施例中，运动机构包括变幅机构，变幅机构上设置有防撞扫描仪，防撞扫描仪用于检测扫描范围内位于变幅机构回转路径上的障碍物，控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业的步骤还包括：获取变幅机构的回转速度；根据回转速度调整防撞扫描仪的扫描范围；若防撞扫描仪检测到障碍物，则控制变幅机构暂停运动，直至防撞
扫描仪检测不到障碍物，则控制变幅机构继续运动。
10.另一方面，本发明实施例还提供一种门座起重机，包括：主激光扫描仪，用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据；次激光扫描仪，用于对主激光扫描仪的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据；控制模组，与主激光扫描仪和次激光扫描仪连接，包括存储器和处理器，处理器执行计算机程序时用于实现上述的控制方法的步骤。
11.在其中一个实施例中，主激光扫描仪设置在门座起重机的司机室处，次激光扫描仪设置在门座起重机的象鼻梁处。
12.在其中一个实施例中，还包括：多个变频器，各变频器与控制模组以及对应的运动机构连接，变频器用于根据运行指令控制对应的运动机构运动，变频器包括防摇定位模块，防摇定位模块用于保持运动机构稳定。
13.在其中一个实施例中，变频器与控制模组以profibus总线连接。
14.再一方面，本发明实施例还提供一种门座起重机的控制装置，门座起重机设置有主激光扫描仪和次激光扫描仪，主激光扫描仪用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据，次激光扫描仪用于对主激光扫描仪的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据，控制装置包括：作业点确定模块，用于根据作业船只模型确定门座起重机对作业船只进行作业时各运动机构的在预设坐标系下的作业点坐标；其中，作业船只模型是根据第一点云数据和第二点云数据建立的；作业模块，用于控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
15.又一方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的控制方法的步骤。
16.基于上述任一实施例，根据作业船只的作业模型确定运动机构对应的作业点坐标以及控制各运动机构运动到对应的作业点坐标都可由机器自动执行，不仅减轻了操作人员的劳动强度还实现了门座起重机的自动作业。另外，本实施例的作业点坐标和作业船只模型都处于预设坐标系下，门座起重机的运动机构和作业船只的实际相对位置可以精准把握，作业点坐标为门座起重机提供精准位置指引，解决了传统手工操作中由于操作人员的视角问题使操作人员无法确定门座起重机的运动机构与作业船只之间的相对位置关系，导致门座起重机与作业船只发生碰撞的问题，提高了作业安全水平。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为一个实施例中门座起重机的示意图；
19.图2为一个实施例中门座起重机的控制方法的流程示意图；
20.图3为一个实施例中建立作业船只模型的流程示意图；
21.图4为一个实施例中将第一点云数据和第二点云数据转换到预设坐标系的流程示意图；
22.图5为一个实施例中控制运动机构运动到作业点坐标的流程示意图；
23.图6为一个实施例中防止变幅机构发生碰撞的流程示意图；
24.图7为一个实施例中门座起重机的结构框图；
25.图8为一个实施例中主激光扫描仪和次激光扫描仪的安装位置示意图；
26.图9为一个实施例中第一主激光扫描仪和第二主激光扫描仪拓宽扫描范围的示意图；
27.图10为一个实施例中门座起重机的控制装置的结构框图。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
30.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
31.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
32.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
33.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
34.图1为本技术实施例所提供的门座起重机的控制方法应用的场景图，门座起重机控制方法的应用可以包括门座起重机的控制装置。门座起重机的控制装置具体可以集成在服务器或终端等计算机设备中，该服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(content delivery network，cdn)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器，但并不局限于此。该终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑等。配置有门座起重机的控制装置的计算机设备可以设置在岸侧，通过无线通信远程控制装船机。也可以直接将门
座起重机的控制装置集成至门座起重机的机器房中的控制模组里。
35.请继续参阅图1，门座起重机的运动机构包括行走机构、回转机构、变幅机构和起升机构。回转机构与行走机构机械连接，变幅机构和起升机构设置在起升机构上。行走机构是用于使门座起重机在作业地点位移的机构。在码头作业场景中，一般铺设有轨道，门座起重机的运动机构在轨道上行走以带动门座起重机运行到不同的位置进行作业。回转机构用于带动变幅机构和起升机构回转，可带动变幅机构和起升机构在作业船只完成取料后回转到卸料点上方，也可在卸料完成后带动变幅机构和起升机构回转到作业船只上方。变幅机构用于扩大门座起重机的抓取组件的作业范围和改变门座起重机的抓取组件的在变幅机构变形方向上的作业位置。起升机构用于使门座起重机的抓取组件上升或下降。
36.门座起重机可用于从作业船只卸下散料货物、装卸集装箱等作业。以门座起重机从作业船只卸下散料货物的作业流程为例进行说明：门座起重机的抓取组件从作业船只的船舱中抓取货物，再通过门座起重机的起升机构使抓取组件上升，回转机构带动变幅机构和起升机构回转到卸料点上方，门座起重机的起升机构使抓取组件下降至安全高度，抓取组件打开以降货物卸下。在卸料完成后回转机构带动变幅机构和起升机构回转到作业船只上方，起升机构使抓取组件下降至作业船只的船舱内抓取货物。重复上述类似的过程即可完成对作业船只的卸料作业。另外，在抓取组件进行抓取货物、卸料的过程中还需依靠变幅机构的变幅使抓取组件运动到合适位置，以及需要依靠行走机构使门座起重机从作业船只当前的舱口移动到下一舱口。
37.本实施例中的门座起重机设置有主激光扫描仪和次激光扫描仪，主激光扫描仪用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据，次激光扫描仪用于对主激光扫描仪的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据。如图2所示，门座起重机的控制方法包括步骤s100与步骤s300。
38.s100，根据作业船只模型确定门座起重机对作业船只进行作业时各运动机构在预设坐标系下的作业点坐标。
39.其中，作业船只模型是根据第一点云数据和第二点云数据建立的。可以理解，作业船只是较为复杂的结构体，作业船只上的物体、机械结构可能会阻挡主激光扫描仪发射的激光而导致部分作业船只难以被扫描到，即出现了扫描盲区。例如，从高度较低的位置进行激光扫描可能无法完全扫描到作业船只的船舱的内部的物料形状，从高度较高的位置进行激光扫描可能无法扫描到船舶的船舷。扫描盲区的出现导致作业船只模型的不完整，因此本实施例通过次激光扫描仪补充扫描主激光扫描仪的扫描盲区中的作业船只，使根据第一点云数据和第二点云数据建立出来的作业船只模型完整以及准确。
40.具体而言，作业船只的模型包括作业船只的船体、船舷、舱口、舱盖板、舱内物料等在预设坐标系下的坐标。由上述作业流程可知，门座起重机的各运动机构相互配合才能使门座起重机的抓取组件运动到合适位置以完成抓取、装卸等动作，而作业点坐标就反映了门座起重机的运动机构在对作业船只进行作业时需要运动到的位置。根据作业船只的模型可以确定门座起重机的各运动机构为使门座起重机的抓取组件准确、无碰撞地从作业船只完成抓取、装卸等动作时所需要运动到的作业点坐标。预设坐标系的原点的选取可以根据实际情况进行选取。优选地，将预设坐标系的原点设置在门座起重机的回转机构的回转中心。
41.s300，控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
42.可以理解，为了提升作业效率，不同运动机构运动到对应的作业点坐标的过程可以同时进行。例如，在回转机构回转的过程中变幅机构也在同时进行变幅。但是，不同运动机构同时运动可能会导致发生碰撞，因此不同运动机构运动到对应的作业点坐标的过程也可以分别单独进行。
43.基于本实施例中的门座起重机的控制方法，根据作业船只的作业模型确定运动机构对应的作业点坐标以及控制各运动机构运动到对应的作业点坐标都可由机器自动执行，不仅减轻了操作人员的劳动强度还实现了门座起重机的自动作业。另外，本实施例的作业点坐标和作业船只模型都处于预设坐标系下，门座起重机的运动机构和作业船只的实际相对位置可以精准把握，作业点坐标为门座起重机提供精准位置指引，解决了传统手工操作中由于操作人员的视角问题使操作人员无法确定门座起重机的运动机构与作业船只之间的相对位置关系，导致门座起重机与作业船只发生碰撞的问题，提高了作业安全水平。
44.在一个实施例中，如图3所示，门座起重机的控制方法还包括步骤s110至步骤s170。
45.s110，获取第一点云数据和第二点云数据。
46.s130，分别将第一点云数据和第二点云数据转换到预设坐标系。
47.可以理解，激光扫描仪所得到的点云数据一般是以激光扫描仪自身为坐标原点所得到的。即第一点云数据是以主激光扫描仪设置位置为坐标原点的坐标系的点云数据，第二点云数据是以次激光扫描仪设置位置为坐标原点的坐标系的点云数据。而主激光扫描仪的设置位置和次激光扫描仪的设置位置与预设坐标系的坐标原点不同。为了建立在预设坐标系下的作业船只模型，需要将第一点云数据和第二点云数据都统一至预设坐标系。
48.s150，将预设坐标系下的第一点云数据和第二点云数据进行拼接处理，得到点云数据集合。
49.拼接处理可以将不同的角度所扫描到的点云数据拼接成为一个整体，本实施例可以运用成熟的算法(如迭代最近点算法)或软件(cloudcomapre)对第一点云数据和第二点云数据进行拼接处理，以得到点云数据集合。
50.s170，根据点云数据集合建立作业船只模型。
51.在一个实施例中，如图4所示，步骤s130包括步骤s131与步骤s133。
52.s131，根据预设坐标系的原点与主激光扫描仪的设置位置之间的位置关系确定第一转换矩阵，以及根据预设坐标系的原点与次激光扫描仪的设置位置之间的位置关系确定第二转换矩阵。
53.具体而言，第一转换矩阵反映了以主激光扫描仪的设置位置为坐标原点的坐标系与预设坐标系之间的平移关系，第二转换矩阵反映了以次激光扫描仪的设置位置为坐标原点的坐标系与预设坐标系之间的平移关系。具体而言，在门座起重机的机械结构图上标定出主激光扫描仪的设置位置，并在图中标定预设坐标系的原点，即可根据这两个标定确定主激光扫描仪的设置位置与预设坐标系原点的位置关系。类似的，可以得到次激光扫描仪的设置位置与预设坐标系原点的位置关系。
54.s133，根据第一转换矩阵将第一点云数据转换到预设坐标系，以及根据第二转换矩阵将第二点云数据转换到预设坐标系。
55.根据第一转换矩阵可以把第一点云数据由以主激光扫描仪为坐标原点的坐标系平移至预设坐标系中，根据第二转换矩阵可以把第二点云数据由以次激光扫描仪为坐标原点的坐标系平移至预设坐标系中。
56.在一个实施例中，如图5所示，步骤s300包括步骤s311与步骤s313。
57.s311，获取各运动机构在预设坐标系的坐标。
58.可以通过在运动机构设置对应的位置检测装置检测运动机构的当前位置，并将运动机构的当前位置转换为预设坐标系下的坐标。可选地，运动机构为编码器，通过解算编码器中的数据可得到运动机构的当前位置。
59.s313，根据运动机构在预设坐标系的坐标和对应的作业点坐标向运动机构发送运行指令，运行指令用于指示变频器控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
60.具体而言，门座起重机的各运行机构是由变频器直接驱动的。根据运动机构在预设坐标系的当前坐标和作业点坐标可以确定出这两个坐标之间的距离、方向等，并将其转换运行指令。将各运行指令发送至对应的变频器即可控制运动机构运动到对应的作业点坐标以完成作业。
61.在一个实施例中，变幅机构上设置有防撞扫描仪，防撞扫描仪用于检测扫描范围内位于变幅机构回转路径上的障碍物。可以理解，变幅机构回转路径指的是回转机构带动变幅机构回转时变幅机构在空间中所经过的路径范围。如图6所示，步骤s300还包括步骤s331至步骤s335。
62.s331，获取变幅机构的回转速度。
63.变幅机构的回转速度指的是变幅机构在被回转机构带动而发生回转时的运行速度。
64.s333，根据回转速度调整防撞扫描仪的扫描范围。
65.具体而言，变幅机构的回转速度与变幅机构的回转路径的范围有关，而防撞扫描仪的扫描范围应至少覆盖变幅机构的回转路径。回转路径的范围越大则可能与变幅机构发生碰撞的障碍物越多，则应该适应性地扩大防撞扫描仪的扫描范围。在一个具体实施例中，防撞扫描仪的扫描范围随着变幅机构的回转速度的增大而增大。
66.s335，若防撞扫描仪检测到障碍物，则控制变幅机构暂停运动，直至防撞扫描仪检测不到障碍物，则控制变幅机构继续运动。
67.可以理解，变幅机构在回转过程中若与障碍物发生碰撞将严重威胁门座起重机的安全使用，在防撞扫描仪扫描到有障碍物时应暂停回转，直至障碍物被排除后才继续运动。在一个具体实施例中，经发明人研究发现变幅机构中的臂架在作业过程中出现碰撞较多，因此将防撞扫描仪设置在臂架上，以降低臂架的碰撞风险。
68.应该理解的是，虽然图2至图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2至图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
69.本发明实施例还提供一种门座起重机，请参阅图7，门座起重机包括：主激光扫描仪11、次激光扫描仪13和控制模组15。主激光扫描仪11用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据。次激光扫描仪13用于对主激光扫描仪11的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据。控制模组15与主激光扫描仪11和次激光扫描仪13连接，包括存储器和处理器，处理器执行计算机程序时用于实现上述任一门座起重机的控制方法实施例中的步骤。
70.基于本实施例中的门座起重机，根据作业船只的作业模型确定运动机构对应的作业点坐标以及控制各运动机构运动到对应的作业点坐标都可由机器自动执行，不仅减轻了操作人员的劳动强度还实现了门座起重机的自动作业。另外，本实施例的作业点坐标和作业船只模型都处于预设坐标系下，门座起重机的运动机构和作业船只的实际相对位置可以精准把握，作业点坐标为门座起重机提供精准位置指引，解决了传统手工操作中由于操作人员的视角问题使操作人员无法确定门座起重机的运动机构与作业船只之间的相对位置关系，导致门座起重机与作业船只发生碰撞的问题，提高了作业安全水平。
71.在一个实施例中，如图8所示，主激光扫描仪11设置在门座起重机的司机室处，次激光扫描仪13设置在门座起重机的象鼻梁处。经发明人研究发现，在大多数情况下，司机室和作业船只之间的高度差可以保证主激光扫描仪11仅有较小地扫描盲区，但是随着作业船只中的货物量减少，会导致作业船只逐渐上浮，进而导致机室和作业船只之间的高度差缩小并增大了主激光扫描仪11的扫描盲区，可能使主激光扫描仪11难以扫描到船舱内部的物料。而门座起重机的象鼻梁是门座起重机中高度较高的部件，将次激光扫描仪13设置在象鼻梁处可以确保船舱内部的物料被次激光扫描仪13扫描到。在一个具体实施例中，次激光扫描仪13设置在象鼻梁的头部。
72.在一个实施例中，如图9所示，主激光扫描仪11包括第一主激光扫描仪和第二主激光扫描仪，第一主激光扫描仪和第二主激光扫描仪分别设置在门座起重机的司机室两侧。可以理解，单独一台主激光扫描仪11的扫描范围可能无法满足作业时的需要，例如一台主激光扫描仪11只能扫描到作业船只的部分舱口。本实施例通过设置第一主激光扫描仪和第二主激光扫描仪拓宽了扫描范围。
73.在一个实施例中，门座起重机还包括多个变频器。各变频器分别与控制模组15以及对应的运动机构连接，变频器用于根据运行指令控制对应的运动机构运动。变频器包括防摇定位模块，防摇定位模块用于保持运动机构稳定。具体而言，防摇定位模块可以为程序模块，直接防摇定位模块内嵌在变频器的程序中。
74.在一个实施例中，控制模组15包括上位机和控制器。上位机与控制器可通过工业以太网通讯连接，上位机用于根据作业船只模型确定门座起重机对所述作业船只进行作业时各运动机构在预设坐标系下的作业点坐标，上位机还用于将作业点坐标传输至控制器。控制器与各变频器以profibus总线连接，控制器用于将获取各运动机构在预设坐标系的坐标以及根据运动机构在预设坐标系的坐标和对应的作业点坐标向运动机构发送运行指令。
75.如图10所示，本发明实施例还提供一种门座起重机的控制装置100，门座起重机设置有主激光扫描仪11和次激光扫描仪13，主激光扫描仪11用于对作业船只进行扫描并输出第一点云数据，次激光扫描仪13用于对主激光扫描仪11的扫描盲区中的作业船只进行扫描并输出第二点云数据，控制装置100包括作业点确定模块110和作业模块。作业点确定模块
memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
85.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
86.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
87.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。