随着全球化经济、贸易迅猛发展,港口已经成为贸易运输中的重要手段。为提高港口作业效率、降低人工成本以及作业风险,全自动化码头成为近年来港口的重要发展趋势。目前国内外港口自动化系统的研究与发展正在随着人工智能水平的提升、检测手段的丰富而更加智能、更加完善。现有港口自动化系统中,轮胎式吊车(简称轮胎吊)因检测方式受限、执行机构控制棘手等问题,其自动化的系统设计极具挑战。针对这一现状,本文针对轮胎吊的全自动化作业涉及的多个关键技术进行了深入研究,设计了自动化作业软硬件系统,并以该自动化作业系统为平台,对系统功能的实现进行了测试并针对系统性能进行了分析。论文完成的主要研究与设计工作包括:(1)利用激光雷达采集集装箱与集装箱卡车等目标物的点云数据并对其进行处理,得到目标物的定位信息;(2)利用PID控制算法与模糊自整定PID算法分别对吊具以及小车进行定位控制;利用图像识别技术对大车轨道进行识别并提出了一种“S”型纠偏控制方法,实现大车纠偏与定位;(3)采用IPC(工业计算机) PLC(可编程逻辑器件)模式进行自动化作业系统软件平台的设计,IPC实现对目标物的检测与识别,PLC软件部分实现各个执行机构的控制。并基于该平台进行了测试。通过现场对自动化作业系统平台的测试,验证了本文所设计自动化系统在工程应用中的可行性,包括基于激光雷达的目标物识别与定位技术、吊具及小车的运动控制算法、大车的纠偏与定位、动态抓箱与放箱技术等。系统作业效率可达到20个标准箱每小时,抓箱成功率在95%以上,叠箱精度在±3cm以内,集装卡车放箱成功率98%以上,达到了港口轮胎吊自动化作业系统功能与性能指标要求。