CN103407883B - 卸船机操控系统及操控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卸船机操控系统及操控方法，该操控系统包括处理器、船舱及物料采集系统、抓斗导航定位系统和控制单元；船舱及物料采集系统，用于对船舱的位置及物料的分布进行图像采集并将采集信息发送给处理器；抓斗导航定位系统，用于检测抓斗的位置信息并将位置信息发送给处理器；处理器用于根据采集信息优化抓斗的移动路径，并生成包含移动路径的控制信号给控制单元；控制单元接收来自处理器的控制信号及抓斗的位置信息控制抓斗的动作，以完成抓斗的往返卸料。本发明操控系统及方法提高了抓斗的物料抓取及往返移动的效率，且有效降低了抓斗与船舱及卸船机本体之间的误碰概率，提高了作业的安全性及智能化水平，并延长了卸船机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及港口的散货卸船技术领域，特别地，涉及一种卸船机操控系统及操控方法。
背景技术
自21世纪后，随着全球贸易的加剧，全球散料运输得到了极大的发展。据王乃峰在《水运管理》发表的“2013年国际干散货运输市场展望”的介绍，全球主要散料出口国在2013的干散货海运量是29.5t，较2012年增长5.1％，其中铁矿石、煤等增长较快。
散货运量的增加对其装卸设备有了更高的要求。按照物料输送方式的不同，物料运输设备主要分为连续式卸船机及非连续式卸船机两大类。连续式卸船机只能应用在封闭空间，且对货种比较挑剔，不同种类的物料其卸载效率不一样，不太适合码头的作业；非连续式卸船机中，以桥式抓斗卸船机应用最为广泛，它几乎能够适用种类的物料卸船工作，能够适应码头、港口的作业要求。
桥式抓斗卸船机主要用于散货船的卸船作业，由于其较高的转运能力(目前其额定生产能力已经可以达到3000t/h)，已经成为了国内外各大型散货港口的主要卸船设备。
由于桥式卸船机的驾驶舱与物料相距较远，人工操作的过程中，司机视角有限，在抓斗下落至船舱中抓取物料的过程，操作人员的情绪、状态乃至天气状况都有可能引起误操作，造成抓斗与船舱发生碰撞的事故。而桥式抓斗卸船机的生产能力取决于其抓斗的抓取能力和和抓斗的运行效率。在人工操作的过程中，卸船机抓斗的实际物料量取决于操作工的经验和判断能力，不同熟练程度的操作工对卸船机的转运能力有较大的影响；而在抓斗完成抓取之后从船舱转运物料至卸料斗的这个过程中，期间抓斗运行轨迹的规划和控制直接决定了单次抓取作业的时间，从而决定了卸船机的转运能力。此外，同时人工操作带来的过载等因素可能会造成设备的损害和使用寿命的缩短。故，针对现有的人工或者半自动化控制的桥式抓斗卸船机，亟需开发一种自动化程度高、抓取效率高的卸船机。
发明内容
本发明目的在于提供一种卸船机操控系统及操控方法，以解决现有的卸船机抓斗的操作依赖于操作人员的工作经验及实际判断能力导致的抓取效率低、操作失误度高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种卸船机操控系统，包括处理器、船舱及物料采集系统、抓斗导航定位系统和控制单元；
船舱及物料采集系统，用于对船舱的位置及物料的分布进行图像采集并将采集信息发送给处理器；
抓斗导航定位系统，用于检测抓斗的位置信息并将位置信息发送给处理器；
处理器用于根据采集信息优化抓斗的移动路径，并生成包含移动路径的控制信号给控制单元；
控制单元接收来自处理器的控制信号及抓斗的位置信息控制抓斗的动作，以完成抓斗的往返卸料。
进一步地，处理器包括对采集信息进行三维建模的图像处理单元，处理器根据图像处理单元虚拟生成的船舱及物料的三维模型进行抓斗的移动路径优化。
进一步地，船舱及物料采集系统包括三维激光扫描仪及3D相机，图像处理单元根据三维激光扫描仪采集的船舱及物料的三维坐标信息，并参考3D相机检测的三维数据，实现船舱及物料的三维模型建构。
进一步地，抓斗导航定位系统包括陀螺仪及无线通信模块，陀螺仪用于定位抓斗的位置，无线通信模块用于将抓斗的位置信息发送至处理器。
进一步地，还包括卸船机定位系统，卸船机定位系统与处理器连接，用于定位卸船机本体并将卸船机本体的位置信息发送至处理器。
进一步地，卸船机定位系统为实时动态差分GPS系统。
进一步地，控制单元包括PLC控制器，PLC控制器经驱动机构连接抓斗。
根据本发明的另一方面，还提供了一种卸船机操控方法，应用上述的卸船机操控系统，包括以下步骤：
船舱及物料采集系统对船舱的位置及物料的分布进行图像采集生成采集信息；
处理器根据采集信息优化生成抓斗的移动路径；
抓斗导航定位系统检测抓斗的位置信息并经处理器传递至控制单元；
控制单元根据包含抓斗的移动路径的控制信号及抓斗的位置信息，控制抓斗的动作，以完成抓斗的一次往返卸料；
判断卸船机的卸料作业是否结束，若否则重复上述步骤直至完全卸船。
进一步地，处理器根据采集信息虚拟生成的船舱及物料的三维模型，并根据三维模型进行抓斗的移动路径优化。
进一步地，抓斗在执行完一次往返卸料后，还包括判断卸船机是否需要横向移动和/或换舱作业的步骤，若是，则执行横向移动或者换舱作业步骤，并经卸船机定位系统对卸船机本体的位置信息进行更新。
本发明具有以下有益效果：
本发明卸船机操控系统及操控方法，通过处理器接收船舱及物料采集系统对船舱的位置及物料的分布进行图像采集生成的采集信息，并根据采集信息生成包含抓斗移动路径的控制信号给控制单元，且控制单元经处理器接收抓斗的位置信息，从而实时对抓斗的移动路径进行优化，并利用抓斗的移动惯性进行取料及移动操作，提高了抓斗的物料抓取及往返移动的效率，且有效降低了抓斗与船舱及卸船机本体之间的误碰概率，提高了作业的安全性及智能化水平，并延长了卸船机的使用寿命。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例卸船机操控系统的原理方框示意图；
图2是本发明优选实施例卸船机的结构示意图；
图3是本发明优选实施例卸船机操控方法的步骤流程示意图；以及
图4是本发明另一优选实施例卸船机操控方法的步骤流程示意图。
附图标记说明：
100、处理器；110、船舱及物料采集系统；111、三维激光扫描仪；112、3D相机；
120、抓斗导航定位系统；121、陀螺仪；122、无线通信模块；130、卸船机定位系统；
140、控制单元；1、卸船机本体；2、抓斗；3、驾驶舱；4、抓斗放料料仓；5、船舱；6、物料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图2，先对应用本发明优选实施例卸船机操控系统及操控方法的卸船机进行简单介绍，当货轮靠港后，卸船机本体1在大车的作用下移动至作业目的地，卸船机的抓斗2从高处对船舱5内的物料6进行抓取，抓斗2抓取物料后在驱动机构的控制下移动至抓斗放料料仓4的上方，物料6经抓斗放料料仓4落入地面输送装置上运走。但现有的抓斗2的操控均需驾驶员在驾驶舱3内手动操作，由于驾驶舱3与船舱5内的物料6相距较远，且由于光线、雨、雪、雾等气候状况的影响，驾驶员容易引起误操作，造成抓斗2与船舱5发生碰撞，且抓斗2抓取物料的效率亦容易受到手动控制的影响而低下。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种卸船机操控系统，包括处理器100、船舱及物料采集系统110、抓斗导航定位系统120和控制单元140。其中，船舱及物料采集系统110，用于对船舱5的位置及物料6的分布进行图像采集并将采集信息发送给处理器100；抓斗导航定位系统120，用于检测抓斗2的位置信息并将位置信息发送给处理器100；处理器100用于根据采集信息优化抓斗2的移动路径，并生成包含移动路径的控制信号给控制单元140；控制单元140接收来自处理器100的控制信号及抓斗2的位置信息控制抓斗2的动作，以完成抓斗2的往返卸料。本实施例中，通过采用船舱及物料采集系统110对船舱5的位置及船舱5内物料6的分布情况进行采集，从而能够准确地判定船舱5的舱口位置及物料6的实际分布的变化，处理器根据物料的实际分布计算抓斗2的返程点的位置，从而优化抓斗2的移动路径，且抓斗导航定位系统120对抓斗2的实际位置状态进行实时监测，避免了传统的需等待抓斗2的惯性消除直至静止后进行抓取物料及卸放物料的操作，可以根据抓斗2的实际位置状态，利用抓斗2的惯性运动进行物料的抓取动作及卸放操作，从而提高了抓斗2的作业效率，且能有效避免抓斗2在移动过程中与船舱5及卸船机本体1的碰撞。故本发明优选实施例通过处理器100接收船舱及物料采集系统110对船舱5的位置及物料6的分布进行图像采集生成的采集信息，并根据采集信息生成包含抓斗移动路径的控制信号给控制单元140，且控制单元140经处理器100接收抓斗2的位置信息，从而实时对抓斗2的移动路径进行优化，并利用抓斗2的移动惯性进行取料及移动操作，提高了抓斗的物料抓取及往返移动的效率，且有效降低了抓斗与船舱及卸船机本体之间的误碰概率，提高了作业的安全性及智能化水平，并延长了卸船机的使用寿命。
优选地，本发明实施例中，处理器100包括对采集信息进行三维建模的图像处理单元，处理器100根据图像处理单元虚拟生成的船舱5及物料6的三维模型进行抓斗2的移动路径优化。本实施例中，船舱及物料采集系统110包括三维激光扫描仪111及3D相机112，图像处理单元根据三维激光扫描仪111采集的船舱5及物料6的三维坐标信息，并参考3D相机112检测的三维数据，实现船舱5及物料6的三维模型建构，从而得到船舱5各点的位置信息及物料6的分布信息，便于处理器100生成最佳的抓斗2的移动路径。优选地，三维激光扫描仪111及3D相机112均安装在驾驶舱3的底部，以使扫描范围能够覆盖整个船舱5。
在本实施例中，抓斗导航定位系统120包括陀螺仪121及无线通信模块122，陀螺仪121用于定位抓斗2的位置，无线通信模块122用于将抓斗2的位置信息发送至处理器100。优选地，陀螺仪121检测的抓斗2的位置信息包括抓斗2的海拔高度、速度、角度及加速度等信息，以方便处理器100对抓斗2的实际位置姿态进行检测。
优选地，本发明实施例卸船机操控系统还包括卸船机定位系统130，卸船机定位系统130与处理器100连接，用于定位卸船机本体1并将卸船机本体1的位置信息发送至处理器100，这样，当卸船机本体1在大车的作用下进行位移后，卸船机定位系统130能够准确地将卸船机本体1的位置信息发送给处理器100，处理器100能够根据船舱及物料采集系统110生成的反映船舱5的位置及物料6分布的信息与卸船机本体1的位置信息优化得到抓斗2的最佳移动路径。本实施例中，卸船机定位系统130采用实时动态差分GPS系统(RTK-GPS，Real-timekinematic Global Positioning System)，该定位系统可以将卸船机本体1的定位精度提高到厘米甚至毫米级，从而提高抓斗2作业的精度。
在本实施例中，控制单元140包括PLC控制器，PLC控制器经驱动机构连接抓斗2，PLC控制器接收来自处理器100的控制信号对抓斗2的动作进行控制。
根据本发明的另一方面，还提供了一种卸船机操控方法，应用上述实施例的卸船机操控系统，参照图3，本实施例操控方法包括以下步骤：
步骤S10、船舱及物料采集系统110对船舱5的位置及物料6的分布进行图像采集生成采集信息；该船舱及物料采集系统100可以采用单个的激光扫描仪进行图像采集，亦可采用三维激光扫描仪111及3D相机112同时采集的图像采集方式。
步骤S20、处理器100根据采集信息优化生成抓斗2的移动路径；在此步骤中，处理器100根据采集信息可以确定船舱5的舱口位置及物料6在船舱5内的分布情况，而且处理器100还可以根据采集信息确定物料6的类型，从而选取合适的卸料策略。
步骤S30、抓斗导航定位系统120检测抓斗2的位置信息并经处理器100传递至控制单元140；此步骤中，抓斗导航定位系统120采用陀螺仪121检测抓斗2的位置姿态，并将抓斗2的位置信息经无线通信的方式传递至处理器100。
步骤S40、控制单元140根据包含抓斗2的移动路径的控制信号及抓斗2的位置信息，控制抓斗2的动作，以完成抓斗2的一次往返卸料；控制单元140选用PLC控制器，PLC控制器根据抓斗2的实时姿态信息可以利用抓斗2的移动惯性来进行物料的抓取及移动操作，且能够合理控制抓斗2的开闭时机，防止物料过载导致的设备使用寿命的降低，并保证设备不过载的情况下，充分发挥抓斗2的抓取能力，提高卸船机的作用效率。
步骤S50、判断卸船机的卸料作业是否结束，若否则重复上述步骤直至完全卸船。
参照图4，本发明操控方法另一实施例中，具体包括以下步骤：
第一步，启动本发明卸船机操控系统，系统进行初始化及自检；
第二步，远程控制大车将卸船机本体运至作业点；
第三步，向各卸船机下达作业任务，并设定卸船机作业参数，明确各卸船机的作业舱位；
第四步，启动船舱及物料采集系统，识别船舱口与船舱内物料三维信息；
第五步，处理器根据采集信息虚拟生成的船舱及物料的三维模型；
第六步，处理器根据规则库、船舱与物料的三维坐标信息，生成控制规则，确定抓取目标区域，生成包括优化后的抓斗的移动路径的控制信号，并将控制信号发送给控制单元；
第七步，处理器采集抓斗的位置信息并发送给控制单元；抓斗的位置信息经抓斗导航定位系统监测，抓斗的位置信息包括抓斗的海拔高度、速度、角度及加速度等信息；
第八步，处理器生成包括抓斗的移动路径的控制信号；
第九步，控制单元根据包含抓斗的移动路径的控制信号及抓斗的位置信息，控制抓斗的动作，以完成抓斗的一次往返卸料；
第十步，完成一次抓取作业后，判断是否完成自动卸船或者是否需要横向移动或者换舱作业，若需要横向移动，则通过卸船机定位系统控制完成横向移动；若需要换舱，则执行换舱；若自动卸船作业完成，则收起悬臂，将大车移至安全位置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种卸船机操控系统，其特征在于，包括处理器(100)、船舱及物料采集系统(110)、抓斗导航定位系统(120)和控制单元(140)；
所述船舱及物料采集系统(110)，用于对船舱(5)的位置及物料(6)的分布进行图像采集并将采集信息发送给所述处理器(100)；
所述抓斗导航定位系统(120)，用于检测抓斗(2)的位置信息并将所述位置信息发送给所述处理器(100)；
所述处理器(100)用于根据所述采集信息优化所述抓斗(2)的移动路径，并生成包含所述移动路径的控制信号给所述控制单元(140)；
所述控制单元(140)接收来自所述处理器(100)的所述控制信号及所述抓斗(2)的位置信息控制所述抓斗(2)的动作，以完成所述抓斗(2)的往返卸料；
所述系统还包括：卸船机定位系统(130)，所述卸船机定位系统(130)与所述处理器(100)连接，用于定位卸船机本体(1)并将所述卸船机本体(1)的位置信息发送至所述处理器(100)，所述处理器(100)根据所述采集信息和所述卸船机本体(1)的位置信息优化得到所述抓斗(2)的最佳移动路径。
2.根据权利要求1所述的卸船机操控系统，其特征在于，
所述处理器(100)包括对所述采集信息进行三维建模的图像处理单元，所述处理器(100)根据所述图像处理单元虚拟生成的船舱(5)及物料(6)的三维模型进行所述抓斗(2)的移动路径优化。
3.根据权利要求2所述的卸船机操控系统，其特征在于，
所述船舱及物料采集系统(110)包括三维激光扫描仪(111)及3D相机(112)，所述图像处理单元根据所述三维激光扫描仪(111)采集的所述船舱(5)及物料(6)的三维坐标信息，并参考所述3D相机(112)检测的三维数据，实现船舱(5)及物料(6)的三维模型建构。
4.根据权利要求1所述的卸船机操控系统，其特征在于，
所述抓斗导航定位系统(120)包括陀螺仪(121)及无线通信模块(122)，所述陀螺仪(121)用于定位所述抓斗(2)的位置，所述无线通信模块(122)用于将所述抓斗(2)的位置信息发送至所述处理器(100)。
5.根据权利要求1所述的卸船机操控系统，其特征在于，
所述卸船机定位系统(130)为实时动态差分GPS系统。
6.根据权利要求1至5任一项所述的卸船机操控系统，其特征在于，
所述控制单元(140)包括PLC控制器，所述PLC控制器经驱动机构连接所述抓斗(2)。
7.一种卸船机操控方法，应用权利要求1至6任一项所述的卸船机操控系统，其特征在于，包括以下步骤：
船舱及物料采集系统(110)对船舱(5)的位置及物料(6)的分布进行图像采集生成采集信息；
处理器(100)根据所述采集信息优化生成抓斗(2)的移动路径；
抓斗导航定位系统(120)检测所述抓斗(2)的位置信息并经所述处理器(100)传递至控制单元(140)；
控制单元(140)根据包含抓斗(2)的移动路径的控制信号及抓斗(2)的所述位置信息，控制所述抓斗(2)的动作，以完成所述抓斗(2)的一次往返卸料；
判断卸船机的卸料作业是否结束，若否则重复上述步骤直至完全卸船。
8.根据权利要求7所述的卸船机操控方法，其特征在于，
所述处理器(100)根据所述采集信息虚拟生成的船舱(5)及物料(6)的三维模型，并根据所述三维模型进行所述抓斗(2)的移动路径优化。
9.根据权利要求7或者8所述的卸船机操控方法，其特征在于，
所述抓斗(2)在执行完一次往返卸料后，还包括判断卸船机是否需要横向移动和/或换舱作业的步骤，若是，则执行所述横向移动或者换舱作业步骤，并经卸船机定位系统(130)对卸船机本体(1)的位置信息进行更新。
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Denomination of invention: Control system and control method for ship unloader Effective date of registration: 20180503 Granted publication date: 20150902 Pledgee: Xiangtan Jiuhua Economic Construction Investment Co., Ltd. Pledgor: Tidfore Engineering Co., Ltd.|Tidfore Heavy Industry Co., Ltd.|Ocean engineering equipment (Tianjin) Co., Ltd. Registration number: 2018430000029 |