CN105565165A - 全自动智能港口吊机抓煤系统及方法 - Google Patents

全自动智能港口吊机抓煤系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全自动智能港口吊机抓煤系统及方法，包括煤堆检测系统、控制系统及固定于港口岸卸煤区中的回转式起重机；煤堆检测系统包括安装于抓斗吊上的图像获取装置、与图像获取装置连接的图像处理模块；所述控制系统包括无线接收单元及控制单元，控制单元与回转式起重机及图像处理模块连接；抓煤系统包括无线传输单元及安装于港口岸上船舶靠岸检测单元；回转式起重机的抓斗吊包括安装于机架上的竖向设置的液压油缸，液压油缸的活塞杆下端支撑座上通过活动连板铰接有斗瓣，所述斗瓣与机架之间活动安装有连杆，两斗瓣之间设置有固定于支撑座下端的压煤块，压煤块的中部设置有位于所述图像获取装置正下方的缺口。

Description

全自动智能港口吊机抓煤系统及方法
技术领域
本发明涉及港口装卸技术领域，特别涉及全自动智能港口吊机抓煤系统。
背景技术
目前，大型港口特别是专业码头，为降低人力成本、提高卸船效率，很多采用抓煤系统。其主要通过对船上货物如煤堆等散货进行扫描检测，通过控制相应的起重机进行卸船，基本实现无人化管理。但目前使用的抓煤系统中，其智能化程度较低，由于卸煤环境较为恶劣，煤堆的扫描检测存在较大的难度，导致抓取误差大，降低了整个卸载效率；并且，抓斗吊抓煤时不够规范，抓斗吊的满抓率不高，整体抓取效率低。
发明内容
本申请人针对现有技术的上述缺点，进行研究和设计，提供一种全自动智能港口吊机抓煤系统，通过带有压板的抓斗吊，实现对煤堆的智能化抓取，有效地提高了抓煤效率，具有自动化、智能化程度高，卸船效率高的特点。
为了解决上述问题，本发明采用如下方案：
一种全自动智能港口吊机抓煤系统，包括机械结构部分及控制检测系统；
所述机械结构部分包括固定于港口岸卸煤区中的回转式起重机，卸煤区中设有料斗，回转式起重机通过其抓斗吊将运煤船上的煤抓取至料斗中，并通过料斗下方的输送装置输出；
所述控制检测系统包括煤堆检测系统、控制系统；
所述煤堆检测系统包括安装于抓斗吊上的图像获取装置、与图像获取装置连接的图像处理模块，图像获取装置的数据输出端口与图像处理模块的数据输入端口连接，图像获取装置获取的煤堆图像通过图像处理模块生成煤堆三维数据；
所述控制系统包括控制单元及无线接收单元，无线接收单元的数据输出端口与控制单元的数据输入端口连接；控制单元的数据输入端口还与图像处理模块的数据输出端口相连接，控制单元根据图像处理模块生成的三维数据，控制所述回转式起重机进行卸船操作；
所述控制检测系统还包括安装于港口岸上无线传输单元及船舶靠岸检测单元，船舶靠岸检测单元的数据输出端口与无线传输单元的数据输入端口连接；无线传输单元通过无线传输的方式与无线接收单元相连接；
所述回转式起重机的抓斗吊包括安装于机架上的竖向设置的液压油缸，液压油缸的活塞杆下端支撑座上通过活动连板铰接有两斗瓣，所述斗瓣与机架之间活动安装有连杆，两斗瓣之间设置有固定于支撑座下端的压煤块，所述压煤块的中部设置有位于所述图像获取装置正下方的缺口，图像获取装置安装于支撑座的中部；所述压煤块的下表面包括中部的下凸弧部及两侧的上凹弧部，所述下凸弧部与上凹弧部之间光滑过渡。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述机械结构部分还包括活动安装于靠岸侧板上的压板，所述船舶靠岸检测单元还包括压板上安装的竖向接近感应开关及安装于船舶缓冲圈内的横向接近感应开关。
所述控制检测系统还包括安装于靠岸侧板上端的、用于检测煤堆高度的横向激光检测仪及用于检测所述压板高度的竖向激光检测仪。
所述斗瓣为弯弧状结构，包括上部的短弯部及下部的长弯部，所述短弯部与长弯部之间光滑过渡；所述短弯部的曲率半径与上凹弧部的曲率半径相等，两斗瓣裹包后与压煤块形成心形结构。
所述上凹弧部的端部带有凹槽，所述凹槽中通过第一弹簧活动安装有浮动板，浮动板的上方安装有接触感应开关。
所述斗瓣的内侧带有与其弯弧状相同的弯弧槽，所述弯弧槽中通过多根沿着其弧面布置的第二弹簧安装有弯弧板。
所述图像获取装置包括摄像头及超声波测距器。
一种利用所述全自动智能港口吊机抓煤系统的抓煤方法，包括以下步骤：
第一步，运煤船靠近港口，船舶靠岸检测单元通过无线传输单元将船舶靠岸信息发送至控制单元，控制单元根据靠岸信息选择回转式起重机准备卸煤操作；
第二步，回转式起重机的抓斗吊置于煤堆的上方，抓斗吊上的图像获取装置对煤堆进行扫描检测，将扫描检测的结果通过图像处理模块处理后得到三维数据；
第三步，控制单元根据三维数据控制抓斗吊对煤堆进行从上之下分层抓取，对每一层的煤堆峰进行从高至低的顺序依次抓取；抓取时，控制单元控制抓斗吊的压煤块下降对煤堆峰的顶部进行下压，下压至压煤块的下凸弧部及上凹弧部均与煤堆峰的顶部完全贴合后停止下压，控制斗瓣对被压后的煤堆峰进行抱取；
第四步，控制抓有煤的抓斗吊上升回转后，将煤释放至料斗中；
第五步，重复第二至第四步，至抓煤完成。
本发明的技术效果在于：
本发明能可靠地实现煤炭的自动卸船操作，无需人工现场管理，其智能化程度高、成本低；通过摄像扫描及超声波检测方式，实现煤堆图像的准确获取，对抓斗吊进行精准控制，提高抓取的准确度及可靠性，提高抓取效率；设置带有压煤块的液压抓斗吊，抓煤时对煤堆进行整形，保证抓煤的满抓率，进一步提高抓煤效率。
附图说明
图1为本发明的系统控制框图。
图2为本发明中煤堆图像获取及处理的原理框图。
图3为本发明中抓斗吊的抓煤控制框图。
图4为本发明的结构示意图。
图5为图4的A处局部放大图。
图6为本发明中抓斗吊的结构示意图。
图7为本发明中抓斗吊的另一结构图。
图8为图7的B处局部放大图。
图9为本发明中液压抓斗的抓煤过程图(煤堆峰未被压)。
图10为本发明中液压抓斗的抓煤过程图(煤堆峰被压)。
图11为本发明中抓煤方法的步骤图。
图中：1、煤堆检测系统；101、图像获取装置；1011、摄像头；1012、超声波测距器；102、图像处理模块；103、三维数据；2、控制系统；201、控制单元；3、卸煤区；4、回转式起重机；5、料斗；6、运煤船；7、港口岸；8、无线传输单元；9、无线接收单元；10、船舶靠岸检测单元；1001、压板；1002、竖向接近感应开关；1003、横向接近感应开关；11、输送装置；12、抓斗吊；120、活动连板；121、机架；122、液压油缸；123、支撑座；124、斗瓣；1241、短弯部；1242、长弯部；125、连杆；126、压煤块；1260、缺口；1261、下凸弧部；1262、上凹弧部；1263、凹槽；1264、第一弹簧；1265、浮动板；1266、接触感应开关；127、弯弧槽；128、第二弹簧；129、弯弧板；13、靠岸侧板；14、船舶缓冲圈；15、横向激光检测仪；16、竖向激光检测仪；17、煤堆；171、煤堆峰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1、图4所示，本实施例的全自动智能港口吊机抓煤系统，包括煤堆检测系统1、控制系统2及安装于港口岸卸煤区3中的回转式起重机4，卸煤区3中设有料斗5，回转式起重机4通过其抓斗吊12将运煤船6上的煤抓取至料斗5中，并通过料斗5下方的输送装置11输出。煤堆检测系统1包括安装于回转式起重机4的抓斗吊12上的图像获取装置101、与图像获取装置101连接的图像处理模块102，图像获取装置101包括摄像头1011及超声波测距器1012，图像获取装置101扫描的煤堆图像通过图像处理模块102生成煤堆三维数据103；控制系统2包括无线接收单元9及控制单元201，控制单元201与回转式起重机4、图像处理模块102及无线接收单元9连接，控制单元201根据图像处理模块102生成的三维数据103，控制回转式起重机4进行卸船操作；抓煤系统还包括安装于港口岸7上无线传输单元8、船舶靠岸检测单元10，船舶靠岸检测单元10与控制系统2无线连接；控制系统2根据船舶靠岸检测单元10的检测信号控制回转式起重机4进行卸船操作：当运煤船6靠岸后，船舶靠岸检测单元10检测到信号并将信号通过无线传输单元8发送至控制单元201，控制单元201根据煤堆信息选择回转式起重机4进行卸船操作；
本发明中，图像处理模块102的处理过程如图2所示，包括原始数据处理、坐标转换、数据滤波处理、数据网络规范化处理等过程，最终生成三维数据103。
本发明中，如图4所示，控制单元201控制回转式起重机4进行分层抓煤，每层抓煤顺序为按照图像获取装置101扫描的煤堆峰171的高度顺序依次抓取，即优先抓取最高的煤堆峰171。
如图6、图7所示，抓斗吊12的结构为：包括安装于机架121上的竖向设置的液压油缸122，液压油缸122的活塞杆下端支撑座123上通过活动连板120铰接有斗瓣124，斗瓣124与机架121之间活动安装有连杆125，两斗瓣124之间设置有固定于支撑座123下端的压煤块126。如图9、图10所示，抓煤时，液压油缸122向下驱动，将两斗瓣124张开并插入煤堆17中，液压油缸122向上驱动，将两斗瓣124闭合实现抓煤；当检测到煤堆峰171时，张开斗瓣124后，将压煤块126继续下压一段距离，使得煤堆峰171的高度降低、宽度增大，抓煤时能撑满斗瓣的包裹区域。其中，液压抓斗由控制单元201的控制过程如图3所示。
如图6所示，压煤块126的中部带有缺口1260，缺口1260位于图像获取装置101的正下方。为防止缺口1260被煤堵塞，其带有下端大上端小的结构。
如图4、图5所示，船舶靠岸检测单元10包括活动安装于靠岸侧板13上的压板1001、压板1001上安装的竖向接近感应开关1002及安装于船舶缓冲圈14内的横向接近感应开关1003，竖向接近感应开关1002及横向接近感应开关1003均与控制单元201连接。竖向接近感应开关1002用于检测船舶缓冲圈14的信号，横向接近感应开关1003用于检测靠岸侧板13的信号，只有当两者均感应到信号时，才能确定运煤船6完全靠岸，将信号发送至控制单元201后，可进行卸船操作。
如图4、图5所示，靠岸侧板13的上端还安装有检测煤堆高度的横向激光检测仪15及用于检测压板1001高度的竖向激光检测仪16，横向激光检测仪15及竖向激光检测仪16均与控制单元201连接。横向激光检测仪15将检测到的煤堆高度与竖向激光检测仪16检测到的压板1001的高度之差，可估算出煤堆极限抓取高度，当煤堆的高度小于此极限抓取高度时，表示卸船操作完毕，从而最大程度的避免了抓斗对运煤船6造成的磕碰损伤，实现安全卸船操。
如图6、图7所示，压煤块126的下表面包括中部的下凸弧部1261及两侧的上凹弧部1262，下凸弧部1261与上凹弧部1262之间光滑过渡。如图9、图10所示，压煤块126的这种结构，能有效地将煤堆峰171从图9的状态压成图10的状态，将煤堆峰171的峰顶向两侧快速挤压，相比平板状的压煤块，其所需下压力小，依靠抓斗吊12的自身重力即可实现，并且压过后的煤堆峰171还处于较松状态，利于斗瓣124的插入抓取。
如图6、图7所示，斗瓣124为弯弧状结构，包括上部的短弯部1241及下部的长弯部1242，短弯部1241与长弯部1242之间光滑过渡；短弯部1241的曲率半径与上凹弧部1262的曲率半径相等，两斗瓣124裹包后与压煤块126形成心形结构。当压煤块126将煤堆峰171下压后，煤堆峰171被压后的峰顶形状正好与斗瓣124的内弧面同，从而斗瓣124抓取时，只需将其插入煤堆峰171中后闭合即可，无需将整个抓斗浸入煤堆峰171中，其抓取效率高，尽可能地保证每次抓取时均为满抓状态。
如图7、图8所示，为了避免压煤块126过渡下压煤堆峰171，压煤块126的上凹弧部1262的端部凹槽1263中通过第一弹簧1264活动安装有浮动板1265，浮动板1265的上方安装有接触感应开关1266，接触感应开关1266与控制单元201连接。控制单元201控制压煤块126下降，对煤堆峰171进行下压操作，当控制单元201接收到接触感应开关1266的信号时，停止下降压煤块126，并将液压油缸122向上驱动，实现抓煤动作。接触感应开关1266的设置，实现精准压煤，提高抓斗的抓煤可靠性和及时性。液压抓斗吊12的抓煤过程如图3所示。
如图7所示，斗瓣124的内侧带有与其弯弧状相同的弯弧槽127，弯弧槽127中通过多根沿着其弧面布置的第二弹簧128安装有弯弧板129。设置弹性弯弧板129，其目的是提供一个弹性变形的抓煤空间，避免满抓时对所抓煤的大力挤压，利于斗瓣124张开时的卸煤，有效地减少斗瓣124内壁煤的残留量。
本发明中，为节省抓煤耗能，回转式起重机4上还可以安装蓄能器，蓄能器与抓斗吊12的液压驱动泵连接。当抓斗依靠自身重力下降时，其重力势能通过蓄能器储存，储存的能量用于抓斗吊12的上升推动。
如图1、图11所示，本实施例的利用全自动智能港口吊机抓煤系统的抓煤方法，包括以下步骤：
第一步，运煤船6靠近港口，船舶靠岸检测单元10通过无线传输单元8将船舶靠岸信息发送至控制单元201，控制单元201根据靠岸信息选择回转式起重机4准备卸煤操作；
第二步，回转式起重机4的抓斗吊12置于煤堆17的上方，抓斗吊12上的图像获取装置101对煤堆17进行扫描检测，将扫描检测的结果通过图像处理模块102处理后得到三维数据103；
第三步，控制单元201根据三维数据103控制抓斗吊12对煤堆17进行从上之下分层抓取，对每一层的煤堆峰171进行从高至低的顺序依次抓取；抓取时，控制抓斗吊12的压煤块126下降对煤堆峰171的顶部进行下压，下压至压煤块126的下凸弧部1261及上凹弧部1262均与煤堆峰171的顶部完全贴合后停止下压，斗瓣124对被压后的煤堆峰171进行抱取；
第四步，控制抓有煤的抓斗吊12上升回转后，将煤释放至料斗5中；
第五步，重复第二至第四步，至抓煤完成。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种全自动智能港口吊机抓煤系统，包括机械结构部分及控制检测系统；
所述机械结构部分包括固定于港口岸卸煤区(3)中的回转式起重机(4)，卸煤区(3)中设有料斗(5)，回转式起重机(4)通过其抓斗吊(12)将运煤船(6)上的煤抓取至料斗(5)中，并通过料斗(5)下方的输送装置(11)输出；
所述控制检测系统包括煤堆检测系统(1)、控制系统(2)；
其特征在于：所述煤堆检测系统(1)包括安装于抓斗吊(12)上的图像获取装置(101)、与图像获取装置(101)连接的图像处理模块(102)，图像获取装置(101)的数据输出端口与图像处理模块(102)的数据输入端口连接，图像获取装置(101)获取的煤堆图像通过图像处理模块(102)生成煤堆三维数据(103)；
所述控制系统(2)包括控制单元(201)及无线接收单元(9)，无线接收单元(9)的数据输出端口与控制单元(201)的数据输入端口连接；控制单元(201)的数据输入端口还与图像处理模块(102)的数据输出端口相连接，控制单元(201)根据图像处理模块(102)生成的三维数据(103)，控制所述回转式起重机(4)进行卸船操作；
所述控制检测系统还包括安装于港口岸(7)上无线传输单元(8)及船舶靠岸检测单元(10)，船舶靠岸检测单元(10)的数据输出端口与无线传输单元(8)的数据输入端口连接；无线传输单元(8)通过无线传输的方式与无线接收单元(9)相连接；
所述回转式起重机(4)的抓斗吊(12)包括安装于机架(121)上的竖向设置的液压油缸(122)，液压油缸(122)的活塞杆下端支撑座(123)上通过活动连板(120)铰接有两斗瓣(124)，所述斗瓣(124)与机架(121)之间活动安装有连杆(125)，两斗瓣(124)之间设置有固定于支撑座(123)下端的压煤块(126)，所述压煤块(126)的中部设置有位于所述图像获取装置(101)正下方的缺口(1260)，图像获取装置(101)安装于支撑座(123)的中部；所述压煤块(126)的下表面包括中部的下凸弧部(1261)及两侧的上凹弧部(1262)，所述下凸弧部(1261)与上凹弧部(1262)之间光滑过渡。
2.按照权利要求1所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述机械结构部分包括活动安装于靠岸侧板(13)上的压板(1001)，所述船舶靠岸检测单元(10)包括压板(1001)上安装的竖向接近感应开关(1002)及安装于船舶缓冲圈(14)内的横向接近感应开关(1003)。
3.按照权利要求2所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述控制检测系统还包括安装于靠岸侧板(13)上端的、用于检测煤堆高度的横向激光检测仪(15)及用于检测所述压板(1001)高度的竖向激光检测仪(16)。
4.按照权利要求1所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述斗瓣(124)为弯弧状结构，包括上部的短弯部(1241)及下部的长弯部(1242)，所述短弯部(1241)与长弯部(1242)之间光滑过渡；所述短弯部(1241)的曲率半径与上凹弧部(1262)的曲率半径相等，两斗瓣(124)裹包后与压煤块(126)形成心形结构。
5.按照权利要求1或4所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述上凹弧部(1262)的端部带有凹槽(1263)，所述凹槽(1263)中通过第一弹簧(1264)活动安装有浮动板(1265)，浮动板(1265)的上方安装有接触感应开关(1266)。
6.按照权利要求1所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述斗瓣(124)的内侧带有与其弯弧状相同的弯弧槽(127)，所述弯弧槽(127)中通过多根沿着其弧面布置的第二弹簧(128)安装有弯弧板(129)。
7.按照权利要求5所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述斗瓣(124)的内侧带有与其弯弧状相同的弯弧槽(127)，所述弯弧槽(127)中通过多根沿着其弧面布置的第二弹簧(128)安装有弯弧板(129)。
8.按照权利要求1所述的全自动智能港口吊机抓煤系统，其特征在于：所述图像获取装置(101)包括摄像头(1011)及超声波测距器(1012)。
9.一种利用权利要求1所述的全自动智能港口吊机抓煤系统的抓煤方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，运煤船(6)靠近港口，船舶靠岸检测单元(10)通过无线传输单元(8)将船舶靠岸信息发送至控制单元(201)，控制单元(201)根据靠岸信息选择回转式起重机(4)准备卸煤操作；
第二步，回转式起重机(4)的抓斗吊(12)置于煤堆(17)的上方，抓斗吊(12)上的图像获取装置(101)对煤堆(17)进行扫描检测，将扫描检测的结果通过图像处理模块(102)处理后得到三维数据(103)；
第三步，控制单元(201)根据三维数据(103)控制抓斗吊(12)对煤堆(17)进行从上之下分层抓取，对每一层的煤堆峰(171)进行从高至低的顺序依次抓取；抓取时，控制单元(201)控制抓斗吊(12)的压煤块(126)下降对煤堆峰(171)的顶部进行下压，下压至压煤块(126)的下凸弧部(1261)及上凹弧部(1262)均与煤堆峰(171)的顶部完全贴合后停止下压，控制斗瓣(124)对被压后的煤堆峰(171)进行抱取；
第四步，控制抓有煤的抓斗吊(12)上升回转后，将煤释放至料斗(5)中；
第五步，重复第二至第四步，至抓煤完成。
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