CN109191918A - 一种港作拖轮智能避碰装置及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种港作拖轮智能避碰装置及控制系统。本发明避碰装置由激光扫描仪、电机推拉装置、底座、支架和圆环卡套组成，激光扫描仪通过圆环卡套固定在电机推拉装置的推拉轴前端，电机推拉装置通过底座固定安装在支架上，支架固定在港作拖轮上。本发明控制系统：包括STM32嵌入式控制器、通讯模块、报警模块和PC机，所述STM32嵌入式控制器分别连接激光扫描仪、报警模块和通讯模块，所述通信模块连接PC机。本发明大大增强了拖轮工作可靠性，提高了工作效率，避免海事纠纷，也可作为港作拖轮智能航行的重要组成部分。
Description
技术领域
本发明属于船舶设备技术领域，特别是涉及一种港作拖轮智能避碰装置及控制系统。
背景技术
港作拖轮主要在港内作业，如协助大型船舶靠离码头、出入船坞等。港作拖轮具有船体较小，主机功率高，控速灵活等优点被广泛应用。这一过程大多依靠引航员对港作拖轮进行安全引航，而在恶劣环境中，比如狭窄水域、能见度较低的情况下势必会存在安全隐患以及发生船舶碰撞等事件从而引起海事纠纷。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种能够自动测量和输出安全距离数据的港作拖轮智能避碰装置。
本发明的第二个目的是提供一种利用港作拖轮智能避碰装置输出安全距离数据进行有效规避碰撞的控制系统。
本发明为实现第一个目的的技术方案是：智能避碰装置部分包括激光扫描仪、电机推拉装置、底座、支架、圆环卡套，所述激光扫描仪通过圆环卡套固定在电机推拉装置轴的前端，电机推拉装置通过底座固定安装在支架上，港作拖轮智能避碰装置可由支架安装在拖轮合适的位置进行使用。其中激光扫描仪型号为SICK S300系列，其扫描范围为270度角，不仅可以测量出距离信息还可以显示测量拖拽船体的轮廓图，并且增强了其环境感知能力，其构成的避碰装置及调控系统可作为港作拖船智能航行的重要组成部分。其中电机推拉装置可以实现5m的伸缩行程，可以有效带动激光扫描仪前后移动。此外避碰装置可由支架灵活安装在拖轮的任意合适位置进行使用。
包括两套避碰装置，一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的凸出物顶端，另一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的侧边。
所述电机推拉装置由电机和由电机驱动的伸缩轴组成，电机推拉装置的伸缩行程为5m，带动激光扫描仪前后移动，电机推拉装置由拖轮上电源供电，受STM32嵌入式控制器发出的指令控制。
所述激光扫描仪的型号为SICK S300系列，扫描范围为270度角。
本发明为实现第二个目的的技术方案是：智能避碰控制系统系统，包括STM32嵌入式控制器、通讯模块、报警模块和PC机，所述STM32嵌入式控制器分别连接激光扫描仪、报警模块和通讯模块，所述通信模块连接PC机。
所述PC机的显示屏为触摸屏，触摸设定激光扫描仪的扫描参数及安全距离参数。
由激光扫描仪采集到拖拽船体外围的距离和轮廓信息，由STM32嵌入式控制器根据设定的阈值范围判定拖轮是否在安全作业或者航行环境下，可以实时显示以及危险报警；其中激光扫描仪的扫描参数以及安全距离参数都由触摸屏进行设定。当拖轮或其凸出物处在非安全设定范围内时，由SYM32嵌入式控制器控制报警模块进行危险报警。激光扫描仪获得的距离和轮廓信息可以由STM32嵌入式控制器经通信模块发送给PC机进行实时显示。当拖轮凸出物以及装置在拖轮拖拽和顶推工作过程中，根据设定的安全工作范围以及存在制动缓冲区间、被拖拽或顶推船体的反冲击，不仅可以避免拖轮凸出物发生碰撞还可由电机推拉装置带动激光扫描仪有效规避自身受到碰撞。此外在狭窄水域等情况下，需要近距离测量时，电机推拉装置可以调节激光扫描仪的移动距离。
本发明的有益效果是：
本发明的港作拖轮装置采用机械装置和自动化技术相结合的方法。由于设定了安全工作距离，避免拖轮凸出物发生碰撞，以及存在制动缓冲或者被顶推船体的冲击的危险。将由电机推拉装置调控激光扫描仪到被拖拽或顶推船体的距离，实现有效的安全避碰。信息采集运用激光扫描技术，能够在夜晚、起雾等恶劣天气条件下实现对拖拽或顶推船体的距离和轮廓信息的精确采集。此外该系统增强了智能拖船的环境感知能力，可作为港作拖船智能航行的重要组成部分。激光扫描仪负责采集周围环境信息，嵌入式控制器负责处理数据信息并控制电机推拉装置带动激光扫描仪进行安全移动，还可以由通讯模块发送给PC机实时显示距离和轮廓信息，以及在危险情况下实现紧急报警功能。激光扫描仪的参数及安全距离的参数都由触摸屏进行设定。此拖轮装置可由支架安装在拖轮任意合适位置，使得智能港作拖轮装置便携灵活，适应恶劣天气环境，并且能够实现自动化工作，大大增强了拖轮工作可靠性，提高了工作效率，避免海事纠纷，也可作为港作拖轮智能航行的重要组成部分。
附图说明
图1是本发明的装置示意图，
图2是本发明的调控系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明港作拖轮智能避碰装置及系统调控方法，将机械装置和自动化技术结合在一起，将两套智能港作拖轮装置配合使用，增强其环境感知能力，有效地解决港作拖轮作业安全及智能航行可靠性问题。
一种港作拖轮智能避碰装置，由两套避碰装置组成，每套避碰装置由激光扫描仪、电机推拉装置、底座、支架和圆环卡套组成，激光扫描仪通过圆环卡套固定在电机推拉装置的推拉轴前端，电机推拉装置通过底座固定安装在支架上，一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的凸出物顶端，另一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的侧边；如图1所示，位于港作拖轮7的凸出物6顶端的避碰装置由激光扫描仪一5、电机推拉装置一3、底座一2、支架一1和圆环卡套一4组成，位于港作拖轮侧边的避碰装置由激光扫描仪二12、电机推拉装置二10、底座二9、支架二8和圆环卡套二11组成。
如图2所示，一种港作拖轮智能避碰控制系统，包括STM32嵌入式控制器、PC机、通讯模块、报警模块和激光扫描仪，STM32嵌入式控制器分别控制电机推拉装置、通讯模块、报警模块和激光扫描仪，PC机与通讯模块进行信息通信；由激光扫描仪采集到被拖拽或顶推船体外围13的距离和轮廓信息，由STM32嵌入式控制器根据设定的阈值范围判定拖轮7是否在安全作业或者智能航行环境下，并由通讯模块发送给PC机进行实时显示，以及报警模块进行危险报警。此外激光扫描仪的扫描参数及安全距离参数都由触摸屏进行灵活设定。
本发明的工作原理及过程如下：
触摸屏进行激光扫描仪参数及安全距离参数设定，控制系统启动激光扫描仪进行信息采集，STM32嵌入式控制器立即进行数据处理，并同时经通信模块发送给PC机实时显示，在危险情况下立刻进行报警。
安装在凸出物顶端的港作拖轮避碰装置由激光扫描仪一采集距离拖拽或顶推船体的上外围的距离和轮廓信息，并由PC机实时显示；安装在港作拖轮侧边的港作拖轮避碰装置由激光扫描仪二采集距离拖拽或顶推船体的下外围的距离和轮廓信息，并由PC机实时显示。两套避碰装置配合使用可以实现港作拖轮工作的安全可靠性，增强其环境感知能力，也可作为港作拖轮智能航行的重要组成部分。
港作拖轮智能避碰装置及系统调控方法，根据设定最小安全距离L，先由安装在凸出物顶端的港作拖轮装置采集距离和轮廓信息，获取最小距离Xn并由嵌入式进行处理比较，当距离Xn小于最小安全距离时立刻进行报警，并立即驱动电机推拉装置带动激光扫描仪往远离被拖拽或顶推船体的方向移动，直至满足最小安全距离。当距离Xn满足最小安全距离时，安装在拖轮侧边的港作拖轮装置可由电机推拉装置带动激光扫描仪往靠近被拖拽或顶推船体方向移动，并获取最小距离Yn，在Xn满足最小安全距离的情况下，拖船在安全范围内可以进一步靠近被拖拽或顶推船体。此外，由于在无限靠近被拖拽船体时，存在制动缓冲，延时，以及被拖拽船体的冲击等情况，这就需要STM32嵌入式控制器迅速处理距离信息并进行比较，在危险情况下，立刻进行报警，并由电机推拉装置带动激光扫描仪往远离被拖拽船体的方向移动。这不仅避免了拖轮发生碰撞，也能保证港作拖轮装置自身安全避碰。
本发明的港作拖轮装置采用自动调控测量方法，实现对拖拽或顶推船体的距离和轮廓信息及周围环境的精确采集，不仅可以实现拖轮工作的安全可靠性，而且能够有效保护港作拖轮装置自身的安全避碰，且增强了拖船自身的环境感知能力，可作为港作拖船智能航行的重要组成部分。此外港作拖轮装置尺寸较小，重量较轻，安装灵活，维护方便，运行可靠、效率较高。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种港作拖轮智能避碰装置，其特征在于：避碰装置由激光扫描仪、电机推拉装置、底座、支架和圆环卡套组成，激光扫描仪通过圆环卡套固定在电机推拉装置的推拉轴前端，电机推拉装置通过底座固定安装在支架上，支架固定在港作拖轮上。
2.根据权利要求1所述的一种港作拖轮智能避碰装置，其特征在于：包括两套避碰装置，一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的凸出物顶端，另一套避碰装置的支架安装在港作拖轮的侧边。
3.根据权利要求1所述的一种港作拖轮智能避碰装置，其特征在于：所述电机推拉装置由电机和由电机驱动的伸缩轴组成，电机推拉装置的伸缩行程为5m。
4.根据权利要求1所述的一种港作拖轮智能避碰装置，其特征在于：所述激光扫描仪的型号为SICK S300系列，扫描范围为270度角。
5.一种根据权利要求1所述的港作拖轮智能避碰装置的控制系统，其特征在于：包括STM32嵌入式控制器、通讯模块、报警模块和PC机，所述STM32嵌入式控制器分别连接激光扫描仪、报警模块和通讯模块，所述通信模块连接PC机。
6.根据权利要求5所述的一种港作拖轮智能避碰控制系统，其特征在于：所述PC机的显示屏为触摸屏，触摸设定激光扫描仪的扫描参数及安全距离参数。
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