CN109987519A - 一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法、装置及系统，在抓斗卸船机上设置了三维激光扫描仪，具体安装在驾驶操控室下方，扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域的三维立体图；对所述三维立体图进行处理，提取出船舱口和甲板区域的坐标位置信息后，发送给起重机操作控制系统；由起重机操作控制系统控制抓斗卸载时，根据船舱口和甲板区域的坐标位置信息，避开船舱口及甲板。进一步，在抓斗卸船机上还设置了摄像头拍摄包括抓斗的图像，一旦从图像分析得到抓斗的位置与牵引小车架的位置具有摆角时，则将摆角信息发送给操控控制系统，起重机操作控制系统据此对抓斗位置进行闭环控制，防止其摇晃。本发明自动完成卸船作业，提高准确性和效率。

Description

一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及起重设备控制领域，特别涉及一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法、装置及系统。
背景技术
在大型港口时，通常采用抓斗卸船机对货船进行卸载。图1为现有技术提供的抓斗卸船机的结构示意图。如图1所示，抓斗卸船机由起升机构/开闭机构、小车架牵引机构、俯仰机构、大车行走机构、司机驾驶室行走装置、落料回收装置与金属结构、电气与控制系统设备等构成。作业时抓斗从船舱内抓取物料提升至料斗上方放料，物料经振动给料器送至下方码头带式输送机系统中。具体地说，抓斗卸船机的主体为钢架结构，安装在码头上，抓斗卸船机具有料斗101，架设在码头侧的钢架结构中。钢架结构还架设了主大梁102，所述主大梁102从码头朝向货船的方向延伸，在主大梁上安装可以行走的小车架，小车架通过钢丝绳悬吊有抓斗103，所述小车架可以沿主大梁102方向运动并可以以垂直于主大梁102方向运动，从而在卸载物料时，将停靠在码头的货船中的物料抓取后运送到料斗101中。在主大梁102的下方还安装了操作室，可以沿主大梁102的延伸方向上来回移动，操作人员在操作室中对抓斗进行操作并监控抓斗的移动。
目前，抓斗卸船机在作业时，由操控人员在设置的操控室中俯视目测货船船舱内物料的料面及堆积变化，凭借经验操作抓斗进行卸船作业。采用这种方式进行抓斗卸船机作业存在以下问题：
第一：当出现恶劣天气时，抓斗卸船机的操控人员的视线受到影响，无法看清货船的物料的料面及堆积情况，从而不能进行生产作业；
第二，抓斗卸船机操控人员在生产作业时，需要考虑货船的高度以及水平位置的变化。当出现判断失误时，抓斗和货船的舱口会发生碰撞；
第三，抓斗卸船机操控人员凭借经验优化抓斗的行走路径，生产作业的效率很大程度上取决于卸船机操控人员的经验丰富与否。
可以看出，在抓斗卸船机作业时受到的人为因素和环境因素影响，使得抓斗卸船机在从货船卸载物料时准确度不高，效率不高。
为了解决上述问题，可以将操控人员采用的手动操作抓斗模式，替换为自动操作或半自动操作模式。在这种操作模式下，抓斗卸船机设置了起重机控制操作系统，接收人工选取抓斗抓取点的位置信息后，所设置的起重机控制操作系统根据所述抓取点的位置信息，进行抓斗移动路径设置后，控制抓斗移动，卸载货船上的物料。
采用上述方式时，由于货船装载的物料表面的不规则性，并没有办法选择准确的抓取点，或者根据选择的抓取点进行对应的抓斗移动路径选择时，准确性也不高。这种卸船方式也有局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法，该方法自动完成卸船作业，提高准确性和效率。
本发明还提出了一种抓斗卸船机进行卸船作业的装置，该装置自动完成卸船作业，提高准确性和效率。
本发明还提出了一种抓斗卸船机进行卸船作业的系统，该系统自动完成卸船作业，提高准确性和效率。
本发明是这样实现的：
一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法，包括：
接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图；
从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；
将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
较佳地，所述从三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息包括：
对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；
从所述网络平面中提取各个网格的法向量；
将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述货船的船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
较佳地，所述从三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息之前，进一步包括：
对所述三维立体图进行平滑滤波和干扰消除。
较佳地，所述三维激光扫描仪设置在所述抓斗卸船机的驾驶操控室下方，随着驾驶操控室的移动而移动。
较佳地，该方法进一步包括：
抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含抓斗的图像；
对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；
根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息；
将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
较佳地，所述摄像头设置在所述抓斗卸船机的主大梁与驾驶操控室之间的铰链处。
一种抓斗卸船机进行卸船作业的装置，包括：一通信模块、一图像处理模块及一指示模块，其中，
所述通信模块，用于接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图；
所述图像处理模块，用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；
所述指示模块，用于将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
较佳地，所述图像处理模块对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
较佳地，所述通信模块，还用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含所述抓斗的图像；
所述图像处理模块，还用于：对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息；
所述指示模块，还用于：将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
一种抓斗卸船机进行卸船作业的系统，一三维激光扫描仪、一图像处理系统及一起重机操作控制系统，其中，
所述三维激光扫描仪，用于扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图，发送给所述图像处理系统；
所述图像处理系统，用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统；
起重机操作控制系统，用于操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
较佳地，所述图像处理系统对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
较佳地，所述系统还包括一摄像头，用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，拍摄包含抓斗的图像；
所述图像处理系统，还用于：对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息，发送给所述起重机操作控制系统；
所述起重机操作控制系统，还用于：对所述抓斗进行防摇晃控制。
从上述方案可以看出，本发明在抓斗卸船机上设置了三维激光扫描仪，具体安装在驾驶操控室下方，扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域的三维立体图；对所述三维立体图进行处理，提取出船舱口和甲板区域的坐标位置信息后，发送给起重机操作控制系统；由起重机操作控制系统控制抓斗卸载时，根据船舱口和甲板区域的坐标位置信息，避开船舱口及甲板。更进一步地，在抓斗卸船机上还设置了摄像头拍摄包括抓斗的图像，一旦从图像分析得到抓斗的位置与牵引小车架的位置具有摆角时，则将摆角信息发送给操控控制系统，起重机操作控制系统据此对抓斗位置进行闭环控制，防止其摇晃。因此，本发明自动完成卸船作业，提高准确性和效率。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为现有技术提供的抓斗卸船机的结构示意图；
图2为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的方法流程图；
图3为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的装置结构示意图；
图4为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明为了使得抓斗卸船机自动完成卸船作业，提高准确性及精度，设置了三维激光扫描仪，具体安装在驾驶操控室下方，扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域的三维立体图；对所述三维立体图进行处理，提取出船舱口和甲板区域的坐标位置信息后，发送给起重机操作控制系统；由起重机操作控制系统控制抓斗卸载时，根据船舱口和甲板区域的坐标位置信息，避开船舱口及甲板。
更进一步地，在抓斗卸船机上还设置了摄像头拍摄包括抓斗的图像，一旦从图像分析得到抓斗的位置与牵引小车架的位置具有摆角时，则将摆角信息发送给起重机操控控制系统，起重机操作控制系统据此对抓斗位置进行闭环控制，防止其摇晃。因此，本发明自动完成卸船作业，提高准确性和效率。
图2为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的方法流程图，其具体步骤为：
步骤201、接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图。
步骤202、从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
步骤203、将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在在所述船舱口内进行物料抓取。
在该方法中，步骤202中从三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息可以有多种方法，下面给出一个例子中采用的方法：首先，对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；之后，从所述网络平面中提取各个网格的法向量；然后将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述货船的船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
本实施例中，对三维立体图进行处理时，可以是以一个预设的基准点为基准进行的，比如，这个基准点为抓斗卸船机的坐标位置信息。
本实施例中，所述网格平面指的是物料的三维轮廓信息。
本实施例中，所述从三维立体图中提取船舱口的坐标位置信息之前，还可以进一步对所述三维立体图进行平滑滤波和干扰消除。例如，可以采用现有对三维图像处理的平滑滤波算法及干扰消除算法，目的是为了使得得到的三维立体图更精确反映物料的轮廓信息。
本实施例中，三维激光扫描仪可在抓斗卸船机的控制下进行规律运动。例如，在一个应用中，所述三维激光扫描仪设置在所述抓斗卸船机的驾驶操控室下方，随着驾驶操控室的移动而移动。
在其他实施方式中，该方法可进一步对抓斗进行防摇晃处理。例如，在一个应用示例中，在抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含抓斗的图像；对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息；将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
本示例中，就是将所述小车架的位置设置为基准位置，判断抓斗的位置与基准位置相比较，是否有摆角，如果是，就是抓斗在移动过程中出现了摇晃，需要对所述小车架的速度进行控制，使得抓斗移动速度降低，防止摇晃。
在该方法中，所述摄像头设置在所述抓斗卸船机的主大梁与驾驶操控室之间的铰链处。
图3为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的装置结构示意图，包括：一通信模块301、一图像处理模块302及一指示模块303。
其中，所述通信模块301用于接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图。
所述图像处理模块302用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
所述指示模块303用于将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统避免碰撞甲板区域和船舱口，且在操控抓斗在所述船舱口内进行物料抓取。
本实施例的装置中，所述图像处理模块302可对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
本实施例的装置中，所述通信模块301还用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含所述抓斗的图像。
所述图像处理模块302，还用于：对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息。
所述指示模块303，还用于：将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
图4为本发明提供的抓斗卸船机进行卸船作业的系统结构示意图，一三维激光扫描仪401、一图像处理系统402及一起重机操作控制系统403。
其中，所述三维激光扫描仪401用于扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图，发送给所述图像处理系统402。
所述图像处理系统402用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统。
起重机操作控制系统403用于操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在在所述船舱口内进行物料抓取。
本实施例的系统中，所述图像处理系统402可用于对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
在其他实施方式中，所述系统还可进一步包括一摄像头404，用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，拍摄包含抓斗的图像。
相应地，所述图像处理系统402还用于：根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息，发送给所述起重机操作控制系统403。
所述起重机操作控制系统403还用于：对所述抓斗进行防摇晃控制。
采用本发明由于只需要在抓斗卸船机上设置三维激光扫描仪及摄像头进行图像拍摄，并对所拍摄的图像进行分析处理就能实现自动卸船过程，不仅性能提高，且项目建设周期短。其中，性能提高体现在：由于可以动态测量船舱及堆积物料等信息，从而可以选择最优抓取点及抓取路线，提高安全性和效率，降低了对抓斗卸船机的操控人员的经验及对天气的依赖。项目建设周期短体现在：由于没有额外的基建施工需求，只需要在抓斗卸船机安装三维激光扫描仪及摄像头，以及设置相应的图像处理软件进行图像处理等，现场设置时间短，对现有码头设备影响减到最低。
本发明提供的装置及系统可以配置在码头新安装的抓斗卸船机上，也可以针对已有的卸船机进行升级改造。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (12)

1.一种抓斗卸船机进行卸船作业的方法，其特征在于，包括：
接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图；
从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；
将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息包括：
对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；
从所述网络平面中提取各个网格的法向量；
将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述货船的船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息之前，进一步包括：
对所述三维立体图进行平滑滤波和干扰消除。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪设置在所述抓斗卸船机的驾驶操控室下方，随着驾驶操控室的移动而移动。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含抓斗的图像；
对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；
根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息；
将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
6.如权利要求5所的方法，其特征在于，所述摄像头设置在所述抓斗卸船机的主大梁与驾驶操控室之间的铰链处。
7.一种抓斗卸船机进行卸船作业的装置，其特征在于，包括：一通信模块(301)、一图像处理模块(302)及一指示模块(303)，其中，
所述通信模块(301)，用于接收一三维激光扫描仪扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图；
所述图像处理模块(302)，用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；
所述指示模块(303)，用于将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述图像处理模块(302)对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述通信模块(301)，还用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，接收一摄像头拍摄的包含所述抓斗的图像；
所述图像处理模块(302)，还用于：对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息；
所述指示模块(303)，还用于：将所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息提供给所述抓斗卸船机的起重机操作控制系统，以使所述起重机操作控制系统对所述抓斗进行防摇晃控制。
10.一种抓斗卸船机进行卸船作业的系统，其特征在于，一三维激光扫描仪(401)、一图像处理系统(402)及一起重机操作控制系统(403)，其中，
所述三维激光扫描仪(401)，用于扫描得到的货船中盛放物料的船舱区域和甲板区域的三维立体图，发送给所述图像处理系统(402)；
所述图像处理系统(402)，用于从所述三维立体图中提取船舱口和甲板区域的坐标位置信息；将所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息发送给抓斗卸船机的起重机操作控制系统；
起重机操作控制系统(403)，用于操控抓斗避免碰撞甲板区域和船舱口，且在所述船舱口内进行物料抓取。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述图像处理系统(402)对所述三维立体图的轮廓曲面进行网格化处理，得到一网格平面；从所述网络平面中提取各个网格的法向量；将每个法向量与货船周边区域的法向量进行差异化比对，根据比对结果提取出所述船舱口和甲板区域的坐标位置信息。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一摄像头(404)，用于抓斗在所述抓斗卸船机中设置的小车架牵引下进行移动的过程中，拍摄包含抓斗的图像；
所述图像处理系统(402)，还用于：对所述图像进行图像处理，获取所述抓斗在所述图像中的位置；根据已知的所述小车架的位置以及所述抓斗在所述图像中的位置，计算所述抓斗相对于所述小车架的摆角信息，发送给所述起重机操作控制系统(403)；
所述起重机操作控制系统(403)，还用于：对所述抓斗进行防摇晃控制。
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