CN110435467B - 船舶停泊充电对接定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，包括通过视觉判断船舶是否进入视觉区域，是则继续步骤，否则重复本步骤；通过视觉定位采集船舶运动信息；根据船舶运动信息，经过图像视觉算法对船舶进行定位；控制伸缩杆平移动到定位位置并控制其伸缩，使其上连接装置与船体充电口对接。在扰动环境难以建模或者根本不存在模型，进行物体运动的补偿；可以动态的调整随水面涨落，而引起的船体升高或降低造成的充电口位置变化；柔性的对接装置可以避免船体随水、浪等造成的刚体冲击。

Description

船舶停泊充电对接定位方法

技术领域

本发明涉及一种船舶停泊充电对接，尤其是指一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法。

背景技术

现阶段船舶停泊充电对接是将停泊船舶限制到指定区域，采用吸盘、抓取、提升固定等方式，将船舶进行固定，然后进行对接。但该方法，需要有吸盘、抓取装置，提升固定装置等的建设。且当浪高变化导致船体随水面升高时，需要重新调整吸盘等的安装。还有就是利用机械臂，控制机械臂运动到指定的位置。但是对于风浪等的扰动，很容易造成刚性机械臂的冲击，破坏机械臂。且精度比较高的机械臂价格高昂，工作时仍需要考虑防水等条件，对实际应用造成比较大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，即旨在解决提升固定装置、重新调整吸盘、破坏机械臂的问题。

为解决上述问题，本发明是提供了一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，包括通过视觉判断船舶是否进入视觉区域，是则继续步骤，否则重复本步骤；通过视觉定位采集船舶运动信息；根据船舶运动信息，经过图像视觉算法对船舶进行定位；控制伸缩杆平移动到定位位置并控制其伸缩，使其上连接装置与船体充电口对接。

进一步地，通过视觉获取照片；提取视觉获取图像中的几何形状，颜色以及纹理的信息，即对船体颜色和水的颜色，纹理，船体纹理均匀和水的纹理明暗变化，比较两者不同的差异，给出一个比较的结果，结果会显示是否有船舶进入图像区域；设有一个标记物装在船舶上充电口的位置，会对船舶上的标记物进行检测，而标记物采用二维码形式，通过对二维码的方形形状特征和白黑颜色特征进行提取，电脑内部存有二维码的模板库，将提取的船体上二维码的形状和电脑内部已有的标记物模板进行匹配，若匹配成功，确定有船舶进入视角区域，若匹配失败，无检测到船舶，则继续重复上述步骤；

进一步地，获取视觉照片；标记船体在照片中的像素位置；用矩形框对照片中船体进行框选；设定矩形框的中心点作为船体的首次中心；间隔预设时间后再次获取视觉照片；标记船体在照片中的像素位置；用矩形框对照片中船体进行框选；设定矩形框的中心点作为船体的二次中心；比较首次中心和二次中心，得到船体中心点的移动距离；根据移动距离和预设时间计算出船体的运动速度和位移，得到船体运动信息。

进一步地，根据视觉检测算法确定船舶在图像中的像素大小a，即通过模板匹配检测到船舶后，会对船舶在图像上的区域，划定一个矩形框，矩形框的中心，表示船舶在图像上的中心；矩形框有一定的长度和宽度，以图像中的像素为单位，以矩形框在图像中的像素长度和宽度，表示船舶在图像中的像素大小；获取到图像的区域的大小都是固定的，即船体本身大小为已知固定长度b，设定每个像素对应为w真实的长度，已知船体在像素上占得大小(为矩形框的长度和宽度)，对应乘以w即可求得船舶的本身大小；计算出实际尺寸到像素的放大系数w,w＝b/a；根据船舶在图像上的像素位置，以及放大系数w，可以计算出船舶在水平面上的真实尺度；获取得到图像上的像素位置和船舶停靠的位置关系是固定的，得出图像上第一个像素对应的水平面的位置坐标；每个像素对应的真实世界大小已知，已知船舶充电口的像素位置，那么船舶充电口的像素位置乘以w，就知道了船舶在真实世界上距离图像的第一个像素的真实尺寸，从而得到了船体的位置坐标。

进一步地，定位后通过电脑控制器将位置信息转换为电机所需的的运动信号，发送到电机控制器。电机控制器控制控制XY桁架并带动伸缩杆移动到指定的平面坐标上；到达指定的XY坐标后，控制器发送命令给电机，电机启动，将伸缩杆放下至船体上的充电接口处；计算机控制伸缩杆上的充电接头，在电机的作用下，会向下运动到达船体上对接接口处；在船体充电接口处，装有传感器，传感器会检测船体接口处，当有物体进入到充电口接头处时，传感器发射出信号，会被物体遮挡，从而返回信号，此时传感器接收到返回信号，传感器的输出电平会发生变化。当有障碍物时，传感器输出高电平，因此若采集到传感器的高电平，则表示有物体进入接口处，根据检测信号，判断是否有进入接口处；船体上的接口装置处安装有电机，当传感器检测到有物体进入充电口时，会发送信号到船体上的电机，电机执行抱紧动作，将伸缩杆的充电接头与船体的充电接口进行抱紧。抱紧后，伸缩杆的柔性末端的充电接头与船体上的充电接口对接成功，可以通过伸缩杆的充电接头给船上的电池充电。

本发明的有益效果在于：可在存在扰动环境下，扰动环境难以建模或者根本不存在模型，进行物体运动的补偿；可以动态的调整随水面涨落，而引起的船体升高或降低造成的充电口位置变化；柔性的对接装置可以避免船体随水、浪等造成的刚体冲击。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构。

图1为本发明的视觉定位图。

图2为本发明的伸缩杆移动机构图。

图3为本发明的系统装置框架图。

1-柔性末端装置；2-伸缩杆；3-XY移动桁架；4-卷扬机构；5-视觉定位装置；6-伸缩杆导向限位装置；7-视角；8-船舶。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，通过视觉判断船舶是否进入视觉区域，是则继续步骤，否则重复本步骤；通过视觉定位采集船舶运动信息；根据船舶运动信息，经过图像视觉算法对船舶进行定位；控制伸缩杆平移动到定位位置并控制其伸缩，使其上连接装置与船体充电口对接。在存在扰动环境下，扰动环境难以建模或者根本不存在模型，进行物体运动的补偿；可以动态的调整随水面涨落，而引起的船体升高或降低造成的充电口位置变化；柔性的对接装置可以避免船体随水、浪等造成的刚体冲击。

实施例1

通过视觉获取照片；提取视觉获取图像中的信息，对船体纹理均匀和水的纹理明暗变化做出比较，有船舶进入图像区域，则进行下一步，无船舶进入图像区域，则重复上一步骤；对船舶上的标记物进行检测，而标记物采用二维码形式；通过对二维码的方形形状特征和白黑颜色特征进行提取，电脑内部存有二维码的模板库；将提取的船体上二维码的形状和电脑内部已有的标记物模板进行匹配；若匹配成功，确定有船舶进入视角区域，若匹配失败，无检测到船舶，则继续重复上一步骤。有效的判断船舶是否进入视觉区域，进而可以采取下一步行动，同时也不受风浪影响其判断。

实施例2

进一步地，获取视觉照片；标记船体在照片中的像素位置；用矩形框对照片中船体进行框选；设定矩形框的中心点作为船体的首次中心；间隔预设时间后再次获取视觉照片；标记船体在照片中的像素位置；用矩形框对照片中船体进行框选；设定矩形框的中心点作为船体的二次中心；比较首次中心和二次中心，得到船体中心点的移动距离；根据移动距离和预设时间计算出船体的运动速度和位移，得到船体运动信息。更加快速准确的得到船体的运动信息，方便为下一步工作提供保障。

实施例3

根据视觉检测算法确定船舶在图像中的像素大小a，即通过模板匹配检测到船舶后，会对船舶在图像上的区域，划定一个矩形框，矩形框的中心，表示船舶在图像上的中心；矩形框有一定的长度和宽度，以图像中的像素为单位，以矩形框在图像中的像素长度和宽度，表示船舶在图像中的像素大小；获取到图像的区域的大小都是固定的，即船体本身大小为已知固定长度b，设定每个像素对应为w真实的长度，已知船体在像素上占得大小(为矩形框的长度和宽度)，对应乘以w即可求得船舶的本身大小；计算出实际尺寸到像素的放大系数 w,w＝b/a；根据船舶在图像上的像素位置，以及放大系数w，可以计算出船舶在水平面上的真实尺度；获取得到图像上的像素位置和船舶停靠的位置关系是固定的，得出图像上第一个像素对应的水平面的位置坐标；每个像素对应的真实世界大小已知，已知船舶充电口的像素位置，那么船舶充电口的像素位置乘以w，就知道了船舶在真实世界上距离图像的第一个像素的真实尺寸，从而得到了船体的位置坐标。准确的得出船体位置，外界环境完全无法干扰，从而很好的保障了船舶工作对接的稳定性。

实施例4

进一步地，定位后通过电脑控制器将位置信息转换为电机所需的的运动信号，发送到电机控制器。电机控制器控制XY桁架并带动伸缩杆移动到指定的平面坐标上；到达指定的XY坐标后，控制器发送命令给电机，电机启动，将伸缩杆放下至船体上的充电接口处；计算机控制伸缩杆上的充电接头，在电机的作用下，会向下运动到达船体上对接接口处；在船体充电接口处，装有传感器，传感器会检测船体接口处，当有物体进入到充电口接头处时，传感器发射出信号，会被物体遮挡，从而返回信号，此时传感器接收到返回信号，传感器的输出电平会发生变化。当有障碍物时，传感器输出高电平，因此若采集到传感器的高电平，则表示有物体进入接口处，根据检测信号，判断是否有进入接口处；船体上的接口装置处安装有电机，当传感器检测到有物体进入充电口时，会发送信号到船体上的电机，电机执行抱紧动作，将伸缩杆的充电接头与船体的充电接口进行抱紧，抱紧后，伸缩杆的柔性末端的充电接头与船体上的充电接口对接成功，可以通过伸缩杆的充电接头给船上的电池充电。完成对接并检测是否有松动的可能性，防止了对接完成后后续可能会断开对接，而且可以动态的调整随水面涨落，而引起的船体升高或降低造成的充电口位置变化，柔性的对接装置可以避免船体随水、浪等造成的刚体冲击。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，其特征在于：包括步骤，

S1)、通过视觉判断船舶是否进入视觉区域，是则继续步骤，否则重复本步骤；

S2)、通过视觉定位采集船舶运动信息；

S3)、根据船舶运动信息，经过图像视觉算法对船舶进行定位；

S4)、控制伸缩杆移动到定位位置并控制其伸缩，使其上连接装置与船体充电接口对接；

所述步骤S1中的视觉判断具体包括步骤，

S11)、通过视觉获取照片；

S12)、提取视觉获取图像中的信息，对船体纹理均匀度和水的纹理明暗变化做出比较并得出结果，若有船舶进入图像区域，则进行下一步，若无船舶进入图像区域，则重复步骤S11)；

S13)、对船舶上的标记物进行检测，而标记物采用二维码形式；

S14)、通过对二维码的方形形状特征和白黑颜色特征进行提取，电脑内部存有二维码的模板库；

S15)、将提取的船体上二维码的形状和电脑内部已有的标记物模板进行匹配；

S16)、若匹配成功，确定有船舶进入视角区域，若匹配失败，无检测到船舶，则继续重复S11)步骤；

所述步骤S2中的视觉定位采集具体包括步骤，

S21)、获取视觉照片；

S22)、标记船体在照片中的像素位置；

S23)、用矩形框对照片中船体进行框选；

S24)、设定矩形框的中心点作为船体的首次中心；

S25)、间隔预设时间后再次获取视觉照片；

S26)、标记船体在照片中的像素位置；

S27)、用矩形框对照片中船体进行框选；

S28)、设定矩形框的中心点作为船体的二次中心；

S29)、比较首次中心和二次中心，得到船体中心点的移动距离；

S30)、根据移动距离和预设时间计算出船体的运动速度和位移，得到船体运动信息。

2.如权利要求1所述一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，其特征在于：所述步骤S3中的图像视觉算法对船舶进行定位具体包括步骤，

S31)、根据视觉检测算法确定船舶在图像中的像素大小a，即通过模板匹配检测到船舶后，会对船舶在图像上的区域，划定一个矩形框，矩形框的中心，表示船舶在图像上的中心；

S32)、矩形框有一定的长度和宽度，以图像中的像素为单位，以矩形框在图像中的像素长度和宽度，表示船舶在图像中的像素大小；

S33)、获取到图像区域的大小都是固定的，即船体本身大小为已知固定长度b，设定每个像素对应为w真实的长度，已知船体在像素上占得大小，对应乘以w即可求得船舶的本身大小；

S34)、计算出从像素到实际尺寸的放大系数w,w＝b/a；

S35)、根据船舶在图像上的像素位置，以及放大系数w，可以计算出船舶在水平面上的真实尺度；

S36)、获取得到船舶在图像上的像素位置和船舶停靠的位置关系是固定的，得出图像上第一个像素对应的水平面的位置坐标；

S37)、每个像素对应的真实世界大小已知，已知船舶充电接口的像素位置，那么船舶充电接口的像素位置乘以w，就知道了船舶在真实世界上距离图像的第一个像素的真实尺寸，从而得到了船体的位置坐标。

3.如权利要求2所述一种扰动环境下船舶停泊充电对接定位方法，其特征在于：所述步骤S4中的连接装置与船体充电接口对接具体包括步骤，

S40)、根据定位的位置信息转换电机驱动，发送到电机控制器；电机控制器使伸缩杆移动到指定的平面坐标上；

S41)、控制器发送命令给电机，电机启动，将伸缩杆放下至船体上的充电接口处；

S42)、计算机控制伸缩杆上的充电接头，在电机的作用下，会向下运动到达船体上对接接口处；

S43)、船体充电接口处装有传感器，当有物体进入到充电接口接头处时，传感器发射出信号，会被物体遮挡，从而返回信号，传感器接收到返回信号，传感器的输出电平会发生变化；

S44)、当有障碍物时，传感器输出高电平，若采集到传感器的高电平，则表示有物体进入接口处；

S45)、船体上的接口装置处装有电机，当传感器检测到有物体进入充电接口时，会发送信号到船体上的电机，电机执行抱紧动作，将伸缩杆的充电接头与船体的充电接口进行抱紧；

S46)、抱紧后，伸缩杆的柔性末端的充电接头与船体上的充电接口对接成功，可以通过伸缩杆的充电接头给船上的电池充电。

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