CN110716555A - 一种智能泊船机器人集成系统及泊船方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能泊船机器人集成系统，包括岸基辅助系统，包括传感器系统、云计算中心和自动泊船器；泊船机器人，包括小型船体、太阳能板、云客户端模块、自动吸附装置，接收云计算中心指令吸附并控制待泊船舶的移动；传感器系统包括DGPS基站、激光测距仪、雷达测距仪和风速传感器，测量停泊区域实时环境参数及停靠船舶实时物理参数；云计算中心接受待泊船舶MMSI，获知待泊船舶资料，结合传感器系统各项数据进行计算，并对泊船机器人及自动泊船器发布指令；自动泊船器，用于吸附固定靠岸的船舶。本发明结合了云计算、自动导航与动力定位技术，实现港口泊船方式的自动化、智能化，极大提高港口效率，节约港口运营成本，并提高了船舶靠泊的安全性。

Description

一种智能泊船机器人集成系统及泊船方法

技术领域

本发明涉及自动泊船技术领域，具体涉及一种智能泊船机器人集成系统及泊船方法。

背景技术

传统的大型船舶停靠码头的方式是在引航员的指挥下，工作人员驾驶拖轮将待泊船舶推至指定泊位并进行抛缆绳系泊。

整个泊船过程中，除借助拖轮的动力外，其余工作基本都是依赖于人力完成；顶推轮、待泊船舶以及岸上工作人员之间的配合同样是依赖于工作人员的经验以及互相协调来完成。这样主要依赖于人力进行的泊船模式在消耗大量时间和人力资源的同时，也延长了码头的占用时间，降低了码头的利用效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种智能泊船机器人集成系统及泊船方法，它能实现港口泊船方式的自动化、智能化，极大地提高工作效率。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种智能泊船机器人集成系统，包括岸基辅助系统和泊船机器人；

所述岸基辅助系统包括云计算中心、自动泊船器和传感器系统；所述云计算中心识别待泊船舶MMSI、接收并处理传感器系统传来的数据、向泊船机器人发送指令、控制泊船机器人自动驾驶、向自动泊船器发送指令；所述自动泊船器安装于岸边，能够根据云计算中心的指令吸附或脱离停泊船只的舷侧；所述传感器系统包括设置于岸边并与所述云计算中心相连的DGPS基站、激光测距仪、雷达测距仪，所述DGPS基站接收GPS卫星信号所测定的待泊船舶位置和本站已知位置相比较求得位置测定误差或伪距测量误差，并将这些误差作为校正值向四周空间发播，基站附近的待泊船舶GPS用户接收机收到来自基站的校正信号，修正自身的GPS测量值，从而大大提高定位精度，所述激光测距仪结合雷达测距仪用于准确地测量出待泊船舶的速度、距离、地理位置；

所述泊船机器人包括主船体，所述主船体上设有云客户端模块和自动吸附装置；所述云客户端模块与云计算中心相连，保障岸基辅助系统的安全控制，实现泊船机器人的自动驾驶；所述自动吸附装置接收云客户端模块的控制，用于实现泊船机器人与待泊船舶的自动化连接。

上述方案中，所述自动泊船器包括第一真空吸盘、第一空气泵、可伸缩机械臂、移动装置、滑轨和控制箱，所述滑轨沿竖向固定安装于岸边，所述移动装置滑动安装于所述滑轨上，所述可伸缩机械臂的一端与移动装置固定连接、另一端与所述第一空气泵连接，所述第一空气泵与第一真空吸盘连接，所述第一真空吸盘位于最外侧，用于吸附或脱离停泊船只；所述控制箱设置于岸边，与所述云计算中心连接，所述移动装置、可伸缩机械臂和第一空气泵均由所述控制箱控制。

上述方案中，所述传感器系统包括设置于岸边并与所述云计算中心相连的风速传感器，所述风速传感器能够实时测量船舶停泊过程中泊位风速大小以及风向，风的存在致使岸基辅助系统发出的指令存在误差，风速传感器测量的数据可以对泊船机器人的指令进行误差修正。

上述方案中，所述自动吸附装置包括安装于主船体舷侧的第二真空吸盘，第二真空吸盘配有第二空气泵，所述第二空气泵接收所述云客户端模块的控制。

上述方案中，所述泊船机器人甲板上铺满太阳能板，用于吸收能量，为所述云客户端模块和自动吸附装置供电。

上述方案中，所述自动泊船器沿港口沿岸设置多个。

上述方案中，所述泊船机器人待命时通过所述自动泊船器吸附固定于岸边。

本发明还提出上述智能泊船机器人集成系统的泊船方法，包括以下步骤：

第一步，待泊船舶向云计算中心发出停泊请求，云计算中心收到请求后会辨识其MMSI并在数据库中调取其关键信息，为建立控制模型做准备；

第二步，云计算中心借助自动导航驾驶和动力定位功能，向待命的泊船机器人发出泊船作业指令，使该组泊船机器人迅速到达指定工位；

第三步，泊船机器人到达指定工作位置后，利用自动吸附装置主动吸附该船舷侧，使该组泊船机器人与该船联结达到控制该船运动状态；

第四步，云计算中心根据该船的位置、指定泊位、环境载荷因素以及根据其MMSI在数据库中调取出的相关船舶参数，对该整体快速建立动力定位的控制模型，并在自动导航驾驶程序的辅助下实现对该整体的动力定位控制；

第五步，云计算中心将该整体定位至与指定泊位纵向对齐且相距岸地一定距离时，命令近岸一侧的泊船机器人松开吸盘，脱离船体，并对这两个泊船机器人分别施加DP控制，令之回到基地待命；

第六步，近岸一侧的泊船机器人脱离船体返回基地的同时，云计算中心将剩下的远岸一侧的泊船机器人和船舶组成的新的整体作为DP控制对象，将该控制对象的运动由二维平面运动减小到一维直线运动，即远岸侧的泊船机器人将船舶横向推至泊位；

第七步，在待泊船舶到达指定泊位后，岸边的自动泊船器立即动作，主动吸附该船舷侧，将船体固定；

第八步，泊船机器人顺利完成泊船作业任务，远岸一侧的泊船机器人在云计算中心的自动导航驾驶与动力定位控制下回到基地待命。

本发明的有益效果在于：

1、本发明智能泊船机器人集成系统将云计算、自动导航与动力定位技术相结合，实现港口泊船方式的自动化、智能化，有效减少泊船时间，极大地提高了港口效率，降低了大量的人力成本，节约港口运营成本，提高了船舶靠泊的安全性。

2、本发明改变了传统依靠拖轮、抛锚、缆绳系泊的靠泊方式，改用泊船机器人和自动泊船器，充分节省时间、提高码头效率和泊船的安全性。并且所采用的自动泊船器与泊船机器人的结构简单、制造成本低、适于推广。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明智能泊船机器人集成系统的自动泊船器的结构示意图；

图2是本发明智能泊船机器人集成系统的的泊船机器人结构示意图；

图3是本发明智能泊船机器人集成系统的停泊过程示意图。

图中：10、自动泊船器；11、第一真空吸盘；12、第一空气泵；13、可伸缩机械臂；14、移动装置；15、滑轨；16、控制箱；20、泊船机器人；21、云客户端模块；22、自动吸附装置；23、太阳能板。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本实施例智能泊船机器人集成系统，包括岸基辅助系统和泊船机器人20。

岸基辅助系统包括云计算中心、自动泊船器10和传感器系统。

云计算中心识别待泊船舶MMSI(Maritime Mobile Service Identify，海上移动通信业务标识)、接收并处理传感器系统传来的数据、向泊船机器人20发送指令、控制泊船机器人20自动驾驶、向自动泊船器10发送指令。

自动泊船器10安装于岸边，与云计算中心相连，能够根据云计算中心的指令吸附或脱离停泊船只的舷侧。自动泊船器10的具体结构如图1所示，包括第一真空吸盘11、第一空气泵12、可伸缩机械臂13、移动装置14、滑轨15和控制箱16。滑轨15沿竖向固定安装于岸边，移动装置14滑动安装于滑轨15上，可伸缩机械臂13的一端与移动装置14固定连接、另一端与第一空气泵12连接，第一空气泵12与第一真空吸盘11连接，第一真空吸盘11位于最外侧，用于吸附或脱离停泊船只。位于前端的第一真空吸盘11可按要求吸附或脱离停泊船只的舷侧，并能长久保持住吸附力，若干个吸盘同时作用于船体足以对船产生足够的约束力来抵抗风浪流的干扰，使其固定在泊位上。吸盘后的可伸缩机械臂13能够按要求收缩或伸张，可使吸盘主动吸附住船体；优选的，本实施例中可伸缩机械臂13采用液压机械臂。可伸缩机械臂13通过移动装置14固定在岸边的滑轨15上，通过上下调节移动装置14在滑轨15上的位置使可伸缩机械臂13产生上下相对运动以适应水位和船舶载重的变化。控制箱16设置于岸边，与云计算中心连接，移动装置14、可伸缩机械臂13和第一空气泵12均由控制箱16控制，控制箱16在接收到控制信号后，通过预编程序的处理对移动装置14、可伸缩机械臂13和第一空气泵12发出正确的动作命令，以保证自动泊船器10按要求正确、迅速地进行工作。

传感器系统包括设置于岸边并与云计算中心相连的DGPS基站、激光测距仪、雷达测距仪、风速传感器。DGPS基站就是把高精度的GPS接收机安装在位置准确测定的地点组成基站，DGPS基站接收GPS卫星信号所测定的待泊船舶位置，与本站已知位置相比较求得位置测定误差或伪距测量误差，并将这些误差作为校正值向四周空间发播。基站附近的待泊船舶GPS用户接收机收到来自基站的校正信号，修正自身的GPS测量值，从而大大提高定位精度。激光测距仪发出的激光被测量物体反射之后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离，因此激光测距仪可以准确实时测量待泊船舶距离岸边的距离。雷达测距仪，基于激光雷达测距原理实现，即以一定的时间间隔连续测量目标距离，用两次目标距离的差值除以时间间隔就可得知目标的速度值，速度的方向根据距离差值的正负就可以确定。雷达测距仪结合激光测距仪可以更加准确的测量出待泊船舶的速度、距离、地理位置等参数，更好的配合船舶停泊。风速传感器可以连续监测指定地点的风速、风量大小，能够对所处地区的风速风量进行实时显示。风速传感器可以实时测量船舶停泊过程中泊位风速大小以及风向，风的存在致使岸基辅助系统发出的指令存在误差，风速传感器测量的数据可以对泊船机器人20的指令进行误差修正。

泊船机器人20的具体结构如图2所示，包括主船体，主船体上设有云客户端模块21、自动吸附装置22和太阳能板23。云客户端模块21与云计算中心相连，保障泊船机器人20受岸基辅助系统的安全有效控制，实现自动驾驶。自动吸附装置22包括安装于主船体舷侧的多个第二真空吸盘，用于吸附待泊船舶，第二真空吸盘配有第二空气泵，第二空气泵由云客户端模块21控制，用于实现泊船机器人20与待泊船舶的自动化连接。太阳能板23铺满在船的甲板平面上，保证能源供应充足。

进一步优化，本实施例中，自动泊船器10沿港口沿岸设置多个，自动泊船器10同时为待泊船舶与泊船机器人20提供泊位。泊船机器人20待命时通过自动泊船器10吸附固定于岸边。

如图3所示，本发明智能泊船机器人集成系统的泊船方法，包括以下步骤：

第一步，待泊船舶向云计算中心发出停泊请求，云计算中心收到请求后会辨识其MMSI并在数据库中调取其关键信息，为建立控制模型做准备。

第二步，云计算中心借助自动导航驾驶和动力定位功能，向待命的泊船机器人发出泊船作业指令，使该组泊船机器人迅速到达指定工位。

第三步，泊船机器人Ⅰ、泊船机器人Ⅱ、泊船机器人Ⅲ、泊船机器人Ⅳ接受作业指令迅速到达工作岗位，泊船机器人Ⅰ、泊船机器人Ⅱ与泊船机器人Ⅲ、泊船机器人Ⅳ分别位于待泊船舶的两侧，四个泊船机器人的吸附装置主动吸附待泊船舶舷侧，使该组泊船机器人与该船联结为一个整体。

第四步，云计算中心根据该船的位置、指定泊位、环境载荷因素以及根据其MMSI在数据库中调取出的相关船舶参数，对该整体快速建立动力定位的控制模型，并在自动导航驾驶程序的辅助下实现对该整体的动力定位控制。

第五步，云计算中心将该整体定位至与指定泊位纵向对齐且相距岸地50米的位置时，云计算中心命令近岸一侧的泊船机器人Ⅰ、泊船机器人Ⅱ解除吸附装置，脱离船体，并对这两个泊船机器人分别施加DP(Dynamic Positioning，动力定位)控制，令之回到基地待命。

第六步，近岸一侧的泊船机器人脱离船体返回基地的同时，云计算中心将剩下的远岸一侧的泊船机器人Ⅲ、泊船机器人Ⅳ和船舶组成的新的整体作为DP控制对象，将该控制对象的运动由二维平面运动减小到一维直线运动，即远岸侧的泊船机器人将船舶横向推至泊位。

第七步，在待泊船舶到达指定泊位后，岸边的自动泊船器10立即动作，主动吸附该船舷侧，将船体固定。

第八步，泊船机器人顺利完成泊船作业任务，远岸一侧的泊船机器人Ⅲ、泊船机器人Ⅳ在云计算中心的自动导航驾驶与动力定位控制下回到基地待命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种智能泊船机器人集成系统，其特征在于，包括岸基辅助系统和泊船机器人；

所述岸基辅助系统包括云计算中心、自动泊船器和传感器系统；所述云计算中心识别待泊船舶MMSI、接收并处理传感器系统传来的数据、向泊船机器人发送指令、控制泊船机器人自动驾驶、向自动泊船器发送指令；所述自动泊船器安装于岸边，能够根据云计算中心的指令吸附或脱离停泊船只的舷侧；所述传感器系统包括设置于岸边并与所述云计算中心相连的DGPS基站、激光测距仪、雷达测距仪，所述DGPS基站接收GPS卫星信号所测定的待泊船舶位置和本站已知位置相比较求得位置测定误差或伪距测量误差，并将这些误差作为校正值向四周空间发播，基站附近的待泊船舶GPS用户接收机收到来自基站的校正信号，修正自身的GPS测量值，从而大大提高定位精度，所述激光测距仪结合雷达测距仪用于准确地测量出待泊船舶的速度、距离、地理位置；

所述泊船机器人包括主船体，所述主船体上设有云客户端模块和自动吸附装置；所述云客户端模块与云计算中心相连，保障岸基辅助系统的安全控制，实现泊船机器人的自动驾驶；所述自动吸附装置接收云客户端模块的控制，用于实现泊船机器人与待泊船舶的自动化连接。

2.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述自动泊船器包括第一真空吸盘、第一空气泵、可伸缩机械臂、移动装置、滑轨和控制箱，所述滑轨沿竖向固定安装于岸边，所述移动装置滑动安装于所述滑轨上，所述可伸缩机械臂的一端与移动装置固定连接、另一端与所述第一空气泵连接，所述第一空气泵与第一真空吸盘连接，所述第一真空吸盘位于最外侧，用于吸附或脱离停泊船只；所述控制箱设置于岸边，与所述云计算中心连接，所述移动装置、可伸缩机械臂和第一空气泵均由所述控制箱控制。

3.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述传感器系统包括设置于岸边并与所述云计算中心相连的风速传感器，所述风速传感器能够实时测量船舶停泊过程中泊位风速大小以及风向，风的存在致使岸基辅助系统发出的指令存在误差，风速传感器测量的数据可以对泊船机器人的指令进行误差修正。

4.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述自动吸附装置包括安装于主船体舷侧的第二真空吸盘，第二真空吸盘配有第二空气泵，所述第二空气泵接收所述云客户端模块的控制。

5.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述泊船机器人甲板上铺满太阳能板，用于吸收能量，为所述云客户端模块和自动吸附装置供电。

6.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述自动泊船器沿港口沿岸设置多个。

7.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统，其特征在于，所述泊船机器人待命时通过所述自动泊船器吸附固定于岸边。

8.根据权利要求1所述的智能泊船机器人集成系统的泊船方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，待泊船舶向云计算中心发出停泊请求，云计算中心收到请求后会辨识其MMSI并在数据库中调取其关键信息，为建立控制模型做准备；

第二步，云计算中心借助自动导航驾驶和动力定位功能，向待命的泊船机器人发出泊船作业指令，使该组泊船机器人迅速到达指定工位；

第三步，泊船机器人到达指定工作位置后，利用自动吸附装置主动吸附该船舷侧，使该组泊船机器人与该船联结达到控制该船运动状态；

第四步，云计算中心根据该船的位置、指定泊位、环境载荷因素以及根据其MMSI在数据库中调取出的相关船舶参数，对该整体快速建立动力定位的控制模型，并在自动导航驾驶程序的辅助下实现对该整体的动力定位控制；

第五步，云计算中心将该整体定位至与指定泊位纵向对齐且相距岸地一定距离时，命令近岸一侧的泊船机器人松开吸盘，脱离船体，并对这两个泊船机器人分别施加DP控制，令之回到基地待命；

第六步，近岸一侧的泊船机器人脱离船体返回基地的同时，云计算中心将剩下的远岸一侧的泊船机器人和船舶组成的新的整体作为DP控制对象，将该控制对象的运动由二维平面运动减小到一维直线运动，即远岸侧的泊船机器人将船舶横向推至泊位；

第七步，在待泊船舶到达指定泊位后，岸边的自动泊船器立即动作，主动吸附该船舷侧，将船体固定；

第八步，泊船机器人顺利完成泊船作业任务，远岸一侧的泊船机器人在云计算中心的自动导航驾驶与动力定位控制下回到基地待命。

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