CN111377356B - 一种具有路径规划算法的半自动装卸桥及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，所述装卸桥包括支撑架、遥控器装置、岸上激光雷达视觉识别装置、电子防摇装置、大车无线定位装置、地面控制服务器以及机上PLC运动控制系统，所述大车无线定位装置和电子防摇装置设置在支撑架上，所述岸上激光雷达视觉识别装置设置在支撑架的下方，所述装卸桥还包括电动夹钳、小车位置编码器以及起升高度编码器，所述电动夹钳设置在平衡梁吊钩的下方，所述小车位置编码器以及起升高度编码器设置在支撑架的上方。该方案具有路径记忆、自动识别车型和板卷坐标，自动夹取板卷的功能。

Description

一种具有路径规划算法的半自动装卸桥及控制方法

技术领域

本发明涉及一种装卸桥，具体涉及一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，属于控制技术领域。

背景技术

梅钢运输部码头货运船舶多为有中间有隔舱和隐舱结构，装卸桥吊装钢铁板卷的作业方式，采用采用“人工指吊”的方式，当货物下降到舱底时，为提高配载效率和安全，由两个或一个司索工，指挥装卸桥司机货物滚到隐舱内，司机是看不到货物的，他根据指挥手势操作装卸桥，然后利用起重机小车后退的惯性将板卷滚入隐舱。国内港口装卸钢铁板卷，都采用全人工装卸，劳动效率低和安全没保证。所以，需要开发一种采用前端和中间自动化操作和后端遥控操作的半自动装卸桥。对比文献和专利：名称：一种门座式起重机半自动控制方法，申请(专利)号:CN201510833948.X，一种门座式起重机半自动控制方法，基于PLC与整流模块，逆变装置和控制单元实时进行数据交换。不同点它是一种纯PLC控制方法，没有中间过程的自学习功能，主要靠限位开关来决定动作的转换，本项目起重机动作转换包括加减速由控制算法完成，限位仅仅起保护功能。名称：岸边起重机和堆场起重机间低架桥式小车转接装卸系统，申请(专利)号：CN200510111464.0，不同点它是实现自动/半自动功能的一种低架桥起重小车，是一种机械装置。名称：一种用于垃圾吊类桥式抓斗起重机的控制方法，申请(专利)号：CN201710352993.2，不同点它是抓取和投放坐标点每次都需要人工设定，运行轨迹也没有自学习功能，也不能自动抓取，每次需要人工设定坐标，机构动作不能实现联动。因此，迫切的需要一种装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，该技术方案提高了作业效率，减少作业人员，并解决船舶隐舱、隔舱装卸困难的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，其特征在于，所述装卸桥包括支撑架、遥控器装置、岸上激光雷达视觉识别装置、电子防摇装置、大车无线定位装置、地面控制服务器以及机上PLC运动控制系统，所述大车无线定位装置和电子防摇装置设置在支撑架上，所述岸上激光雷达视觉识别装置设置在支撑架的下方，所述装卸桥还包括电动夹钳、小车位置编码器以及起升高度编码器，所述电动夹钳设置在平衡梁吊钩的下方，所述小车位置编码器以及起升高度编码器设置在支撑架的上方。

作为本发明的一种改进，所述遥控器装置的发射机供船舱内的操作司机使用，用于遥控操作装卸桥完成轨迹自学习和船舱内放卷；它的接受主机安装在电气控制柜内，接受发射机给装卸桥起升、小车、大车机构等动作指令，并将指令输入到机上PLC运动控制系统。在其操作电路里，有特殊定制的“模式选择”、“数据记忆”、“运行确认”功能按钮，该功能是实现路径规划算法的一部分，用于算法程序的输入参数。

激光雷达视觉识别系统安装在装卸桥大梁底部正对平板车装卸位置，该系统软件模型是独立开发的钢卷和平板车点云处理模型，通过点云数据处理模型识别平板车和钢卷，包括平板车的长度、宽度、高度、钢卷的数量、间距、高度等参数，识别系统本身还可以设置激光扫描参数，包括精度、幅度、方向、相对坐标等参数，点云数据处理的结果通过无线网络发送给地面控制服务器。

作为本发明的一种改进，所述大车无线定位装置采用脉冲无线电，利用脉冲到达时差进行定位，它的主机安装在码头泊位平台上，接受装置安装装卸桥大梁尾部，在用于检测和设定大车位置，测量的位置值输入到算法程序，再由算法程序输出给定值，使装卸桥和船舶位置对应，也用于修正大车运行轨迹；

电子防摇装置基于精确的单摆振荡模型来计算和校正，用于监控起升钢丝绳摇摆的角度，防摇装置测量的数据，发送到机上PLC运动控制系统，经过软件计算后再由PLC运动控发出驱动指令给装卸桥，从而修正大车和小车运行的速度、加速度、制动距离，使钢丝绳的摆动的角度控制在10°范围内。

作为本发明的一种改进，所述地面控制服务器是整个半自动装卸桥算法控制中心，也是路径规划算法核心，其运行平台是单独开发的，它包括通信软件模块、运行控制软件模块以及数据库软件模块，通信软件模块用于局域网内设备通信、物流信息系统通信；运行控制软件模块用于管理控制作业流程的执行；数据库模块用于存储各种作业车辆数据、船舶数据、钢卷数据、坐标系数据、作业计划数据等。它从公司的物流信息系统接收钢卷的参数信息和作业计划，并按需要将钢卷参数发送装卸桥机上的PLC运动控制系统，它主要功能有：a接受大车无线定位装置的数据、物流船舶位置数据，发送大车坐标给装卸桥，b接受激光雷达视觉识别系统扫描的钢卷和平板车数据，通过两者数据的做算术运算，从而确定每个平板车上每个钢卷在整个坐标系统内的X、Y、Z值，并根据生产作业流程将数据发送给机上PLC运动控制系统内的寄存器，c返回作业计划状态给物流信息系统，包括每条船的作业量、司机通过手机APP下达的作业指令完成情况、每次班次的完成情况等数据。

作为本发明的一种改进，所述机上PLC运动控制系统是整个算法输出参数的执行者，它的功能有：a接受电子防摇装置计算的速度、加速度；b接受遥控器装置学习的路径上点的坐标，并存储；C接受地面控制服务器发送来的每个钢卷的X、Y、Z坐标，d驱动装卸桥各机构运行到指定位置。

一种具有路径规划算法的半自动装卸桥控制方法，所述方法包括以下步骤：

①路径规划曲线“登机点”设置，A、大车初始位置设定：生产操作人员根据船舶停靠的位置，在运输信息系统中将由无线定位装置测量的坐标发送地面控制服务器，再由地面控制服务器发送给机上PLC运动控制系统，驱动大车到指定位置，B、小车初始位置设定：以驾驶室停靠在登机平台位置，在该位置有停止限位和小车位置编码器检测，C、起升初始位置设定：起升机构在上停止限位处，该位置同时有起升位置编码器检测，装卸桥各个机构处于以上三个位置时的点，称为“登机点”，测量的数据需输入到路径规划算法曲线中，软件程序设计装卸桥没有作业计划时，自动停泊在“登机点”。

②路径规划曲线“夹取点”设置，当第一辆平板车到达时，将遥控器打到”手动模式“，操作装卸桥运行，使夹具刚好处于夹取第一个钢卷的位置；然后按下遥控器上的“数据记忆”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“夹取点”；

③路径规划曲线“槛梁点”设置，在夹取钢卷从岸上到船舱的过程中，小车和起升必须不能碰撞到装卸桥的大车大梁，钢卷在大梁两侧必须设置一个安全隔离带，钢卷离大梁上方必须设置一个安全高度，安全隔离带以距大梁两侧各一米为准，安全高度以钢卷底部距离大梁面上1.5米为准(该数据可以在规划算法里修改)，程序规定小车位置在安全隔离带内，夹具吊钢卷不允许下降到低于1.5米，防止事故发生；

④路径规划曲线“切换点”设置，由遥控器手动模式操作装卸桥小车和起升动作，运行到船舱上方某高度，此高度由人工根据船型和配载图首次确认，学习完成后按下遥控器上“数据确认”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“切换点”；

以上路径规划算法学习的三个点和一个隔离带，所形成的曲线数据全部存储在一个三维数组中，机上PLC运动控制程序和地面控制服务器程序都可以访问；

⑤钢卷装船指令的生成，该命令是通过手机终端APP发出的，APP发出的指令由物流信息系统转发给地面控制服务器，当车辆到达后，司机在终端APP按下“卸车”指令，地面控制服务器发送指令给安装在半自动装卸桥的激光雷达视觉识别装置，根据作业计划开始扫描车辆及钢卷坐标，车辆的高、长、宽点云参数被匹配，板卷数量、间距被识别；

⑥半自动状态准备，激光雷达视觉识别装置扫描结束后，经地面控制服务器软件根据物流信息系统内钢卷数据，计算每个钢卷实际需要移动的大车位置、小车位置、高度位置，每辆车钢卷X、Y、Z的坐标由地面服务器发送给装卸桥PLC运动控制系统，更新起点、终点、槛梁点坐标寄存器。机上PLC运动控制系统根据接受到的坐标，开始打开夹具到合适开度，小车、大车运行到板卷中心距上方，夹具开始下降到钳脚正对钢卷内径中心孔位置；

⑦辅助运行条件检测；夹钳对中限位检测无遮挡，碰撞限位检测距离安全，夹钳开始闭合；当夹钳两侧夹紧限位被遮挡后，发上升指令给机上PLC运动控制系统，夹紧限位的检测是路径规划算法安全保护的模块的一部分，安全保护模块还包括机上其他一些减速、停止限位、故障输入信号等；

⑧按学习轨迹运行：如果装卸桥无外部、内部故障，PLC软件程序开始按照步骤②时记忆的轨迹运行，此时由电子防摇摆系统监控并纠正小车的运行加速度和摆角，起升和小车运行到学习“切换点”后，停止自动运行状态；

⑨遥控运行：此时钢卷到达船舱底部位置，由人工遥控操作装卸桥，将板卷放到船舱内具体位置，打开夹具，起升机构上升到自学习“切换点”高度后由PLC程序控制，自动转入半自动状态；

⑩坐标修正：装卸桥退回到海侧槛梁位置的“过槛梁”点后，由于下一个板卷位置偏差和卷径不同，地面控制服务器软件根据激光扫描数据和物流信息系统内钢卷数据，立即修正起升、大车的位置和夹具开度，PLC运动控制系统的寄存器内坐标被更新，使得装卸桥退回时，夹具能刚好下降到钳脚正对第二个板卷内径中心孔位置；

装卸桥自动回位：作业计划结束后或者操过半小时无后续计划，装卸桥PLC运动控制系统驱动小车自动回到“登机位”，起升上升到上停止限位。

作为本发明的一种改进，每台平板车重复步骤⑥-⑩，下一台平板车重复步骤⑤-⑩，同一泊位的不同船舶或更换隔舱时重复步骤④-⑩，更换不同泊位的船只重复步骤①-⑩。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案自动夹取的数据由激光雷达视觉识别装置扫描的数据和物流信息系统数据综合确定，运行轨迹每次回位时自动修正坐标，无需手工频繁设定；安全隔离带可以根据潮水位置、船舶高度随时调整参数、也可以增加安全隔离带；起升、大车、小车机构动可以三维联动，作业效率高；作业计划实时更新，物流系统系和装卸桥地面控制服务器自动完成作业计划的下达、完成，不需要人工输入每个钢卷的计划，只需要生成一个作业批次，每个作业批次可以包含若干数量的钢卷，劳动效率大幅提高；减少了装卸钢卷过程中的碰撞事故发生概率，司机从以前的驾驶室操作，改为船舱内遥控操作，可以清楚看见船舱内的隐蔽位置和死角，能准确的放置钢卷，避免歪拉斜吊，也很好的保护了产品质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明运行轨迹图。

图3为本发明程序流程图。

图中：1、UWB无线定位器；2、遥控器装置；3、激光雷达识别装置；4、地面控制服务器；5、电动夹钳；6、小车位置编码器；7、起升高度编码器；8、平板车；9、钢卷；10、电子防摇装置，11、机上PLC运动控制系统，12、支撑架。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1-图3,一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，它包括室外UWB超宽带大车无线定位装置1，用于测量大车在系统软件里定义的Y轴坐标；安装在小车电动机轴上的位置编码器6，用于测量小车在系统软件里定义的从登机位开始的X坐标，并且采用一套激光测距编码器，作为车轮打滑时位置纠偏；安装在起升机构钢丝绳卷筒上的编码器7，用于测量起升钩头从地面开始的Z轴坐标。所述装卸桥包括支撑架12、遥控器装置2、岸上激光雷达视觉识别装置3、电子防摇装置10、地面控制服务器4以及机上PLC运动控制系统，所述大车无线定位装置1和电子防摇装置10设置在支撑架12上，所述岸上激光雷达视觉识别装置3设置在支撑架12的下方，所述装卸桥还包括电动夹钳5、小车位置编码器6以及起升高度编码器7，所述电动夹钳5设置在支撑架12的下方，所述小车位置编码器6以及起升高度编码器7设置在支撑架12的上方，所述遥控器装置的发射机供船舱内的操作司机使用，用于遥控操作装卸桥完成轨迹自学习和船舱内放卷；它的接受主机安装在电气控制柜内，接受发射机给装卸桥起升、小车、大车机构等动作指令，并将指令输入到机上PLC运动控制系统。在其操作电路里，有特殊定制的“模式选择”、“数据记忆”、“运行确认”功能按钮，该功能是实现路径规划算法的一部分，用于算法程序的输入参数。激光雷达视觉识别系统3安装在装卸桥大梁底部正对平板车装卸位置，该系统软件模型是独立开发的钢卷和平板车点云处理模型，通过点云数据处理模型识别平板车和钢卷，包括平板车的长度、宽度、高度、钢卷的数量、间距、高度等参数，识别系统本身还可以设置激光扫描参数，包括精度、幅度、方向、相对坐标等参数，点云数据处理的结果通过无线网络发送给地面控制服务器，所述大车无线定位装置采用脉冲无线电，利用脉冲到达时差进行定位，它的主机安装在码头泊位平台上，接受装置安装装卸桥大梁尾部，在用于检测和设定大车位置，测量的位置值输入到算法程序，再由算法程序输出给定值，使装卸桥和船舶位置对应，也用于修正大车运行轨迹；电子防摇装置基于精确的单摆振荡模型来计算和校正，用于监控起升钢丝绳摇摆的角度，防摇装置测量的数据，发送到机上PLC运动控制系统，经过软件计算后再由PLC运动控发出驱动指令给装卸桥，从而修正大车和小车运行的速度、加速度、制动距离，使钢丝绳的摆动的角度控制在10°范围内，所述地面控制服务器是整个半自动装卸桥算法控制中心，也是路径规划算法核心，其运行平台是单独开发的，它包括通信软件模块、运行控制软件模块以及数据库软件模块，通信软件模块用于局域网内设备通信、物流信息系统通信；运行控制软件模块用于管理控制作业流程的执行；数据库模块用于存储各种作业车辆数据、船舶数据、钢卷数据、坐标系数据、作业计划数据等。它从公司的物流信息系统接收钢卷的参数信息和作业计划，并按需要将钢卷参数发送装卸桥机上的PLC运动控制系统，它主要功能有：a接受大车无线定位装置的数据、物流船舶位置数据，发送大车坐标给装卸桥，b接受激光雷达扫描的钢卷和平板车数据，通过两者数据的做算术运算，从而确定每个平板车上每个钢卷在整个坐标系统内的X、Y、Z值，并根据生产作业流程将数据发送给机上PLC运动控制系统内的寄存器，c返回作业计划状态给物流信息系统，包括每条船的作业量、司机通过手机APP下达的作业指令完成情况、每次班次的完成情况等数据，所述机上PLC运动控制系统是整个算法输出参数的执行者，它的功能有：a接受电子防摇装置计算的速度、加速度；b接受遥控器装置学习的路径上点的坐标，并存储；C接受地面控制服务器发送来的每个钢卷的X、Y、Z坐标，d驱动装卸桥各机构运行到指定位置。电子防摇系统是三维闭环控制，当大车、小车和起升同时运行时，闭环电子防摇系统实时采集钢丝绳摆角和长度，通过运算把加速、减速、制动距离等参数发送给PLC运动控制系统，保证驱动机构运行时的摆角小于10°，并准确定位到每个钢卷坐标。

实施例2：参见图1-图3，一种具有路径规划算法的半自动装卸桥控制方法，所述方法包括以下步骤：

①路径规划曲线“登机点”设置，A、大车初始位置设定：生产操作人员根据船舶停靠的位置，在运输信息系统中将由无线定位装置测量的坐标发送地面控制服务器，再由地面控制服务器发送给机上PLC运动控制系统，驱动大车到指定位置，B、小车初始位置设定：以驾驶室停靠在登机平台位置，在该位置有停止限位和小车位置编码器检测，C、起升初始位置设定：起升机构在上停止限位处，该位置同时有起升位置编码器检测，装卸桥各个机构处于以上三个位置时的点，称为“登机点”，测量的数据需输入到路径规划算法曲线中，软件程序设计装卸桥没有作业计划时，自动停泊在“登机点”；

②路径规划曲线“夹取点”设置，当第一辆平板车到达时，将遥控器打到”手动模式“，操作装卸桥运行，使夹具刚好处于夹取第一个钢卷的位置；然后按下遥控器上的“数据记忆”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“夹取点”；

③路径规划曲线“槛梁点”设置，在夹取钢卷从岸上到船舱的过程中，小车和起升必须不能碰撞到装卸桥的大车大梁，钢卷在大梁两侧必须设置一个安全隔离带，钢卷离大梁上方必须设置一个安全高度，安全隔离带以距大梁两侧各一米为准，安全高度以钢卷底部距离大梁面上1.5米为准(该数据可以在规划算法里修改)，程序规定小车位置在安全隔离带内，夹具吊钢卷不允许下降到低于1.5米，防止事故发生；

④路径规划曲线“切换点”设置，由遥控器手动模式操作装卸桥小车和起升动作，运行到船舱上方某高度，此高度由人工根据船型和配载图首次确认，学习完成后按下遥控器上“数据确认”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“切换点”；

以上路径规划算法学习的三个点和一个隔离带，所形成的曲线数据全部存储在一个三维数组中，机上PLC运动控制程序和地面控制服务器程序都可以访问；

⑤钢卷装船指令的生成，该命令是通过手机终端APP发出的，APP发出的指令由物流信息系统转发给地面控制服务器，当车辆到达后，司机在终端APP按下“卸车”指令，地面控制服务器发送指令给安装在半自动装卸桥的激光雷达，根据作业计划开始扫描车辆及钢卷坐标，车辆的高、长、宽点云参数被匹配，板卷数量、间距被识别；

⑥半自动状态准备，激光雷达视觉识别装置扫描结束后，经地面控制服务器软件根据物流信息系统内钢卷数据，计算每个钢卷实际需要移动的大车位置、小车位置、高度位置，每辆车钢卷X、Y、Z的坐标由地面服务器发送给装卸桥PLC运动控制系统，更新起点、终点、槛梁点坐标寄存器。机上PLC运动控制系统根据接受到的坐标，开始打开夹具到合适开度，小车、大车运行到板卷中心距上方，夹具开始下降到钳脚正对钢卷内径中心孔位置；

⑦辅助运行条件检测；夹钳对中限位检测无遮挡，碰撞限位检测距离安全，夹钳开始闭合；当夹钳两侧夹紧限位被遮挡后，发上升指令给机上PLC运动控制系统，夹紧限位的检测是路径规划算法安全保护的模块的一部分，安全保护模块还包括机上其他一些减速、停止限位、故障输入信号等；

⑧按学习轨迹运行：如果装卸桥无外部、内部故障，PLC软件程序开始按照步骤②时记忆的轨迹运行，此时由电子防摇摆系统监控并纠正小车的运行加速度和摆角，起升和小车运行到学习“切换点”后，停止自动运行状态；

⑨遥控运行：此时钢卷到达船舱底部位置，由人工遥控操作装卸桥，将板卷放到船舱内具体位置，打开夹具，起升机构上升到自学习“切换点”高度后由PLC程序控制，自动转入半自动状态；

⑩坐标修正：装卸桥退回到海侧槛梁位置的“过槛梁”点后，由于下一个板卷位置偏差和卷径不同，地面控制服务器软件根据激光雷达视觉识别装置扫描数据和物流信息系统内钢卷数据，立即修正起升、大车的位置和夹具开度，PLC运动控制系统的寄存器内坐标被更新，使得装卸桥退回时，夹具能刚好下降到钳脚正对第二个板卷内径中心孔位置；

装卸桥自动回位：作业计划结束后或者操过半小时无后续计划，装卸桥PLC运动控制系统驱动小车自动回到“登机位”，起升上升到上停止限位。

每台平板车重复步骤⑥-⑩，下一台平板车重复步骤⑤-⑩，同一泊位的不同船舶或更换隔舱时重复步骤④-⑩，更换不同泊位的船只重复步骤①-⑩。

上述步骤中所述坐标，X轴为码头泊位沿长江方向，Y轴位小车前进方向，Z轴为起升上升方向。X轴零点是长方形泊位的顶点，Y轴零点是小车停在登机口时的位置，Z轴的零点是起升钩头刚好碰到地面时位置。

所述坐标的测量，X轴坐标通过无线超宽带定位技术获得；Y轴坐标通过两套测量装置获得，其中安装在小车电机轴上的绝对编码器用于主测量，激光雷达用于纠正小车轮打滑引起的误差；Z轴坐标通过安装在起升电机上的绝对编码器获得。

所述坐标指令的下达，初始指令由司机手机APP下达装船指令，启动激光雷达视觉识别车辆的长度、高度、位置，识别钢卷个数、宽度，将数据发送到地面服务器，服务器在结合物流信息计算每个板卷的坐标发送给装卸桥PLC运动控制软件，控制软件驱动装卸桥完成作业任务。

运行轨迹自学习方法：物流运输信息系统通过地面控制服务器4，将装卸桥大车位置停泊初始位置发送给无线定位装置1，机上PLC运动控制系统将大车运行到指定位置，然后司机按下遥控器装置2“自学习”按钮，先手动同时运行小车和起升，将电动夹钳5从登机位置开到“夹取点”位置，参考图2。再手动同时运行小车和起升到“切换点”位置(即船舱内合适放钢卷9的位置)，此时停止操作，并按下“数据确认”按钮。参考图2，自学习的轨迹从“登机点”开始下降到“夹取点”，再上升到“槛梁点”，最后运行到“切换点”。

自动夹钢卷：平板车8到达装卸桥下方后，司机通过手机客户端APP发送卸船请求指令后，物流运输信息系统发指令给地面服务器4，然后岸上激光雷达视觉识别装置3开始扫描平板车长、宽、高，钢卷宽度、板卷间距、数量等参数，扫描的结果返回到地面服务器4数据库内的数据做运算，运算得到的每个钢卷在坐标系内的X、Y、Z值，发送给机上PLC运动控制系统，驱动装卸桥运行。此时电子防摇装置10实时检测并控制起升、小车的速度、加速度、制动距离等参数，装卸桥按照图2的自学习轨迹吊装第一个钢卷9，运行到“切换点”后，自动运行模式推出，此时人工遥控器操纵装卸桥释放钢卷，然后再遥控起升运行到“切换点”后，半自动模式又被激活。小车回退到过槛梁位置时，大车自动平移下一个钢卷的Y坐标，起升自动计算下一个夹取点Z轴坐标。需要说明的是，第二个钢卷的运行轨迹不从“登机点”开始，而且从“夹取点”开始，直到作业下一辆平板车时，装卸桥运行轨迹重复上一辆车时的步骤。

首次装卸钢卷时，由遥控器操作运行装卸桥起升、大车机构、小车机构，并通过遥控器上的按钮确定“夹取点”、“槛梁点”、“切换点”的坐标，并发送给机上PLC运动控制系统，整个控制过程如下：

a、登机点：小车停止在驾驶室登机平台位置和起升上升到停止位置为图2曲线的初始位置

b、过槛梁点：小车在前大梁位置正上方，起升带卷时，最大钢卷离大梁1.5米的高度坐标。

c、夹取点：夹取钢卷时，小车在钢卷正上方和夹具钳脚离最大钢卷0.6米的高度。

d、切换点：钢卷被吊到船舱底部上方位置时，由人工确定的由自动模式转为遥控模式的点

e、轨迹：装卸钢卷时，通过人工遥控操作并定义以上“点”后形成的运行曲线。

f、地面服务器：服务器上安装了装卸桥自动运行的前端控制软件、数据库软件，通信软件，装船的板卷数据和平板车数据存储在服务器数据里，前端运行控制软件计算每个板卷X、Y、Z传输给PLC运动控制系统。

g、激光雷达视觉识别装置：平板车司机发出卸船指令给地面服务器后，激光雷达开始扫描平板车及钢卷数据，完成后发送给服务器做计算。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (4)

1.一种具有路径规划算法的半自动装卸桥，其特征在于，所述装卸桥包括支撑架、遥控器装置、岸上激光雷达视觉识别装置、电子防摇装置、大车无线定位装置、地面控制服务器以及机上PLC运动控制系统，所述大车无线定位装置和电子防摇装置设置在支撑架上，所述岸上激光雷达视觉识别装置设置在支撑架的下方，所述装卸桥还包括电动夹钳、小车位置编码器以及起升高度编码器，所述电动夹钳设置在平衡梁吊钩的下方，所述小车位置编码器以及起升高度编码器设置在支撑架的上方；

所述遥控器装置的发射机供船舱内的操作司机使用，用于遥控操作装卸桥完成轨迹自学习和船舱内放卷；它的接受主机安装在电气控制柜内，接受发射机给装卸桥起升、小车、大车机构动作指令，并将指令输入到机上PLC运动控制系统；激光雷达视觉识别系统安装在装卸桥大梁底部正对平板车装卸位置，通过点云数据处理模型识别平板车和钢卷，包括平板车的长度、宽度、高度、钢卷的数量、间距、高度参数，识别系统本身需设置激光扫描参数，包括精度、幅度、方向、相对坐标参数，点云数据处理的结果通过无线网络发送给地面控制服务器；

所述大车无线定位装置采用脉冲无线电，利用脉冲到达时差进行定位，它的主机安装在码头泊位平台上，接受装置安装装卸桥大梁尾部，在用于检测和设定大车位置，测量的位置值输入到算法程序，再由算法程序输出给定值，使装卸桥和船舶位置对应，也用于修正大车运行轨迹；电子防摇装置基于精确的单摆振荡模型来计算和校正，用于监控起升钢丝绳摇摆的角度，防摇装置测量的数据，发送到机上PLC运动控制系统，经过软件计算后再由PLC运动控发出驱动指令给装卸桥，从而修正大车和小车运行的速度、加速度、制动距离，使钢丝绳的摆动的角度控制在10°范围内；

所述地面控制服务器是整个半自动装卸桥算法控制中心，它包括通信软件模块、运行控制软件模块以及数据库软件模块，通信软件模块用于局域网内设备通信、物流信息系统通信；运行控制软件模块用于管理控制作业流程的执行；数据库模块用于存储各种作业车辆数据、船舶数据、钢卷数据、坐标系数据、作业计划数据，它从公司的物流信息系统接收钢卷的参数信息和作业计划，并按需要将钢卷参数发送装卸桥机上的PLC运动控制系统，它主要功能有：a接受大车无线定位装置的数据、物流船舶位置数据，发送大车坐标给装卸桥，b接受激光雷达视觉识别系统扫描的钢卷和平板车数据，通过两者数据的做算术运算，从而确定每个平板车上每个钢卷在整个坐标系统内的X、Y、Z值，并根据生产作业流程将数据发送给机上PLC运动控制系统内的寄存器，c返回作业计划状态给物流信息系统，包括每条船的作业量、司机通过手机APP下达的作业指令完成情况、每次班次的完成情况数据。

2.根据权利要求1所述的具有路径规划算法的半自动装卸桥，其特征在于，所述机上PLC运动控制系统是整个算法输出参数的执行者，它的功能有：a接受电子防摇装置计算的速度、加速度；b接受遥控器装置学习的路径上点的坐标，并存储；C接受地面控制服务器发送来的每个钢卷的X、Y、Z坐标，d驱动装卸桥各机构运行到指定位置。

3.一种具有路径规划算法的半自动装卸桥控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

①路径规划曲线“登机点”设置，A、大车初始位置设定：生产操作人员根据船舶停靠的位置，在运输信息系统中将由无线定位装置测量的坐标发送地面控制服务器，再由地面控制服务器发送给机上PLC运动控制系统，驱动大车到指定位置，B、小车初始位置设定：以驾驶室停靠在登机平台位置，在该位置有停止限位和小车位置编码器检测，C、起升初始位置设定：起升机构在上停止限位处，该位置同时有起升位置编码器检测，装卸桥各个机构处于以上三个位置时的点，称为“登机点”，测量的数据需输入到路径规划算法曲线中，软件程序设计装卸桥没有作业计划时，自动停泊在“登机点”；

②路径规划曲线“夹取点”设置，当第一辆平板车到达时，将遥控器打到”手动模式“，操作装卸桥运行，使夹具刚好处于夹取第一个钢卷的位置；然后按下遥控器上的“数据记忆”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“夹取点”；

③路径规划曲线“槛梁点”设置，在夹取钢卷从岸上到船舱的过程中，小车和起升必须不能碰撞到装卸桥的大车大梁，钢卷在大梁两侧必须设置一个安全隔离带，钢卷离大梁上方必须设置一个安全高度，安全隔离带以距大梁两侧各一米为准，安全高度以钢卷底部距离大梁面上1.5米为准，程序规定小车位置在安全隔离带内，夹具吊钢卷不允许下降到低于1.5米，防止事故发生；

④路径规划曲线“切换点”设置，由遥控器手动模式操作装卸桥小车和起升动作，运行到船舱上方某高度，此高度由人工根据船型和配载图首次确认，学习完成后按下遥控器上“数据确认”按钮，此时大车、小车、起升所处的位置读数被存储到机上PLC运动控制器的软件数组中，此时的位置称为“切换点”；

以上路径规划算法学习的三个点和一个隔离带，所形成的曲线数据全部存储在一个三维数组中，机上PLC运动控制程序和地面控制服务器程序都可以访问；

⑤钢卷装船指令的生成，该命令是通过手机终端APP发出的，APP发出的指令由物流信息系统转发给地面控制服务器，当车辆到达后，司机在终端APP按下“卸车”指令，地面控制服务器发送指令给安装在半自动装卸桥的激光雷达视觉识别装置，根据作业计划开始扫描车辆及钢卷坐标，车辆的高、长、宽点云参数被匹配，板卷数量、间距被识别；

⑥半自动状态准备，激光雷达视觉识别装置扫描结束后，经地面控制服务器软件根据物流信息系统内钢卷数据，计算每个钢卷实际需要移动的大车位置、小车位置、高度位置，每辆车钢卷X、Y、Z的坐标由地面服务器发送给装卸桥PLC运动控制系统，更新起点、终点、槛梁点坐标寄存器；机上PLC运动控制系统根据接受到的坐标，开始打开夹具到合适开度，小车、大车运行到板卷中心距上方，夹具开始下降到钳脚正对钢卷内径中心孔位置；

⑦辅助运行条件检测；夹钳对中限位检测无遮挡，碰撞限位检测距离安全，夹钳开始闭合；当夹钳两侧夹紧限位被遮挡后，发上升指令给机上PLC运动控制系统，夹紧限位的检测是路径规划算法安全保护的模块的一部分，安全保护模块还包括机上其他一些减速、停止限位、故障输入信号；

⑧按学习轨迹运行：如果装卸桥无外部、内部故障，PLC软件程序开始按照步骤②时记忆的轨迹运行，此时由电子防摇摆系统监控并纠正小车的运行加速度和摆角，起升和小车运行到学习“切换点”后，停止自动运行状态；

⑨遥控运行：此时钢卷到达船舱底部位置，由人工遥控操作装卸桥，将板卷放到船舱内具体位置，打开夹具，起升机构上升到自学习“切换点”高度后由PLC程序控制，自动转入半自动状态；

⑩坐标修正：装卸桥退回到海侧槛梁位置的“过槛梁”点后，由于下一个板卷位置偏差和卷径不同，地面控制服务器软件根据激光扫描数据和物流信息系统内钢卷数据，立即修正起升、大车的位置和夹具开度，PLC运动控制系统的寄存器内坐标被更新，使得装卸桥退回时，夹具能刚好下降到钳脚正对第二个板卷内径中心孔位置；

装卸桥自动回位：作业计划结束后或者操过半小时无后续计划，装卸桥PLC运动控制系统驱动小车自动回到“登机位”，起升上升到上停止限位。

4.根据权利要求3所述的一种具有路径规划算法的半自动装卸桥控制方法，其特征在于，每台平板车重复步骤⑥-⑩，下一台平板车重复步骤⑤-⑩，同一泊位的不同船舶或更换隔舱时重复步骤④-⑩，更换不同泊位的船只重复步骤①-⑩。

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