CN114604359B - 一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用设备领域，公开了一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法；所述基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统由视觉识别系统、挂式防撞支架、传动装置和自动对接卡爪组成；视觉识别系统包括布置于船周的视觉摄像头、船侧的吃水捕捉标识和船尾的加速度传感器；传动装置与自动对接卡爪安装于挂式防撞支架。其中，传动装置可改变自动对接卡爪的位置，自动对接卡爪通过电磁铁及连杆装置实现抓取与分离。本发明通过视觉识别系统计算出船舶坐标位置及所需输出功率以规划船舶行驶路径并控制船舶速度，再配合自动对接装置调整卡爪横向和垂向坐标，令尾部自动对接卡爪精准扣住岸边对接装置，实现船舶自动靠岸与系泊。

Description

一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法

技术领域

本发明涉及船用设备技术领域，具体地说是一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法。

背景技术

目前，小型船舶在泊船时一般是多人手工操作，一人控制船舶,其他人用绳索将船舶固定在岸边,这种方式十分耗时耗力。而中小型游船,则需岸边有固定人员负责。近年来国内外已有相关实现自动泊船的方案,如船舶自动靠离码头的磁力系泊装置,船只靠泊时,船只上的吸盘与码头上面的钢板吸合后,启动卷扬机通过钢缆拉紧磁力吸盘使船舶靠向码头。此种方式虽然解决了专人值守的问题,但磁力对距离要求很高,因此船舶应具有很精确的定位系统,不仅船身需要对准磁力装置,而且对驾驶员的技术要求也十分高,且这种装置消耗能量很大,仅适合在大型船舶上使用。

相关技术中，中国专利申请公布号CN112441188A，一种船舶用的系泊装置，包括固定底座、摆动臂组合、液压缸组合、卡爪盘和对接装置，还包括传感器，固定底座固定于船上或者岸上，摆动臂组合包括第一摆动臂、第二摆动臂和第三摆动臂，第一摆动臂与转动台活动连接，第二摆动臂与第一摆动臂活动连接，第三摆动臂与第二摆动臂活动连接，转动台与伺服电机连接。根据力传感器反馈可以实时调整该装置的位姿，使其能够达到最优受力。通过伸缩装置可以控制船体的运动，使船体可以与岸或其他船体保持安全距离。相关技术的不足在于：多次运用液压传动杆，成本过高；通过电磁铁吸附，消耗能量巨大且可靠性较低；装置灵活性不高，横向位移困难。

因此，有必要提供一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法，通过视觉识别技术控制尾部的对接装置，实现船舶的自动靠岸与系泊。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统。包含布置于船舶四周的视觉识别系统、安装于船舶尾部的挂式防撞支架和自动对接卡爪。所述的挂式防撞支架的防撞装置内侧安装有传动装置，所述的传动装置顶部安装有自动对接卡爪，所述传动装置通过视觉识别系统所反馈的信息自动调整自动对接卡爪的水平及垂向坐标；所述自动对接卡爪安装于传动装置顶部的弹性底座，随着弹性底座的移动而改变坐标位置，利用其内部的电磁活塞实现对岸边对接装置的抓取，最终实现自动化、智能化的船舶自动靠岸与系泊。

本发明提供的一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统包括视觉识别系统、挂式防撞支架、传动装置和自动对接卡爪。

所述的视觉识别系统包括安装于船首的前置摄像头，安装于船舶两侧前方的两个前部摄像头，安装于船舶两侧后方的两个后部摄像头，安装于船尾的后置摄像头，安装于后置摄像头下方的加速度传感器，绘制于船舶两侧的吃水捕捉标识。

所述的挂式防撞支架包括位于两侧的L侧杆、位于L侧杆伸出端的中部的第一撑杆、位于L侧杆中部的第二撑杆、位于L侧杆伸出端另一端的撑腿，所述挂式防撞支架通过转轴安装于第一撑杆与第二撑杆端部的支架固定底座上，还包括安装于撑腿顶端的橡胶垫片，连接两侧L侧杆的工字管架，以及通过固定环固定于L侧杆与工字管架上并位于日字底板两侧的弧形防撞垫片，所述弧形防撞垫片最高点下方设置有缓冲器。

所述的传动装置包括通过T形轨安装于日字底板的横向传动底座，布置于日字底板中部横向传动齿，固定于横向传动底座左端的垂向滑轨，位于垂向滑轨顶部中间位置的垂向传动齿，安装于垂向滑轨的垂向传动底座，垂直固定于垂向传动底座四角内侧的固定插栓；所述的固定插栓上部安装有外侧弹簧，下部的安装有内侧弹簧，固定插栓穿过弹性底座并将弹性底座夹于外侧弹簧与内侧弹簧之间；还包括固定于垂向传动底座下端边缘的电机底座一，安装于电机底座一的电机一，安装于电机一传动轴上的垂向传动齿轮，安装于垂向传动底座且位于垂向传动齿轮外侧的齿轮保护罩一，以及固定于横向传动底座下端边缘的电机底座二，安装于电机底座二的电机二，安装于电机二传动轴上的横向传动齿轮，安装于横向传动底座且位于垂向传动齿轮外侧的齿轮保护罩一。

所述的自动对接卡爪包括安装于弹性底座中央的筒套，所述的筒套中部设置有滑槽，筒套内部设置有电磁活塞，其中活塞弹簧将电磁活塞底部与筒套底部相连接，还包括由节点三、固定杆一、卡爪固定底座、节点五、固定杆二组成的V形支座，由节点一、传动杆一、节点二、传动杆二、节点三、固定杆一、节点四、传动杆三组成的机械爪,以及安装于岸边的岸边对接装置。

所述的前部摄像头视角朝向后侧，后部摄像头视角朝向前侧，所述的吃水捕捉标识位于所述前部摄像头与后部摄像头视线交叉部分内。

所述的吃水捕捉标识位于二者视线交叉部分内，通过船侧前后摄像头对其进行识别，两侧吃水取均值，得出最终的船舶排水量。

所述的挂式防撞支架通过第一撑杆与第二撑杆固定于船舶尾部，通过撑腿为支架提供下方的支持力，形成一个相对稳定的挂式结构。

所述的支架固定底座设置有与所连接撑杆形成铰接的圆形构件，可以调整适应不同船尾的不同坡度。

所述的横向传动底座底部设置有与T形轨相互契合的滑槽，滑槽突出于底座，高度略高于横向传动齿；所述的垂向滑轨截面近似扁方形，两侧顶部略微伸出，整体呈T形，其顶部中央位置为垂向传动齿，底部中央设置有避开垂向传动齿的凹槽。

所述的节点一、节点二、节点四为动点，可沿一定轨迹移动；所述的节点三、节点五为定点，为动杆的旋转中心；所述的节点二可沿滑槽滑动，当节点二位于最右端时，该爪为收缩状态，随着节点二向左滑动，传动杆二以节点三、为圆心顺时针旋转，使得传动杆二与固定杆一的夹角减小，进一步带动传动杆三以节点五为圆心逆时针旋转，最终实现爪的张开。

所述的电磁活塞不起到对船舶的固定作用，在对接时开启电磁，通过底部滑槽的节点带动连杆，实现机械爪的闭合，其底部安装的活塞弹簧在磁力消失后，将电磁活塞拉回并带动机械连杆，实现卡爪的张开。

所述的岸边对接装置底部为用于固定在岸边的底座，底座中央为一段伸出的连接杆件，杆件顶部为一个圆柱状的抓取铁块；所述的抓取铁块与圆柱形杆件连接部分呈向内凹陷的圆锥状，以便于机械爪抓取，其另一侧中央设有用于后置摄像头捕捉的颜色鲜艳的捕捉印记。

所述的基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统实现船舶自动靠岸及系泊包括以下步骤：

步骤a，通过视觉识别摄像头对标志物体进行捕捉并获取到每个标志物在该方向上的像素坐标，通过像素坐标与标志物之间的实际尺寸关系，利用图像的透视变换可以将该图像中需要的部分投影到最终的全景俯视图上的相应位置，进而进行路径规划并计算出船体与岸边对接装置的横向及纵向距离。

步骤b，利用前部摄像头与后部摄像头对吃水捕捉标识进行捕捉，得出船舶的排水量∆并根据船舶吃水调整传动装置的纵向位置。通过加速度传感器获取船舶的加速度ɑ，根据船舶的排水量∆计算出船舶的质量M并结合加速度ɑ计算出船舶惯性力。计算船舶发动机使船体倒着驶向岸边的输出功率W的大小，以及在船体即将接触岸边的对接装置时，控制船舶发动机反转制动过程中的输出功率W，结合船舶惯性力最终达到控制船舶速度V的目的。

步骤c，当船舶靠近岸边，通过弧形防撞垫片抵消大部分撞击力，自动对接卡爪的筒套顶部与岸边的岸边对接装置对接，通过弹性底座抵消剩余撞击力。此时，电磁活塞吸住岸边对接装置并带动连杆实现抓取，最终实现船舶自动靠岸及系泊。

所述步骤a进一步的包括，以如下方式进行路径规划并计算船体与岸边对接装置的横向及纵向距离；当船舶行驶至与岸边平行的位置时，以O₁为圆心、R_min为半径倒入泊位，直至船舶与岸边垂直再径直驶入。起点、停车位的坐标及L_z长度的描述如下:

其中，x_s为停车位S点横坐标，y_s为停车位S点纵坐标,

为起点E的横坐标，起点E 的纵坐标，

为停车位的宽度，

为停车位的长度，

为挂式支架的纵向长度，

为泊位 停船的直接距离，

为圆心O1到B点的距离。

所述步骤b进一步的包括，以如下方式控制船舶发动机的输出功率P而控制船舶速度V；考虑到船舶发动机功率的损耗及船舶在水中受到的阻力（其中忽略空气阻力），船舶的速度与功率的关系式如下：

其中，V为船舶速度，V₀为船舶的初始速度，K为发动机功率损耗系数，P为发动机输 出功率，

为船舶的排水量，

为船舶的加速度，

为船舶受到的阻力，C为阻力系数，

为 水密度，S为船舶与水接触的面积。

与相关技术相比，本发明有益效果如下：

（1）所述的视觉识别系统通过视觉识别所合成的全景俯视图进行路径规划，增加了船舶自动靠岸的可靠性和合理性，降低了对驾驶员驾驶经验的要求。

（2）通过对吃水捕捉标识的识别，可精确得出由于船身的重量的不同而造成的不同的吃水深度，有效解决了船身上的对接装置与港口码头的对接装置存在不同落差的问题。

（3）传动装置可灵活改变自动对接卡爪的位置，通过后置摄像头对岸边对接装置位置的识别，即可实现精准的自动对接，极大程度上减少了对接的误差性。

（4）挂式防撞支架设置的弧形防撞装置减少了船舶的大部分撞击力，配合弹性底座，可极大程度上降低自动对接装置对接时所受到的冲击力。

（5）由于船舶的载货量、载人量不同，产生的质量惯性不同，在控制船舶停靠时需要不同的推进力。本发明通过加速度传感器捕捉船舶的加速度，根据不同的船体重量来控制船用发动机反转时的反向推进力的大小，可有效控制船舶的靠岸速度，降低对对接装置的撞击力及不稳定因素，实现了可控的船舶自动对接。

一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统及停靠方法的出现，丰富了现有船舶自动靠岸停靠系统的类型，提出了基于视觉识别的船舶自动靠岸新方法。具体优点包括：通过视觉识别技术控制尾部的对接装置，实现船舶的自动靠岸与系泊。

附图说明

图1为本发明的三维示意图；

图2为本发明局部三维示意图；

图3为图2中A部分的放大示意图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的侧视图；

图6为本发明的主视图；

图7为本发明挂式防撞支架的三维示意图；

图8为本发明自动对接卡爪的三维示意图；

图9为本发明的运行轨迹图；

图中标记如下：

100-视觉识别系统，101-前置摄像头，102-前部摄像头，103-后部摄像头，104-后置摄像头，105-加速度传感器，106-吃水捕捉标识；

200-挂式防撞支架，201-支架固定底座，202-转轴，203-第一撑杆，204-L侧杆，205-第二撑杆，206-固定环，207-撑腿，208-橡胶垫片，209-工字管架，210-日字底板，211-弧形防撞垫片，212-缓冲器；

300-传动装置，301-T形轨，302-横向传动齿，303-横向传动底座，304-垂向滑轨，305-垂向传动齿，306-垂向传动底座，307-弹性底座，308-外侧弹簧，309-固定插栓，310-内侧弹簧，311-电机底座一，312-电机一，313-垂向传动齿轮，314-齿轮保护罩一，315-电机二，316-电机底座二，317-横向传动齿轮；

400-自动对接卡爪，401-筒套，402-滑槽，403-节点一，404-传动杆一，405-节点二，406-传动杆二，407-节点三，408-固定杆一，409-节点四，410-卡爪固定底座，411-节点五，412-固定杆二，413-传动杆三，414-电磁活塞，415-活塞弹簧，416-岸边对接装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-6所示，本发明提供的一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统包含布置于船舶四周的视觉识别系统100，所述视觉识别系统100分别布置于船舶正前方、侧前方、侧后方及船舶正后方；还包含安装于船舶尾部的挂式防撞支架200，所述的挂式防撞支架200的防撞装置内侧安装有传动装置300，所述的传动装置300顶部安装有自动对接卡爪400，所述传动装置300通过视觉识别系统100所反馈的信息自动调整自动对接卡爪400的水平及垂向坐标；所述的传动装置300通过T形轨301与挂式防撞支架200连接，通过横向传动齿302、电机二315与横向传动齿轮317实现横向位移，通过垂向传动齿305、电机一312与垂向传动齿轮313实现垂向位移；所述自动对接卡爪400安装于传动装置300顶部的弹性底座307，随着弹性底座307的移动而改变坐标位置。

如图1所示，前置摄像头101安装于船首，前部摄像头102安装于船舶两侧前方，后部摄像头103安装于船舶两侧后方，后置摄像头104安装于船尾，加速度传感器105安装于后置摄像头104下方，吃水捕捉标识106绘制于船舶两侧；所述的前部摄像头102视角朝向后侧，后部摄像头103视角朝向前侧，二者视线相互补充，最终通过视觉合成形成较为完整的船侧视觉图像；所述的吃水捕捉标识106位于二者视线交叉部分内，通过船侧前后摄像头对其进行识别，两侧吃水取均值，得出最终的船舶排水量。六个摄像头极大程度上覆盖了船舶周围的环境，可有效捕捉特征物体、识别障碍物，通过其合成的俯视平面图高精度地还原了船舶的真实坐标位置。

如图2、3所示，T形轨301固定于日字底板210上下两侧，横向传动齿302固定于日字底板210中部，横向传动底座303安装于T形轨301，垂向滑轨304固定于横向传动底座303左端，垂向传动齿305位于垂向滑轨304顶部中间位置，垂向传动底座306安装于垂向滑轨304，固定插栓309垂直固定于垂向传动底座306四角内侧，外侧弹簧308安装于固定插栓309上部，内侧弹簧310安装于固定插栓309下部，弹性底座307夹于外侧弹簧308与内侧弹簧310之间，电机底座一311固定于垂向传动底座306下端边缘，电机一312安装于电机底座一311，垂向传动齿轮313安装于电机一312传动轴上，齿轮保护罩一314安装于垂向传动底座306且位于垂向传动齿轮313的外侧，电机底座二316固定于横向传动底座303下端边缘，电机二315安装于电机底座二316，横向传动齿轮317安装于电机二315的传动轴齿，轮保护罩一314安装于横向传动底座303且位于垂向传动齿轮313外侧；所述的横向传动底座303底部设置有与T形轨301相互契合的滑槽，滑槽突出于底座，高度略高于横向传动齿313；所述的垂向滑轨304截面近似扁方形，两侧顶部略微伸出，整体呈T形，其顶部中央位置为垂向传动齿305，底部中央设置有避开垂向传动齿313的凹槽。该传动装置通过横向与垂向移动的组合，可灵活改变自动对接卡爪的位置，结构简单便捷，成本较低。

如图2、7所示，L侧杆204位于挂式防撞支架200两侧、第一撑杆203位于L侧杆204伸出端的中部，第二撑杆205位于L侧杆204中部，撑腿207位于L侧杆204伸出端另一端，支架固定底座201通过转轴202安装于第一撑杆203与第二撑杆205顶端，橡胶垫片208安装于撑腿207顶端，工字管架209连接两侧L侧杆204，日字底板210通过固定环206固定于L侧杆204与工字管架209，弧形防撞垫片211位于日字底板210两侧，缓冲器212位于弧形防撞垫片211最高点下方；所述的挂式防撞支架200通过第一撑杆203与第二撑杆205固定于船舶尾部，通过撑腿207为支架提供下方的支持力，形成一个相对稳定的挂式结构；所述的支架固定底座201设置有与所连接第一撑杆203、第二撑杆205形成铰接的圆形构件，可以调整适应不同船尾的不同坡度；工字管架209和日字底板210相结合的结构形式，在保证结构强度的前提下，极大程度上降低了结构的重量。

如图8所示，筒套401安装于弹性底座307中央，滑槽402布置于筒套401中部，电磁活塞414安装于筒套内部，活塞弹簧415将电磁活塞414底部与筒套401底部连接，V形支座由节点三407、固定杆一408、卡爪固定底座410、节点五411、固定杆二412组成，机械爪由节点一403、传动杆一404、节点二405、传动杆二406、节点三407、固定杆一408、节点四409、传动杆三413组成,岸边对接装置416安装于岸边；所述的节点一403、节点二405、节点四409为动点，可沿一定轨迹移动；所述的节点三407、节点五411为定点，为动杆的旋转中心；所述的节点二405可沿滑槽402滑动，当节点二405位于最右端时，该爪为收缩状态，随着节点二405向左滑动，传动杆二406以节点三407、为圆心顺时针旋转，使得传动杆二406与固定杆一408的夹角减小，进一步带动传动杆三413以节点五411为圆心逆时针旋转，最终实现爪的张开；所述的电磁活塞414不起到对船舶的固定作用，通过该活塞控制卡爪的张开与闭合，其底部安装的活塞弹簧415在磁力消失后，将电磁活塞414拉回并带动机械连杆，实现卡爪的张开，增加了装置的自动化程度及灵活性。

在本实施方案中，视觉识别系统布置于船舶的四周，通过视觉识别所合成的全景俯视图及相关坐标信息进行路径规划，可增加船尾对接装置与船舶自动靠岸的可靠性和合理性；挂式防撞支架拥有六条支腿加之所安装的弧形防撞装置，减少了船舶的大部分撞击力，配合弹性底座，可极大程度上降低自动对接装置对接时所受到的冲击力；通过视觉识别系统所得到的船舶位置及吃水数据，传动装置可灵活改变自动对接卡爪的横向及垂向位置，加之后置摄像头对岸边对接装置位置的识别，即可实现精准的自动对接，极大程度上减少了对接的误差性。

所述的基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统实现船舶自动靠岸及系泊包括以下步骤：

步骤a，通过视觉识别摄像头（101-104）对标志物体进行捕捉并获取到每个标志物在该方向上的像素坐标，通过像素坐标与标志物之间的实际尺寸关系，利用图像的透视变换可以将该图像中需要的部分投影到最终的全景俯视图上的相应位置，进而进行路径规划并计算出船体与岸边对接装置（416）的横向及纵向距离。

步骤b，利用前部摄像头（102）与后部摄像头（103）对吃水捕捉标识（106）进行捕捉，得出船舶的排水量∆并根据船舶吃水调整传动装置（300）的纵向位置。通过加速度传感器（105）获取船舶的加速度ɑ，根据船舶的排水量∆计算出船舶的质量M并结合加速度ɑ计算出船舶惯性力。计算船舶发动机使船体倒着驶向岸边的输出功率W的大小，以及在船体即将接触岸边的对接装置时，控制船舶发动机反转制动过程中的输出功率W，结合船舶惯性力最终达到控制船舶速度V的目的。

步骤c，当船舶靠近岸边，通过弧形防撞垫片（211）抵消大部分撞击力，自动对接卡爪（400）的筒套（401）顶部与岸边的岸边对接装置（416）对接，通过弹性底座（307）抵消剩余撞击力。此时，电磁活塞（414）吸住岸边对接装置（416）并带动连杆实现抓取，最终实现船舶自动靠岸及系泊。

所述步骤a进一步的包括，以如下方式进行路径规划并计算船体与岸边对接装置（416）的横向及纵向距离；当船舶行驶至与岸边平行的位置时，以O₁为圆心、R_min为半径倒入泊位，直至船舶与岸边垂直再径直驶入。起点、停车位的坐标及L_z长度的描述如下:

其中，x_s为停车位S点横坐标，y_s为停车位S点纵坐标,

为起点E的横坐标，起点E 的纵坐标，

为停车位的宽度，

为停车位的长度，

为挂式支架的纵向长度，

为泊位 停船的直接距离，

为圆心O1到B点的距离。

所述步骤b进一步的包括，以如下方式控制船舶发动机的输出功率P而控制船舶速度V；考虑到船舶发动机功率的损耗及船舶在水中受到的阻力（其中忽略空气阻力），船舶的速度与功率的关系式如下：

其中，V为船舶速度，V₀为船舶的初始速度，K为发动机功率损耗系数，P为发动机输 出功率，

为船舶的排水量，

为船舶的加速度，

为船舶受到的阻力，C为阻力系数，

为 水密度，S为船舶与水接触的面积。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统，其特征在于：

包含布置于船舶四周的视觉识别系统（100），所述视觉识别系统（100）分别布置于船舶正前方、侧前方、侧后方及船舶正后方；

还包含安装于船舶尾部的挂式防撞支架（200），所述的挂式防撞支架（200）的防撞装置内侧安装有传动装置（300），所述的传动装置（300）顶部安装有自动对接卡爪（400），所述传动装置（300）通过视觉识别系统（100）所反馈的信息自动调整自动对接卡爪（400）的水平及垂向坐标位置；

所述的传动装置（300）通过T形轨（301）与挂式防撞支架（200）连接，通过横向传动齿（302）、电机二（315）与横向传动齿轮（317）实现横向位移，通过垂向传动齿（305）、电机一（312）与垂向传动齿轮（313）实现垂向位移；

所述自动对接卡爪（400）设置于传动装置（300）顶部的弹性底座（307），随着弹性底座（307）的移动而改变坐标位置；

所述的视觉识别系统(100)包括安装于船首的前置摄像头（101），安装于船舶两侧前方的两个前部摄像头（102），安装于船舶两侧后方的两个后部摄像头（103），安装于船尾的后置摄像头（104），安装于后置摄像头（104）下方的加速度传感器（105），绘制于船舶两侧的吃水捕捉标识（106）；

所述的前部摄像头（102）视角朝向后侧，后部摄像头（103）视角朝向前侧，所述的吃水捕捉标识（106）位于所述前部摄像头（102）与后部摄像头（103）视线交叉部分内；

所述的挂式防撞支架（200）包括位于两侧的L侧杆（204）、位于L侧杆（204）伸出端的中部的第一撑杆（203）、位于L侧杆（204）中部的第二撑杆（205）、位于L侧杆（204）伸出端另一端的撑腿（207），所述挂式防撞支架（200）通过转轴（202）安装于第一撑杆（203）与第二撑杆（205）端部的支架固定底座（201）上，还包括安装于撑腿（207）顶端的橡胶垫片（208），连接两侧L侧杆（204）的工字管架（209），以及通过固定环（206）固定于L侧杆（204）与工字管架（209）上并位于日字底板（210）两侧的弧形防撞垫片（211），所述弧形防撞垫片（211）最高点下方设置有缓冲器（212）；

所述的传动装置（300）包括通过T形轨（301）安装于日字底板（210）的横向传动底座（303），布置于日字底板（210）中部横向传动齿（302），固定于横向传动底座（303）左端的垂向滑轨（304），位于垂向滑轨（304）顶部中间位置的垂向传动齿（305），安装于垂向滑轨（304）的垂向传动底座（306），垂直固定于垂向传动底座（306）四角内侧的固定插栓（309）；

所述的固定插栓（309）上部安装有外侧弹簧（308），下部安装有内侧弹簧（310），固定插栓（309）穿过弹性底座（307）并将弹性底座（307）夹于外侧弹簧（308）与内侧弹簧（310）之间；

还包括固定于垂向传动底座（306）下端边缘的电机底座一（311），安装于电机底座一（311）的电机一（312），安装于电机一（312）传动轴上的垂向传动齿轮（313），安装于垂向传动底座（306）且位于垂向传动齿轮（313）外侧的齿轮保护罩一（314），以及固定于横向传动底座（303）下端边缘的电机底座二（316），安装于电机底座二（316）的电机二（315），安装于电机二（315）传动轴上的横向传动齿轮（317）；

所述的自动对接卡爪（400）包括安装于弹性底座（307）中央的筒套（401），所述的筒套（401）中部设置有滑槽（402），筒套（401）内部设置有电磁活塞（414），其中活塞弹簧（415）将电磁活塞（414）底部与筒套（401）底部相连接，还包括由节点三（407）、固定杆一（408）、卡爪固定底座（410）、节点五（411）、固定杆二（412）组成的V形支座，由节点一（403）、传动杆一（404）、节点二（405）、传动杆二（406）、节点三（407）、固定杆一（408）、节点四（409）、传动杆三（413）组成的机械爪,以及安装于岸边的岸边对接装置（416）；

所述的节点一（403）、节点二（405）、节点四（409）为动点，可沿一定轨迹移动；所述的节点三（407）、节点五（411）为定点，为动杆的旋转中心；所述的节点二（405）可沿滑槽（402）滑动，当节点二（405）位于最右端时，该爪为收缩状态，随着节点二（405）向左滑动，传动杆二（406）以节点三（407）、为圆心顺时针旋转，使得传动杆二（406）与固定杆一（408）的夹角减小，进一步带动传动杆三（413）以节点五（411）为圆心逆时针旋转，最终实现爪的张开。

2.一种基于视觉识别自动靠岸停靠方法，控制权利要求1所述的基于视觉识别的船舶自动靠岸停靠系统实现船舶自动靠岸及系泊，其特征在于：包括以下步骤，

步骤a，通过视觉识别摄像头（101-104）对标志物体进行捕捉并获取到每个标志物在该方向上的像素坐标，通过像素坐标与标志物之间的实际尺寸关系，利用图像的透视变换可以将该图像中需要的部分投影到最终的全景俯视图上的相应位置，进而进行路径规划并计算出船体与岸边对接装置（416）的横向及纵向距离；

步骤b，利用前部摄像头（102）与后部摄像头（103）对吃水捕捉标识（106）进行捕捉，得出船舶的排水量∆并根据船舶吃水调整传动装置（300）的纵向位置，通过加速度传感器（105）获取船舶的加速度ɑ，根据船舶的排水量∆计算出船舶的质量M并结合加速度ɑ计算出船舶惯性力，计算船舶发动机的输出功率，所述输出功率包括使船体倒着驶向岸边的输出功率W的大小，以及在船体即将接触岸边的对接装置时，控制船舶发动机反转制动过程中的输出功率W；结合船舶惯性力最终达到控制船舶速度V的目的；

步骤c，当船舶靠近岸边，通过弧形防撞垫片（211）抵消大部分撞击力，自动对接卡爪（400）的筒套（401）顶部与岸边的岸边对接装置（416）对接，通过弹性底座（307）抵消剩余撞击力；此时，电磁活塞（414）吸住岸边对接装置（416）并带动连杆实现抓取，最终实现船舶自动靠岸及系泊。

3.如权利要求2所述的基于视觉识别自动靠岸停靠方法，其特征在于：

所述步骤a进一步的包括，以如下方式进行路径规划并计算船体与岸边对接装置（416）的横向及纵向距离；当船舶行驶至与岸边平行的位置时，以O₁为圆心、R_min为半径倒入泊位，直至船舶与岸边垂直再径直驶入；起点、停车位的坐标及L_z长度的描述如下:

其中，

为停车位S点横坐标，

为停车位S点纵坐标，

为起点E的横坐标，

起点E的纵坐标，

为停车位的宽度，

为停车位的长度，

为挂式支架距离X轴的距离，

为挂式支架的纵向长度，

为泊位停船的直接距离，

为圆心O1到B点的距离。

4.如权利要求3所述的自动靠岸停靠方法，其特征在于：

所述步骤b进一步的包括，以如下方式控制船舶发动机的输出功率P而控制船舶速度V；考虑到船舶发动机功率的损耗及船舶在水中受到的阻力，忽略空气阻力，船舶的速度与功率的关系式如下：

其中，

为船舶速度，

为船舶的初始速度，K为发动机功率损耗系数，P为发动机输出功率，

为船舶的排水量，

为船舶的加速度，

为船舶受到的阻力，C为阻力系数，

为水密度，S为船舶与水接触的面积。

Images