CN114655739B - 一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法。它解决了现有技术中卸船机抓斗容易与物料舱产生碰撞的问题。它包括S1、对码头坐标进行标记，记录卸船机的作业船舶船型位姿；S2、记录设定时间后的喂料头坐标以及位于舱口位置的喂料头垂直位姿；S3、设置卸船机的作业船舶与码头之间以及喂料头与物料舱之间各个位置之间的安全距离阈值；S4、在卸船机的作业船舶摆动时，喂料头移动的过程中通过预先设置的安全距离阈值进行位置距离检校；S5、当检校的喂料头与物料舱之间距离小于预先设定的安全距离阈值时则发出警报并停止喂料头持续相同的运动动作。本发明的优点在于：避免了卸船机的作业船舶船舶位姿导致喂料头与物料舱产生碰撞的情况。

Description

一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法

技术领域

本发明涉及卸船机设备技术领域，具体涉及一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法。

背景技术

目前，大宗散货的卸船设备主要为卸船机，卸船机通常都设置有取料机构以及与取料机构连接的提升机构，取料机构通常包括吸煤头和设置于吸煤头外周可绕吸煤头转动的若干抓斗，取料机构通过抓斗从船舶中抓取物料，提升机构用于带动抓斗向上运动。目前，抓斗卸船机的防碰撞保护功能基本是基于限位开关、激光测距、毫米波雷达等常规检测手段来实现，不可避免的存在一些检测盲点，从而导致抓斗卸船机碰撞事故的发生，给散料码头的日常使用和维护管理造成了极大地安全隐患；除此之外，现有的卸船机在水面作业时，由于风浪原因难免存在起伏波动的情况，导致抓斗动作时容易与物料舱产生碰撞，影响使用效果。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种基于空间定位的抓斗卸船机防撞系统及方法[CN202111416042.X]，它包括空间定位单元、机构定位单元以及控制单元。空间定位单元包括设置于抓斗卸船机塔头区域的天线和数据接收机；机构定位单元包括设置于臂架绞点的臂架俯仰角度定位装置、设置于司机室顶部的司机室位移定位装置以及设置于机房的抓斗位置定位装置；控制单元包括PLC控制器、以太网通讯模块以及DP通讯模块；所述PLC控制器根据抓斗卸船机整机定位信息建立空间三维坐标系，同时将抓斗卸船机关注机构定位信息加入所述空间三维坐标系中从而进行碰撞预警。

上述方案在一定程度上解决了现有技术中抓斗卸船机的防碰撞保护功能存在视觉盲区，容易导致碰撞，安全性不佳问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如：现有的卸船机在水面作业时，由于风浪原因难免存在起伏波动的情况，导致抓斗动作时容易与物料舱产生碰撞，影响使用效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理、使用效果好的无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，本方法包括以下步骤：

S1、对码头坐标进行标记，记录卸船机的作业船舶船型位姿；

S2、根据喂料头当前运动轨迹，记录设定时间后的喂料头坐标以及位于舱口位置的喂料头垂直位姿；

S3、设置卸船机的作业船舶与码头之间以及喂料头与物料舱之间各个位置之间的安全距离阈值；

S4、在卸船机的作业船舶摆动时，喂料头移动的过程中通过预先设置的安全距离阈值进行位置距离检校；

S5、当检校的喂料头与物料舱之间距离小于预先设定的安全距离阈值时则发出警报并停止喂料头持续相同的运动动作。

在步骤S1中，作业船舶船型位姿包括船舱海侧壁、陆侧壁、左侧壁、右侧壁以及舱底灰度图；码头坐标通过定位系统标记，并且作业船舶船型位姿通过安装在船舶上的北斗位姿定位仪进行检测。通过北斗位姿定位仪对船型位姿进行多方位测定，提高数据准确性。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，北斗位姿定位仪对于船型位姿检测的形态包括船舶俯仰、船舶横滚以及船舶上浮。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，在步骤S2中，喂料头运动轨迹包括垂直运动、倾斜运动以及水平转动，且喂料头在不同的设定时间内呈现不同的运动轨迹，喂料头在设定的时间后进行垂直运动时的垂直位姿与物料舱的舱口位置对应。在相同的设定时间内执行相同的运动动作能够确保喂料头每次取料的动作保持一致。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，物料舱的舱口位置周向设有若干定位模块，定位模块的定位点形成位于物料舱舱口周向内侧的安全区域，且安全区域与物料舱的舱口内壁之间形成危险碰撞间隙，当喂料头垂直位姿与危险碰撞间隙出现交叉时，则小于预先设定的安全距离阈值，则发出警报并通过控制模块停止喂料头的动作。这样设置可以防止喂料头朝向物料舱内移动时与物料舱口产生碰撞，且提供了提前预警判断的功能，便于进行提前提醒。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，在步骤S3中，安全距离阈值通过若干设置于喂料头以及卸船机的作业船舶外壁的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达监测距离形成，且安全距离阈值具体分为D1、D2、D3,其中，

D1表示码头坐标与卸船机的作业船舶之间的最小安全距离；

D2表示喂料头与物料舱外壁之间的最小安全距离；

D3表示喂料头与物料舱内壁之间的最小安全距离。当喂料头进入最小安全距离时立即做出提前预警反应，便于进行提前预判和动作，有效防止碰撞。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，在步骤S3中，安全距离阈值的设置通过上述的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达进行多次检测后取最小的安全距离值和平均安全距离值形成。通过多种距离传感装置进行距离检测，适用于多种应用场景，可以根据实际需求进行选择性装配。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，在步骤S4中，喂料头的位置距离检校通过对喂料头位置及位姿进行定位，定位完成后与对应的安全距离阈值进行对比，设定喂料头的位置为P，则当P在设定的时间内脱离D1或D2或D3范围并且朝向物料舱持续不断靠近时，则发出警报。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，在步骤S5中，警报通过喂料头操作室发出，且停止喂料头持续相同的运动动作指喂料头朝向某一方向持续运动时接收到停止指令并执行指令的缓冲动作。

在上述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法中，缓冲动作是指当喂料头接收到停止指令并执行停止指令后朝向反方向进行运动，且反方向运动的距离为预先设定的安全短距离。缓冲动作的设置可以使喂料头快速脱离危险碰撞距离。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：设计合理、结构简单，通过对卸船机的作业船舶船型及船姿的判定并且通过对喂料头设定时间，且在设定时间内进行相同的动作，在喂料头进行运动时根据卸船机的作业船舶船型及船姿设定安全距离阈值，当喂料头在设定的时间进行设定动作时，如果脱离动作的安全距离阈值则发出警报，并进行执行停止指令及缓冲动作，实现了对喂料斗即将进行碰撞的准确预判，有效防止了碰撞动作的产生，使用效果好。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明中的喂料头、物料舱及卸船机的位置图；

图3是本发明中的安全区域位置示意图；

图4是本发明中的D1及D3位置示意简图；

图5是本发明中的D2位置示意简图。

图中，码头1、卸船机2、喂料头3、物料舱4、定位模块41、安全区域42、危险碰撞间隙43、定位系统5、北斗位姿定位仪6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-5所示，一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，本方法包括以下步骤：

S1、对码头1坐标进行标记，记录卸船机2的作业船舶船型位姿；

S2、根据喂料头3当前运动轨迹，记录设定时间后的喂料头3坐标以及位于舱口位置的喂料头3垂直位姿；

S3、设置卸船机2的作业船舶与码头1之间以及喂料头3与物料舱4之间各个位置之间的安全距离阈值；

S4、在卸船机2的作业船舶摆动时，喂料头3移动的过程中通过预先设置的安全距离阈值进行位置距离检校；

S5、当检校的喂料头3与物料舱4之间距离小于预先设定的安全距离阈值时则发出警报并停止喂料头3持续相同的运动动作。

在步骤S1中，作业船舶船型位姿包括船舱海侧壁、陆侧壁、左侧壁、右侧壁以及舱底灰度图；码头1坐标通过定位系统5标记，并且船型位姿通过安装在船舶上的北斗位姿定位仪6进行检测。

其中，北斗位姿定位仪6对于卸船机2的作业船舶船型位姿检测的形态包括船舶俯仰、船舶横滚以及船舶上浮。船型位姿对安全距离阈值的设置具有重要影响，不同的位姿使喂料头3的易碰撞点位也不相同，因此，利用北斗位姿定位仪6对船型位姿进行检测，在不同的位姿状态下，采用不同的安全距离阈值。

在步骤S2中，喂料头3运动轨迹包括垂直运动、倾斜运动以及水平转动，且喂料头3在不同的设定时间内呈现不同的运动轨迹，喂料头3在设定的时间后进行垂直运动时的垂直位姿与物料舱4的舱口位置对应。喂料头3在预先设定的时间内执行相同的动作，在不同的设定时间启动对应的安全距离阈值进行预判。

详细地，物料舱4的舱口位置周向设有若干定位模块41，定位模块41的定位点形成位于物料舱4舱口周向内侧的安全区域42，且安全区域42与物料舱4的舱口内壁之间形成危险碰撞间隙43，当喂料头3垂直位姿与危险碰撞间隙43出现交叉时，则小于预先设定的安全距离阈值，则发出警报并通过控制模块停止喂料头3的动作。

在步骤S3中，安全距离阈值通过若干设置位于喂料头3以及卸船机2的作业船舶外壁的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达监测距离形成，且安全距离阈值具体分为D1、D2、D3,其中：

D1表示码头1坐标与卸船机2的作业船舶之间的最小安全距离；

D2表示喂料头3与物料舱4外壁之间的最小安全距离；

D3表示喂料头3与物料舱4内壁之间的最小安全距离。这里的D1、D2、D3均分为三个等级，详细为D11、D12、D13、D21、D22、D23、D31、D32、D33，其数值越小则表示距离碰撞的距离越近，脱离安全距离的范围越远。

优选地，在步骤S3中，安全距离阈值的设置通过上述的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达进行多次检测后取最小的安全距离值和平均安全距离值形成。在不同的船型位姿状态下采用不同的安全距离阈值，且这里可以采用红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达其中的一种或者多种组合，以便适用不同的检测环境。

在步骤S4中，喂料头3的位置距离检校通过对喂料头3位置及位姿进行定位，定位完成后与对应的安全距离阈值进行对比，设定喂料头3的位置为P，则当P在设定的时间内脱离D1或D2或D3范围并且朝向物料舱4靠近时，则发出警报。在不同的安全距离等级下，分别发出不同的警报。其警报等级包括L1、L2、L3，分别与安全距离阈值的等级对应。

在步骤S5中，警报通过由喂料头3操作室发出，且当喂料头3操作室受到警报后，向喂料头3发出停止指令，停止喂料头3持续相同的运动动作指喂料头3朝向某一方向持续运动时接收到停止指令并执行指令的缓冲动作。

具体地，缓冲动作是指当喂料头3接收到停止指令并执行停止指令后朝向反方向进行运动，且反方向运动的距离为预先设定的安全短距离。安全短距离为抵消喂料头3停止运动时的惯性作用力所做出的反向运动距离。

综上所述，本实施例的原理在于：通过北斗位姿定位仪6对卸船机2的作业船舶船船型位姿进行检测，在不同船型位姿情况下设置喂料头3与物料舱4的安全距离阈值，当喂料头3进行运动时，记录定喂料头3运动轨迹的变化坐标及位姿，利用卸船机2的作业船舶不同位姿状态下的安全距离阈值与喂料头3的位置进行检校，若喂料头3与物料舱4的距离超出设定的安全距离阈值则提前发出警报，从而实现碰撞的提前预判。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了码头1卸船机2、喂料头3、物料舱4、定位模块41、安全区域42、危险碰撞间隙43、定位系统5、北斗位姿定位仪6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：

S1、对码头（1）坐标进行标记，记录卸船机（2）的作业船舶船型位姿；

S2、根据喂料头（3）当前运动轨迹，记录设定时间后的喂料头（3）坐标以及位于物料舱（4）舱口位置的喂料头（3）垂直位姿；

S3、设置卸船机（2）的作业船舶与码头（1）之间以及喂料头（3）与物料舱（4）之间各个位置之间的安全距离阈值；

S4、在卸船机（2）的作业船舶摆动时，喂料头（3）移动的过程中通过预先设置的安全距离阈值进行位置距离检校；

S5、当检校的喂料头（3）与物料舱（4）之间距离小于预先设定的安全距离阈值时则发出警报并停止喂料头（3）持续相同的运动动作；

在步骤S1中，所述的作业船舶船型位姿包括船舱海侧壁、陆侧壁、左侧壁、右侧壁以及舱底灰度图；所述的码头（1）坐标通过定位系统（5）标记，并且船型位姿通过安装在作业船舶上的北斗位姿定位仪（6）进行检测，所述的北斗位姿定位仪（6）对于船舶位姿检测的形态包括船舶俯仰、船舶横滚以及船舶上浮；在步骤S2中，所述的喂料头（3）运动轨迹包括垂直运动、倾斜运动以及水平转动，且喂料头（3）在不同的设定时间内呈现不同的运动轨迹，所述的喂料头（3）在设定的时间后进行垂直运动时的垂直位姿与物料舱（4）的舱口位置对应。

2.根据权利要求1所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，所述的物料舱（4）的舱口位置周向设有若干定位模块（41），所述的定位模块（41）的定位点之间形成位于物料舱（4）舱口周向内侧的安全区域（42），且安全区域（42）与物料舱（4）的舱口内壁之间形成危险碰撞间隙（43），当喂料头（3）垂直位姿与危险碰撞间隙（43）出现交叉时，则小于预先设定的安全距离阈值，则发出警报并通过控制模块停止喂料头（3）的动作。

3.根据权利要求2所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的安全距离阈值通过若干设置于喂料头（3）以及卸船机（2）的作业船舶外壁的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达监测距离形成，且安全距离阈值具体分为D1、D2、D3,其中：

D1表示码头（1）坐标与卸船机（2）的作业船舶之间的最小安全距离；

D2表示喂料头（3）与物料舱（4）外壁之间的最小安全距离；

D3表示喂料头（3）与物料舱（4）内壁之间的最小安全距离。

4.根据权利要求3所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的安全距离阈值的设置通过上述的红外距离传感器或激光雷达或毫米波雷达进行多次检测后取最小的安全距离值和平均安全距离值形成。

5.根据权利要求4所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，在步骤S4中，喂料头（3）的位置距离检校通过对喂料头（3）位置及位姿进行定位，定位完成后与对应的安全距离阈值进行对比，设定喂料头（3）的位置为P，则当P在设定的时间内脱离D1或D2或D3范围并且朝向物料舱（4）靠近时，则发出警报。

6.根据权利要求1所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，在步骤S5中，所述的警报通过由喂料头（3）操作室发出，且当喂料头（3）操作室受到警报后，向喂料头（3）发出停止指令，停止喂料头（3）持续相同的运动动作指喂料头（3）朝向某一方向持续运动时接收到停止指令并执行指令的缓冲动作。

7.根据权利要求6所述的一种无人值守螺旋卸船机暗舱防撞预判方法，其特征在于，所述的缓冲动作是指当喂料头（3）接收到停止指令并执行停止指令后朝向反方向进行运动，且反方向运动的距离为预先设定的安全短距离。

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