CN215101564U - 桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，避免抓斗与船舱口边缘产生碰撞。扫描测量激光雷达安装在水平臂架上，且用于采集抓斗作业范围内的3D数据；第一激光测距仪安装在水平臂架的其中一端，且检测小车与第一激光测距仪之间的间距L；第二激光测距仪安装在小车上，且检测抓斗至小车之间的间距H；扫描测量激光雷达、第一激光测距仪、第二激光测距仪、小车驱动电机以及抓斗起升/下放机构分别与控制器相连。通过设置扫描测量激光雷达、第一激光测距仪和第二激光测距仪获取数据，并经防撞监控软件的处理，得出抓斗与船舱口的相对位置关系。将抓斗位置与预设的边界条件进行比较，控制抓斗的工作状态，避免抓斗与船舱口边缘相撞。

Description

桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统

技术领域

本实用新型涉及防撞控制技术领域，尤其涉及一种桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统。

背景技术

桥式卸船机是用于散货港口中的机械设备，包括大车行走机构、门架、水平臂架、小车以及抓斗等。门架安装在大车行走机构上，大车行走机构与轨道相配合沿与水平臂架长度方向相垂直的方向做直线往复运动。水平臂架安装在门架上，门架上设置有控制室，操作人员在控制室内进行卸船操作。小车安装在水平臂架上，且与水平臂架上的直线滑轨相配合，通过小车驱动电机的驱动作用，小车沿水平臂架的长度方向做直线往复运动。小车上安装有抓斗起升/下放机构，其通常包括卷筒驱动电机和卷筒，卷筒驱动电机和卷筒安装在小车上，卷筒与抓斗通过缆绳相连，缆绳绕设在卷筒上。卷筒驱动电机驱动卷筒绕其转轴轴线作正反转运动，通过调节缆绳的伸长量，进而实现抓斗的起升与下放。作业时，通过调整抓斗的位置，下放抓斗抓取船舱内的货物，并将货物转移至料斗中，货物通过料斗的出料口送至码头上的皮带运输机，最后货物被传送至堆场。

受船型大小、船舱口大小等诸多因素的影响，卸船作业时，抓斗容易与船舱开口处的边缘产生碰撞。

公知的，传统的测距技术分为单向测距技术和双向测距技术。时间飞行原理测距方法属于双向测距技术，它主要利用两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。激光的时间飞行原理为：激光发射器发出激光脉冲波，内部定时器开始计算时间t1，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光时，停止内部定时器t2，激光雷达到物体的距离为：S＝C×(t2-t1)/2，其中C为光速。

激光扫描仪的测量原理：激光发射器发出激光脉冲波，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，且返回波的能量足以触发门槛值，激光扫描仪计算它到物体的距离值；激光扫描仪连续不停地发射激光脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个2D区域的扫描。

现有的3D激光扫描系统主要由3D激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。现有的3D激光扫描仪为测绘型扫描，主要由激光发射器、接收器、时间计数器、控制电路板、电机控制可旋转的滤光镜等构成。利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的3D模型及线、面、体等各种图件数据。具体的，激光发射器向被测物体发射激光，反射回的激光被接收器接收，形成点云数据，并通过相关软件，如：Cloudcompare软件，进行计算，实现被测物体的3D成像。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，避免抓斗与船舱口边缘发生碰撞。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，包括水平臂架、小车、小车驱动电机、抓斗和抓斗起升/下放机构；所述水平臂架通过门架安装，且位于船舱口的上方；所述小车安装在水平臂架上，所述小车驱动电机驱动小车沿水平臂架的长度方向作直线往复运动；所述抓斗起升/下放机构通过小车安装；还包括扫描测量激光雷达、第一激光测距仪、第二激光测距仪和控制器；

所述扫描测量激光雷达安装在水平臂架上，且用于采集抓斗作业范围内的3D数据；

所述第一激光测距仪安装在水平臂架的其中一端，且检测小车与第一激光测距仪之间的间距L；

所述第二激光测距仪安装在小车上，且检测抓斗至小车之间的间距H；

所述扫描测量激光雷达、第一激光测距仪、第二激光测距仪、小车驱动电机以及抓斗起升/下放机构分别与控制器相连。

进一步的，还包括显示器，所述显示器与控制器相连。

进一步的，所述控制器与显示器集成为一体结构。

进一步的，还包括云台；

所述扫描测量激光雷达为2D扫描激光雷达，且通过云台安装在水平臂架上；

所述云台与控制器相连。

进一步的，还包括倾角传感器；

所述倾角传感器安装在云台上；

所述倾角传感器与控制器相连。

进一步的，还包括报警器，所述报警器与控制器相连。

进一步的，所述报警器为声光报警器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，避免抓斗与船舱口边缘产生碰撞。通过设置扫描测量激光雷达、第一激光测距仪和第二激光测距仪获取数据，并经防撞监控软件的处理，得出抓斗与船舱口的相对位置关系。通过防撞监控软件，将抓斗位置与预设的边界条件进行比较，控制抓斗的工作状态，避免抓斗与船舱口边缘相撞。

附图说明

图1是本实用新型的抓斗与船舱口的位置关系图；

图2是本实用新型的水平臂架的侧视局部示意图；

图3是本实用新型的水平臂架的仰视局部示意图；

图4是本实用新型的扫描测量激光雷达扫描形成的判断区域的平面示意图；

图5是本实用新型的水平臂架与船舱口边缘的位置关系图；

图6是本实用新型的抓斗在下放或提升时与船舱口的位置关系图；

图7是本实用新型的系统程序框图；

附图标记：1-水平臂架；2-小车；3-抓斗；4-卷筒驱动电机；5-卷筒；6-缆绳；7-扫描测量激光雷达；8-第一激光测距仪；9-第二激光测距仪；10-控制室；11-云台；12-倾角传感器；13-判断区域；1301-安全区；1302-报警区；1303-减速区；1304-制动区；14-船舱口；15-门架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如附图所示，桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，包括水平臂架1、小车2、小车驱动电机、抓斗3和抓斗起升/下放机构；所述水平臂架1通过门架15安装，且位于船舱口14的上方；所述小车2安装在水平臂架1上，所述小车驱动电机驱动小车2沿水平臂架1的长度方向作直线往复运动；所述抓斗起升/下放机构通过小车2安装。

还包括扫描测量激光雷达7、第一激光测距仪8、第二激光测距仪9和控制器；所述扫描测量激光雷达7安装在水平臂架1上，且用于采集抓斗3作业范围内的3D数据；所述第一激光测距仪8安装在水平臂架1的其中一端，且检测小车2与第一激光测距仪8之间的间距L；所述第二激光测距仪9安装在小车2上，且检测抓斗3至小车2之间的间距H；所述扫描测量激光雷达7、第一激光测距仪8、第二激光测距仪9、小车驱动电机以及抓斗起升/下放机构分别与控制器相连。

门架15为水平臂架1提供安装支撑。船舱口14通常为矩形结构，卸船时，门架15与大车行走机构位于船舱口14侧方的码头上。水平臂架1通过门架15安装，且位于船舱口14的上方。其中位于水平臂架1两侧的船舱口14边缘b1和b2分别与水平臂架1的长度方向相平行，另外两个船舱口14边缘a1和a2分别与水平臂架1的长度方向相垂直。

水平臂架1为扫描测量激光雷达7和第一激光测距仪8提供安装支撑。以空间直角坐标系为参考系，当大车行走机构与船舱口14保持相对静止时，抓斗3在x轴上的值保持不变，为常量，且通过扫描测量激光雷达7初始获得。抓斗3在y轴上的值和抓斗3在z轴上的值均为变量。抓斗3在y轴上的值，通过第一激光测距仪8实时检测的水平臂架1上小车2与第一激光测距仪8之间的间距L得到。小车2为第二激光测距仪9提供安装支撑。抓斗3在z轴上的值，通过第二激光测距仪9实时检测的在高度方向上抓斗3与小车2之间的间距H得到。扫描测量激光雷达7采集抓斗3作业范围内的3D数据，作业范围为包括船舱口14的四个边缘在内的一定区域。

扫描测量激光雷达7将采集到的3D数据发送至控制器，控制器通过现有的防撞监控软件识别出船舱口14的四个边缘，并拟合出船舱口14边缘的十字正交中心点。扫描测量激光雷达7位于该正交中心点的上方，优选为正上方。第一激光测距仪8和第二激光测距仪9将各自检测到的数据发送至控制器。通过现有的算法进行计算和比较，得出船舱口14的四个边缘与抓斗3的相对位置关系。

通过控制器设定抓斗3与船舱口14边缘a1、a2水平方向的运动边界条件A，设定抓斗3与船舱口14边缘b1、b2水平方向的运动边界条件B，设定抓斗3下放时高度方向的运动边界条件C，设定抓斗3提升时高度方向的运动边界条件D。当抓斗3平移触发边界条件A时，控制器通过控制小车驱动电机进而控制抓斗3减速或紧急制动，防止抓斗3与船舱口14边缘a1、a2发生碰撞。运动边界条件C，即抓斗3下放时与船舱口14任一边缘在高度方向的安全距离，当抓斗3下放触发边界条件C时，控制器通过控制卷筒驱动电机4进而控制抓斗3紧急制动，卷筒5停止转动，缆绳6停止伸长，防止抓斗3在下放过程中与船舱口14任一边缘发生碰撞。运动边界条件D，即抓斗3提升时与船舱口14任一边缘在高度方向的安全距离，当抓斗3提升触发边界条件D时，控制器通过控制卷筒驱动电机4进而控制抓斗3紧急制动，卷筒5停止转动，缆绳6停止缩短，防止抓斗3在提升过程中与船舱口14任一边缘发生碰撞。

通过上述系统，不仅能够避免抓斗3在下放过程中与船舱口14的任一边缘相撞，而且能够避免抓斗3在提升过程中与船舱口14的任一边缘相撞，还能够避免抓斗3在船舱口14内平移时与其任一边缘相撞。

为了实现可视化，优选的，还包括显示器，所述显示器与控制器相连。显示器，用于显示抓斗3与船舱口14的位置关系图像。扫描测量激光雷达7实时采集抓斗3和船舱口14的相对位置几何尺寸。通过现有的图像生成软件，将扫描测量激光雷达7扫描的船舱口14、抓斗3的点云数据表面轮廓曲面再生为3D图形，并通过显示器显示，方便操作者直观查看抓斗3的工作状态。显示器与控制器优选安装在操作者所在的控制室10内。

优选的，所述控制器与显示器集成为一体结构。

扫描测量激光雷达7可以为3D扫描激光雷达，但是存在制造成本较高的缺点。优选的，还包括云台11；所述扫描测量激光雷达7为2D扫描激光雷达，且通过云台11安装在水平臂架1上；所述云台11与控制器相连。通过云台11与2D扫描激光雷达的配合，能够得到一定范围内的3D数据。控制器对云台11转动的控制通过现有软件实现。

为了对云台11的转动进行精确控制，优选的，还包括倾角传感器12；所述倾角传感器12安装在云台11上；所述倾角传感器12与控制器相连。倾角传感器12实时检测云台11姿态，并将检测值发送给控制器，控制器将检测值与预设值进行比较，进行校准。

优选的，还包括报警器，所述报警器与控制器相连。当抓斗3触发边界条件A或B或C或D时，控制器控制报警器报警。报警器可以安装在水平臂架1上，优选安装在控制器、显示器所在的控制室10内。

报警器可以为震动报警器，优选的，所述报警器为声光报警器。声光报警器能发出报警声音和警示灯光，警示效果好。

在水平面内，扫描测量激光雷达7扫描形成的判断区域13包括安全区1301、报警区1302、减速区1303和制动区1304。安全区1301为矩形，且位于判断区域13的中心。报警区1302、减速区1303和制动区1304均为矩形环状结构，且安全区1301、报警区1302、减速区1303和制动区1304由内至外依次布置。当抓斗3位于报警区1302时，报警器报警。如：当抓斗3平移至距离船舱口14任一边缘3m时，报警器报警；抓斗3平移至距离船舱口14任一边缘2m时，抓斗3减速；抓斗3平移至距离船舱口14任一边缘1m时，抓斗3紧急制动。

以上为本实用新型的具体实施方式，从实施过程可以看出，本实用新型提供一种桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，避免抓斗与船舱口边缘发生碰撞。通过设置扫描测量激光雷达、第一激光测距仪和第二激光测距仪获取数据，并经防撞监控软件的处理，得出抓斗与船舱口的相对位置关系。通过防撞监控软件，将抓斗位置与预设的边界条件进行比较，控制抓斗的工作状态，避免抓斗与船舱口边缘相撞。

Claims (7)

1.桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，包括水平臂架(1)、小车(2)、小车驱动电机、抓斗(3)和抓斗起升/下放机构；所述水平臂架(1)通过门架(15)安装，且位于船舱口(14)的上方；所述小车(2)安装在水平臂架(1)上，所述小车驱动电机驱动小车(2)沿水平臂架(1)的长度方向作直线往复运动；所述抓斗起升/下放机构通过小车(2)安装；其特征在于：还包括扫描测量激光雷达(7)、第一激光测距仪(8)、第二激光测距仪(9)和控制器；

所述扫描测量激光雷达(7)安装在水平臂架(1)上，且用于采集抓斗(3)作业范围内的3D数据；

所述第一激光测距仪(8)安装在水平臂架(1)的其中一端，且检测小车(2)与第一激光测距仪(8)之间的间距L；

所述第二激光测距仪(9)安装在小车(2)上，且检测抓斗(3)至小车(2)之间的间距H；

所述扫描测量激光雷达(7)、第一激光测距仪(8)、第二激光测距仪(9)、小车驱动电机以及抓斗起升/下放机构分别与控制器相连。

2.如权利要求1所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：还包括显示器，所述显示器与控制器相连。

3.如权利要求2所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：所述控制器与显示器集成为一体结构。

4.如权利要求1所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：还包括云台(11)；

所述扫描测量激光雷达(7)为2D扫描激光雷达，且通过云台(11)安装在水平臂架(1)上；

所述云台(11)与控制器相连。

5.如权利要求4所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：还包括倾角传感器(12)；

所述倾角传感器(12)安装在云台(11)上；

所述倾角传感器(12)与控制器相连。

6.如权利要求1所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：还包括报警器，所述报警器与控制器相连。

7.如权利要求6所述的桥式卸船机抓斗与船舱防撞监控系统，其特征在于：所述报警器为声光报警器。

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