本发明涉及疏浚工程技术领域，更具体地，涉及一种挖泥船的抓斗平挖控制方法及其系统。
背景技术：
当前国内外针对抓斗式挖泥船平挖功能，既有skk公司成熟的液力变矩器驱动+碟刹系统的抓斗斗齿运动方案，也有高校正在研发的变频器驱动方案。但对于部分的非标准设计建造的大型抓斗式挖泥船，其本身没有平挖功能，且采用特殊定制的挖泥作业操作控制设备，如果在短时间内直接介入对船载挖泥机具进行大规模设备改造，风险较大。
因此，如何实现对抓斗的虚拟斗齿空间挖泥轨迹可视化显示，以指导船员人工完成平挖施工工艺操作流程而提高其挖掘精度及施工效率，并满足工程设计要求，已成为目前急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种挖泥船的抓斗平挖控制方法及其系统，以解决上现有大型抓斗式挖泥船无平挖功能的技术难题。
根据本发明的一个方面，提供一种挖泥船的抓斗平挖控制方法，包括以下步骤：
步骤s1.在挖泥船的抓斗上设置开口度传感器和深度传感器；
步骤s2.基于开口度传感器和深度传感器，以获取抓斗的斗齿运动位置信息；
步骤s3.基于斗齿空间运动模型，计算抓斗下一运动状态的斗齿运动位置坐标；
步骤s4.基于所获取的抓斗下一运动状态的斗齿运动位置坐标，控制抓斗运动。
在上述方案基础上优选，步骤s1中所述抓斗上的开口度传感器为多个。
在上述方案基础上优选，所述步骤s3中，斗齿空间运动模型为：
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齿的水平移动位置；yn表示斗齿的垂向移动位置；an表示抓斗侧向投影几何运动轨迹修正参数；cn表示开口传感器输出量；hn表示深度传感器输出量；n＝1～9；k表示与抓斗几何形状相关的拟合曲线修正参数，由试验获得
在上述方案基础上优选，所述步骤s2中的抓斗的斗齿运动位置信息包括抓斗的斗齿的深度参数和开度参数。
本发明还提供了一种挖泥船的抓斗平挖控制系统，包括挖泥船、抓斗和运算处理器，所述抓斗装设在所述挖泥船上，所述挖泥船上设有控制设备，所述控制设备用于控制所述挖泥船和抓斗的运动，并在所述抓斗上装设有开度传感器和深度传感器，所述运算处理器内设有斗齿空间运动模型，用于拟合所述抓斗的运动轨迹，所述运算处理器的输出端与所述的控制设备电气相连。
在上述方案基础上优选，所述运算处理器中的斗齿空间运动模型为
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齿的水平移动位置；yn表示斗齿的垂向移动位置；an表示抓斗侧向投影几何运动轨迹修正参数；cn表示开口传感器输出量；hn表示深度传感器输出量；n＝1～9；k表示与抓斗几何形状相关的拟合曲线修正参数，由试验获得
在上述方案基础上优选，所述开度传感器为多个，多个所述开度传感器间隔均匀设置在所述抓斗的边缘。
在上述方案基础上优选，所述运算处理器上还连接有显示屏和语音播报器，所述的显示屏和语音播报器与所述的运算处理器电气相连。
本发明的一种挖泥船的抓斗平挖控制方法，通过开度传感器和深度传感器以获取抓斗的斗齿空间状态，并将其通过斗齿空间运动模型，以计算获取抓斗的下一运动状态的斗齿运动位置坐标，由操作人员根据获取到的坐标位置，控制抓斗的每一步运动动作，从而实现其平挖的功能。
由于本发明通过斗齿空间运动模型在线推演斗齿轨迹趋势，指导操作员操作抓斗挖泥驱动设备，纠正合斗挖掘过程中，抓斗高程坐标可能偏离目标挖深水平线的最大允许值，使每一斗都能开挖出一快平整有效区域，进而形成连片平整地形区域，保证挖深都控制在工程设计高程指标范围内。
附图说明
图1为本发明的一种挖泥船的抓斗平挖控制方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种挖泥船的抓斗平挖控制方法，包括以下步骤：
步骤s1.在挖泥船的抓斗上设置开口度传感器和深度传感器；
步骤s2.基于开口度传感器和深度传感器，以获取抓斗的斗齿运动位置信息，其中，斗齿运动位置信息包括抓斗的斗齿的深度参数和开度参数；
步骤s3.基于斗齿空间运动模型，计算抓斗下一运动状态的斗齿运动位置坐标；
步骤s4.基于所获取的抓斗下一运动状态的斗齿运动位置坐标，控制抓斗运动。
其中，本发明步骤s1中抓斗上的开口度传感器为多个，优选为9个，以准确获取抓斗的开合度。
进一步的，本发明的步骤s3中，斗齿空间运动模型为：
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齿的水平移动位置；yn表示斗齿的垂向移动位置；an表示抓斗侧向投影几何运动轨迹修正参数，an是根据抓斗的出厂设计图纸逐点测量以获取的；cn表示开口传感器输出量；hn表示深度传感器输出量；k表示与抓斗几何形状相关的拟合曲线修正参数；n＝1～9，n表示抓斗上的每一个开口度传感器，即当n＝9时，表示抓斗上有9个开口度传感器。
为了便于说明，本发明设定n＝9，即开口度传感器和深度传感器为9个，9个开口度传感器和深度传感器以分别获取斗齿的开口量参数cn和深度参数hn，根据公式yn＝cnk+hn，以计算获取当前点的斗齿下一位置的垂向移动位置，然后根据计算获取的当前点的斗齿下一位置的垂向移动位置yn以计算当前点斗齿的下一位置的水平移动位置xn。通过上述公式分别计算出9个点的下一位置的水平移动位置xn和垂向移动位置yn，得到9个位置坐标，根据这9个位置坐标以得到抓斗的运动曲线，然后，根据该运动曲线，控制抓斗运动，从而实现其平挖施工的目的。
本发明还提供了一种挖泥船的抓斗平挖控制系统，包括挖泥船、抓斗和运算处理器，抓斗装设在挖泥船上，挖泥船上设有控制设备，控制设备用于控制挖泥船和抓斗的运动，并在抓斗上装设有开度传感器和深度传感器，运算处理器内设有斗齿空间运动模型，用于拟合所述抓斗的运动轨迹，运算处理器的输出端与控制设备电气相连。
使用过程中，利用开度传感器和深度传感器分别获取抓斗的斗齿开度参数和深度参数，并将其发送至运算处理器，通过运算处理器内的斗齿空间运动模型，计算出斗齿下一运动位置以拟合抓斗的运动轨迹，然后，将其发送至控制设备，通过控制设备以控制抓斗的运动，从而实现其平挖的目的。
需要说明的是，本发明的控制设备包括显示屏和操作台，显示屏用于显示抓斗的运动轨迹，而操作台用于操作人员控制抓斗的运动。
进一步的，本发明的运算处理器中的斗齿空间运动模型为
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齿的水平移动位置；yn表示斗齿的垂向移动位置；an表示抓斗侧向投影几何运动轨迹修正参数，an是根据抓斗的出厂设计图纸逐点测量以获取的；cn表示开口传感器输出量；hn表示深度传感器输出量；k表示与抓斗几何形状相关的拟合曲线修正参数；n＝1～9，n表示抓斗上的每一个开口度传感器，即当n＝9时，表示抓斗上有9个开口度传感器。
为了便于说明，本发明设定n＝9，即开口度传感器和深度传感器为9个，9个开口度传感器和深度传感器以分别获取斗齿的开口量参数cn和深度参数hn，根据公式yn＝cnk+hn，以计算获取当前点的斗齿下一位置的垂向移动位置，然后根据计算获取的当前点的斗齿下一位置的垂向移动位置yn以计算当前点斗齿的下一位置的水平移动位置xn。通过上述公式分别计算出9个点的下一位置的水平移动位置xn和垂向移动位置yn，得到9个位置坐标，根据这9个位置坐标和斗齿空间运动模型以得到抓斗拟合运动曲线，然后，根据该运动曲线，控制抓斗运动，从而实现其平挖施工的目的。
优选的，本发明的开度传感器和深度传感器为多个，多个开度传感器和深度传感器间隔均匀设置在抓斗的边缘，用于采集抓斗的不同位置斗齿的开度和深度参数。
进一步的，本发明运算处理器上还连接有显示屏和语音播报器，显示屏和语音播报器与运算处理器电气相连。
本发明的一种挖泥船的抓斗平挖控制方法，通过开度传感器以获取抓斗的开合状态，并将其通过斗齿空间运动模型，以计算获取抓斗的下一运动状态的斗齿运动位置坐标，由操作人员根据获取到的坐标位置，控制抓斗的运动，从而实现其平挖的功能。
由于本发明通过斗齿空间运动模型在线推演斗齿轨迹趋势，指导操作员操作抓斗挖泥驱动设备，纠正合斗挖掘过程中，抓斗高程坐标可能偏离目标挖深水平线的最大允许值，使每一斗都能开挖出一快平整有效区域，进而形成连片平整地形区域，保证挖深都控制在工程设计高程指标范围内。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。