耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于疏浚工程测量设备，尤其是耙吸挖泥船在施工状态下耙臂姿态测量和位置显示的系统。
【背景技术】
[0002]在耙吸挖泥船施工过程中，可分为放耙、挖泥、起耙三个过程。在整个操作过程中，需要施工操作人员时刻注意耙臂的使用状态。在放耙阶段，需要通过控制绞车将耙臂从甲板上提起后，移动到舷侧，将耙臂慢慢放入水中。在起耙阶段，需要通过控制绞车将耙臂从水中提起后，慢慢收回甲板并固定在相应的位置上。而在挖泥过程中，需要通过控制绞车来控制耙臂在水中的施工状态。因此需要一套测量并显示耙吸挖泥船耙臂姿态的系统。
[0003]传统的耙臂姿态系统仅仅只显示耙臂在水下的施工状态，忽略了耙臂本身的地理参数，并没有提供坐标参数，因此很难结合水深图来划定施工的路线。同时旧的系统同样存在精度不高，模块处理速度不快等问题，同时系统本身的数据传输链路性能的滞后，影响到了数据的实时性。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够帮助操作人员精确掌握耙臂在水下施工状态时的姿态，同时能够提供耙臂当前地理坐标参数的系统。
[0005]本实用新型的技术方案是:耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备包括有耙吸挖泥船耙臂姿态测量显示系统和耙臂位置显示系统，由一套耙臂设备及位于疏浚控制台的可编程控制器、一套获得船舶GPS位置的GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑组成，耙臂上安装有检测耙臂角度变化的上耙管水平角度传感器和上耙管垂直角度传感器、下耙管水平角度传感器和下耙管垂直角度传感器、检测耙臂吸口状态变化的吸口到位传感器和吸口压力传感器、以及检测耙头旋转角度的旋转角度传感器和对地角度传感器，上述各个传感器的安装位置是:上耙管垂直角度传感器安装于上耙管侧边垂直处；上耙管水平角度传感器安装于上耙管水平面处；下耙管垂直角度传感器安装于下耙管侧边垂直处；下耙管水平角度传感器安装于下耙管水平面处；吸口到位传感器、吸口压力传感器安装于吸口处，前者检测耙臂是否和吸口连接，后者用于计算当前吸口深度；对地角度传感器和旋转角度传感器，前者安装在耙头上，用于测量耙唇的对地角度，后者安装在下耙管靠近万向节处，用来测量下耙管的旋转程度；通过耙臂角度传感器的角度变化、吸口处传感器的状态变化及耙头处角度传感器的旋转角度变化来确定耙臂的姿态；上述各个传感器经过信号电缆与姿态测量位置显示系统的检测信号输入端连接；姿态测量位置显示系统的信号输入端与位于疏浚控制台的可编程控制器的采集系统相连接；所述GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接，GPS信标机安装于驾驶室顶部，用来获得安装位置处的WGS84坐标；电罗经安装于驾驶室航行台正中间，用来获得相对于平面坐标系的偏移角度；数据通过TCP网关将所有采集到的设备信息汇总至计算机里进行数据处理，最终输出至人机界面。
[0006]本实用新型的有益技术效果:基于上述耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备能够通过各传感器的检测信号，确定耙臂各部分的位置状态。在耙臂施工过程中，由耙臂角度传感器不断检测耙臂的角度变化，计算出耙臂万向节处的角度变化，算出耙头及万向节处的深度；由吸口处压力传感器的压力值变化计算出吸口深度；通过耙头旋转角度及对地角度传感器的变化，可以计算出耙头当前的状态及耙头本身的相对于垂直面上高度。结合角度变化、耙管深度变化、耙头的深度变化及耙臂自身参数可以精确的显示出耙臂在水下的姿态；基于上述耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备的位置测量，通过安装在船上的GPS信标机及电罗经，转化数据获得GPS信标机的平面坐标及船体所在坐标系相对于平面坐标系的偏移角度；通过GPS安装在船体的具体位置(即GPS在船体坐标系的参数)，根据船体安装耙臂的设计参数即可以计算出耙臂的具体位置(船体坐标系中的位置)。最后结合之前计算的偏移角度及船体坐标系中的位置通过计算转换至平面坐标系并算出耙臂的平面坐标。基于上述耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备的显示，根据计算出来的角度信息，将耙臂姿态以动态图的形式显示在人机界面上，以便操作人员可以通过画面准确的掌握耙臂在水下的实时姿态。同时获得了耙臂的坐标参数，方便其他系统的进一步应用。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型的传感器安装位置示意图。
[0008]图2是本实用新型的原理图。
[0009]图3是本实用新型的信号输入输出示意图。
【具体实施方式】
[0010]本实施方式包括有耙吸挖泥船耙臂姿态测量显示系统和耙臂位置显示系统两个子系统，由一套耙臂设备及位于疏浚控制台的可编程控制器、一套获得船舶GPS位置的GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑组成，耙臂上安装有检测耙臂角度变化的上耙管水平角度传感器I和上耙管垂直角度传感器2、下耙管水平角度传感器3和下耙管垂直角度传感器4、检测耙臂吸口状态变化的吸口到位传感器和吸口压力传感器7、以及检测耙头旋转角度的旋转角度传感器5和对地角度传感器6。
[0011]上述各个传感器的安装位置是:
[0012]1、上耙管水平角度传感器安装于上耙管水平面处，用来测量上耙管水平角度；
[0013]2、上耙管垂直角度传感器安装于上耙管侧边垂直处，用来测量上耙管垂直角度；
[0014]3、下耙管水平角度传感器安装于中间弯管水平面处，用来测量下耙管水平角度；
[0015]4、下耙管垂直角度传感器安装于下耙管侧边垂直处，用来测量下耙管垂直角度；
[0016]5、旋转角度传感器安装在下耙管靠近万向节处，用来测量下耙管的旋转程度；
[0017]6、对地角度传感器安装在耙头上用于测量耙唇的对地角度；
[0018]7、吸口到位传感器、吸口压力传感器安装于吸口处，前者检测耙臂是否和吸口连接，后者用于计算当前吸口深度。
[0019]通过耙臂角度传感器的角度变化、吸口处传感器的状态变化及耙头处角度传感器的旋转角度变化来确定耙臂的姿态；上述各个传感器经过信号电缆与耙臂姿态测量设备的检测信号输入端连接；所述GPS信标机及船舶艏向的电罗经与耙臂姿态测量设备所属的控制电脑通过数据传输线路相连接，GPS信标机安装于驾驶室顶部，用来获得安装位置处的WGS84坐标；电罗经安装于驾驶室航行台正中间，用来获得船体坐标系相对于平面坐标系的偏移角度；数据通过TCP网关将所有采集到的设备信息汇总至计算机里进行数据处理，最终输出至人机界面。
[0020]耙吸挖泥船施工过程中，上垂直和下垂直角度传感器不断检测耙臂垂直方向上的角度变化，同时也可以算出万向节处的角度变化。根据这些角度变化结合三角函数可以算出此时耙头、万向节相对于弯管(即吸口)处的深度变化。上水平和下水平垂直角度不断检测耙臂水平方向上的角度变化，就可以算出耙臂在水平面上的偏移量。根据吸口压力传感器处获得的压力值，算出吸口此时所处的深度值，然后通过吸口到位传感器判断弯管是否移动到吸口处，当传感器激活后判断处弯管已经移动到吸口处，即可算出当前弯管的深度。根据耙唇对地角度结合耙唇的设计参数可以计算出耙唇在垂直方向的高度。根据耙头深度、万向节深度、弯管深度及耙唇高度，水平偏移量，结合角度传感器及耙头设计参数可以计算出耙臂的当前姿态。
[0021]通过GPS获得当前安装在船舶上这个点的WGS84坐标，并将该坐标转换为平面坐标。根据实船测量获得GPS安装在船舶上的位置，以船舶的中心线为纵轴，船的尾部横截面线为横轴，建立船体的坐标系，获得GPS在船体坐标系中的坐标。通过电罗经的测量，计算获得船体坐标系相对于平面坐标系的偏移角度。在船体坐标系中，根据GPS的坐标及船体的设计参数，获得耙臂在船体坐标系中的坐标。然后通过之前测量的相对偏移角度及船体坐标转换为平面坐标的计算公式，获得耙臂的平面坐标，最后转换为大地坐标。
【主权项】
1.耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备，包括有耙吸挖泥船耙臂姿态测量显示系统和耙臂位置显示系统，由一套耙臂设备及位于疏浚控制台的可编程控制器、一套获得船舶GPS位置的GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑组成，耙臂上安装有检测耙臂角度变化的上耙管水平角度传感器和上耙管垂直角度传感器、下耙管水平角度传感器和下耙管垂直角度传感器、检测耙臂吸口状态变化的吸口到位传感器和吸口压力传感器、以及检测耙头旋转角度的旋转角度传感器和对地角度传感器，上述各个传感器的安装位置是:上耙管垂直角度传感器安装于上耙管侧边垂直处；上耙管水平角度传感器安装于上耙管水平面处；下耙管垂直角度传感器安装于下耙管侧边垂直处；下耙管水平角度传感器安装于下耙管水平面处；吸口到位传感器、吸口压力传感器安装于吸口处，前者检测耙臂是否和吸口连接，后者用于计算当前吸口深度；对地角度传感器和旋转角度传感器，前者安装在耙头上，用于测量耙唇的对地角度，后者安装在下耙管靠近万向节处，用来测量下耙管的旋转程度；通过耙臂角度传感器的角度变化、吸口处传感器的状态变化及耙头处角度传感器的旋转角度变化来确定耙臂的姿态；上述各个传感器经过信号电缆与姿态测量位置显示系统的检测信号输入端连接；姿态测量位置显示系统的信号输入端与位于疏浚控制台的可编程控制器的采集系统相连接；所述GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接，GPS信标机安装于驾驶室顶部，用来获得安装位置处的WGS84坐标；电罗经安装于驾驶室航行台正中间，用来获得相对于平面坐标系的偏移角度；数据通过TCP网关将所有采集到的设备信息汇总至计算机里进行数据处理，最终输出至人机界面。
【专利摘要】耙吸挖泥船耙臂姿态测量设备，由耙臂设备及可编程控制器、GPS信标机及电罗经与控制电脑组成，耙臂上安装水平角度传感器和垂直角度传感器、吸口到位传感器和吸口压力传感器、检测耙头旋转角度的旋转角度传感器和对地角度传感器，其特征是：所述耙臂水平角度传感器、垂直角度传感器、吸口到位传感器、吸口压力传感器、耙头旋转角度传感器和对地角度传感器经过信号电缆与姿态测量位置显示系统的检测信号输入端连接；姿态测量位置显示系统的信号输入端与可编程控制器的采集系统相连接；GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接。
【IPC分类】E02F5/28, E02F3/90
【公开号】CN204753675
【申请号】CN201520250212
【发明人】戴文伯, 肖晔, 倪璘罡, 周雨淼, 陶润礼
【申请人】中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年4月23日