专利名称：一种散货自动化卸船系统及其卸船方法
技术领域：
本发明涉及港口装卸设备，特别涉及一种散货自动化卸船系统及 其卸船方法。
背景技术：
目前，港口散货码头采用抓斗卸船时都是手动方式。手动卸船时， 大车、小车、起升及抓斗的动作全部由司机来操作，其效率完全取决
于司机的熟练程度。司机操作容易引起抓斗的摇摆，很大程度上影响 作业效率。司机长时间连续作业时，不仅作业效率大幅度降低，还容 易因视觉疲劳引起少抓、埋斗、不准确卸料等现象。
很多公司也研制了自动方式的抓斗卸船机，但目前这种方式下， 抓斗从船舱上方到料斗上方以及在料斗上方的开斗卸料由程序自动 完成，可以避免手动操作引起的摇摆和不准确卸料，消除了人为因素 的影响，提高了卸船动作的一致性。目前这种自动卸船方式存在两个 瓶颈，很大程度上制约了其推广， 一是需要司机预先设定好船舱的内 外侧位置，自动作业的前提是假设这个位置在相当长的时间内是固定 不变的。而在实际情况下，由于船舱内物料的变化以及涨潮和落潮的 影响，船身会产生倾斜或上浮。这时采用自动方式卸船就存在撞船的 危险。另外一个是舱内散货物料分布的不规则，为了达到满斗，避免 空抓、少抓以及埋斗现象，司机在启动自动循环时，需要手动设定下 一个循环船舱上方的返回点。因此，目前这种自动卸船方式仅限于单 个循环内的有限自动化，多个循环之间的连接依靠司机的手动调整， 司机也需要经过一段时间的训练才能达到自动过程和手动调整的协 调操作。随着港口逐步自动化、数字化、智能化的发展趋势，散货码 头的全自动化势在必行。目前的卸船装置不适合散货码头全自动化的实现。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种散货自动化卸船系统，该系统能够 实现船舱位置和物料分布的自动检测，从而替代司机的手动设置和操 作，实现整舱连续自动卸船功能，达到提高作业效率和保障安全性能
的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种散货自动化卸船 系统，该系统与起重机连接，它包括主控制单元，主控制单元与多传 动单元连接，多传动单元与抓斗控制单元连接，多传动单元与小车控 制单元连接，多传动单元与大车控制单元连接，多传动单元与其它控 制单元连接，其特征在于主控制单元与目标位置扫描单元连接，主控 制单元与交换机连接，目标位置扫描单元与交换机连接，交换机与起 重机维护和监视单元连接。主控制单元与中央监控室连接，主控制单 元与司机室控制台连接。
其中抓斗控制单元包括与主控制单元连接的第一调速器和第一 编码器，第一调速器和第一编码器连接，第一编码器和开闭电机连接， 开闭电机与抓斗连接，主控制单元还与第二调速器和第二编码器连 接，第二调速器和第二编码器连接，第二编码器和支持电机连接，支 持电机与起重机的抓斗连接。
本发明的另一目的是提供一种散货自动化卸船方法，该方法能够 实现船舱位置和物料分布的自动检测，从而替代司机的手动设置和操 作，实现整舱连续自动卸船功能，达到提高作业效率和保障安全性能 的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种散货自动化卸船 方法，其特征在于它包含以下步骤A、将起重机大车移动到正对船 形中心线的位置，目标位置扫描单元扫描船舱及物料并将扫描情况传 送给主控制单元，主控制单元根据扫描情况在司机室控制台和中央监 控室同时形成物料表面还原图形；B、主控制单元自动产生优化路径， 在司机室控制台和中央监控室显示该优化路径，等待司机确认，司机 确认后，主控制单元命令多传动单元控制起重机进行自动卸船；C、 起重机抓斗抓取物料后，目标位置扫描单元对作业区域进行扫描，主 控制单元自动生成抓斗的返程点，同时也形成相应的物料表面还原图 形；D、根据物料表面还原图形判断抓斗作业完毕后，主控制单元命 令推耙机将船舱内残留物料堆积，目标位置扫描单元扫描后，主控制 单元再次命令起重机抓斗抓取物料，同步骤C，直至完全卸船。
在本发明中，目标位置扫描单元自动对船舱进行扫描，实现船舱 位置和物料分布的自动检测，主控制单元根据检测结果自动产生优化 的卸船路径，并通过多传动单元控制执行卸船机各机构电机的驱动控 制。司机室控制台和中央监控室均与主控制单元连接，可以根据实际 情况中断自动卸船过程，对设备进行干涉和调整。本发明的优点在于 能够实现整舱连续自动卸船功能，提高作业效率和保障安全性能，达 到实现散货码头全自动化的目的。
图1为本发明一实施例的系统框图
图2为其中抓斗控制单元的电路框图
图3为目标位置扫描单元中的目标位置传感器的安装位置示意
图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
图1中的一种散货自动化卸船系统，它包括主控制单元1，主控 制单元1与中央监控室2连接，主控制单元1与司机室控制台3连接， 主控制单元1.与多传动机构4连接，多传动机构4与抓斗控制单元5 连接，多传动单元4与小车控制单元6连接，多传动单元4与大车控 制单元7连接，多传动单元4与其它控制单元8连接，主控制单元l 与目标位置扫描单元9连接，主控制单元1与交换机8连接，目标位 置扫描单元7与交换机10连接，交换机10与起重机维护和监视单元 ll连接。该散货自动化卸船系统与起重机相连接。
其中抓斗控制单元5包括与主控制单元1连接的第一调速器51 和第一编码器52，第一调速器51和第一编码器52连接，第一编码 器52和开闭电机53连接，开闭电机53与抓斗54连接，主控制单元 1还与第二调速器55和第二编码器56连接，第二调速器55和第二 编码器56连接，第二编码器56和支持电机57连接，支持电机57与 抓斗54连接。在本发明中，通过第二调速器55来抑制抓斗在移动时 的摇摆，保证机械安全和定位。
主控制单元1执行卸船机手动和自动作业的逻辑控制以及安全 保护的逻辑控制。多传动单元4执行卸船机各机构电机的驱动控制。 为保证数据传输的实时性，本散货自动化卸船系统主要采用光纤传输 方式。
司机只需要把卸船机移动到作业船舱的范围内，目标位置扫描单 元9自动对船舱进行扫描，确定舱口的位置和高度，以及舱内物料的 分布情况，并以图形的方式显示。司机根据物料的分布选择合适的卸 船策略，主控制单元l自动产生优化的卸船路径，经司机确认后，自 动开始卸船作业。在自动卸船作业过程中，目标位置扫描单元9随时 对作业区域进行扫描，及时更新舱口位置、高度以及舱内物料分布的 变化，主控制单元1根据舱口的实际位置和高度自动更新自动卸船作 业的范围，并根据物料的实际分布自动计算返程点的位置，无需司机 手动设定。司机也可随时根据实际情况中断自动卸船过程，对设备进 行干涉和调整，调整结束后可以恢复自动作业，系统继续自动卸船作 业。在没有司机干涉的情况下，主控制单元1将自动进行卸船作业直 至整舱卸船作业结束。
本发明中，目标位置扫描单元9用来自动识别船舶所在的位置、
船舱的位置、舱口和舱底的高度，以及船舱内的物料种类及其分布情
况。在目标位置扫描单元9中，采用国外先进的目标位置传感器(TPS) 完成船舱位置、物料种类及分布和返程点的实时检测三种功能。
目标位置传感器是基于激光测距的扫描设备，可应用于集装箱船 型扫描、堆场扫描、集卡扫描和定位。其基本工作原理是激光测距， 采用激光对目标进行二维高速连续扫描，测量目标表面上各点的距 离，根据各点的激光角度和距离，可以得到各点的三维位置信息。从 这些点的位置信息中，可以采用各种算法提取目标表面形状特征(如 边缘)的位置，也可以将目标表面的形状恢复出来。
目标位置传感器TPS的安装位置如图3所示。安装点的位置在前 大梁一侧的下方，正对船型的中心线，扫描窗正对水面，使TPS的扫 描范围能覆盖最大设计船型。
该散货自动化卸船系统的工作流程为-
步骤一司机将起重机大车移动到正对船形中心线的位置，目标 位置扫描单元9的目标位置传感器TPS扫描船舱及物料并将扫描情况 传送给主控制单元l ，主控制单元1根据扫描情况在司机室控制台3和 中央监控室2同时形成物料表面还原图形；
步骤二主控制单元l自动产生优化路径，在司机室控制台3和中 央监控室2显示该优化路径，等待司机确认，司机确认后，主控制单 元1命令多传动单元4进行自动卸船，多传动单元4通过大车控制单元 7，小车控制单元6，抓斗控制单元5和其它控制单元8控制起重机工作;
步骤三起重机抓斗抓取一斗物料后，目标位置扫描单元9对作 业区域进行扫描，主控制单元l自动生成抓斗的返程点，并通过多传 动单元4命令起重机按自动生成的返程点返程，同时也形成相应的物 料表面还原图形；
步骤四根据物料表面还原图形判断抓斗作业完毕后，主控制单 元1命令多传动单元4通过其它控制单元8控制推耙机将船舱内残留物 料堆积，目标位置扫描单元9扫描后，主控制单元l再次命令起重机抓 斗抓取物料，同步骤三，直至完全卸船。
权利要求
1、一种散货自动化卸船系统，该散货自动化卸船系统与起重机相连接，它包括主控制单元，主控制单元与多传动单元连接，多传动单元与抓斗控制单元连接，多传动单元与小车控制单元连接，多传动单元与大车控制单元连接，多传动单元与其它控制单元连接，其特征在于主控制单元与目标位置扫描单元连接，主控制单元与交换机连接，目标位置扫描单元与交换机连接，交换机与起重机维护和监视单元连接。
2、 如权利要求1所述的散货自动化卸船系统，其特征在于主控 制单元与中央监控室连接，主控制单元与司机室控制台连接。
3、 如权利要求1或2所述的散货自动化卸船系统，其特征在于 抓斗控制单元包括与主控制单元连接的第一调速器和第一编码器，第 一调速器和第一编码器连接，第一编码器和开闭电机连接，开闭电机 与抓斗连接，主控制单元还与第二调速器和第二编码器连接，第二调 速器和第二编码器连接，第二编码器和支持电机连接，支持电机与起 重机的抓斗连接。
4、 如权利要求1或2所述的散货自动化卸船系统，其特征在于 目标位置扫描单元采用目标位置传感器，该目标位置传感器安装在起 重机前大梁一侧的下方，正对船型的中心线。
5、 一种散货自动化卸船方法，其特征在于它包含以下步骤A、 将起重机大车移动到正对船形中心线的位置，目标位置扫描单元扫描 船舱及物料并将扫描情况传送给主控制单元，主控制单元根据扫描情 况在司机室控制台和中央监控室同时形成物料表面还原图形；B、主 控制单元自动产生优化路径，在司机室控制台和中央监控室显示该优 化路径，等待司机确认，司机确认后，主控制单元命令多传动单元控 制起重机进行自动卸船；C、起重机抓斗抓取物料后，目标位置扫描 单元对作业区域进行扫描，主控制单元自动生成抓斗的返程点，同时 也形成相应的物料表面还原图形；D、根据物料表面还原图形判断抓 斗作业完毕后，主控制单元命令推耙机将船舱内残留物料堆积，目标 位置扫描单元扫描后，主控制单元再次命令起重机抓斗抓取物料，同 步骤C，直至完全卸船。
全文摘要
本发明公开了一种散货自动化卸船系统，其特征在于主控制单元与目标位置扫描单元连接，主控制单元与交换机连接，目标位置扫描单元与交换机连接，交换机与起重机维护和监视单元连接。在本发明中，目标位置扫描单元自动对船舱进行扫描，实现船舱位置和物料分布的自动检测，主控制单元根据检测结果自动产生优化的卸船路径，并通过多传动单元控制执行卸船机各机构电机的驱动控制。司机室控制台和中央监控室均与主控制单元连接，可以根据实际情况中断自动卸船过程，对设备进行干涉和调整。本发明的优点在于能够实现整舱连续自动卸船功能，提高作业效率和保障安全性能，达到实现散货码头全自动化的目的。
文档编号B65G67/60GK101112961SQ200610029358
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月25日 优先权日2006年7月25日
发明者包起帆 申请人:包起帆