专利名称：一种散货码头自动化装船系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及港口码头设备技术领域，特别是涉及一种散货码头自动化装船系统。
背景技术：
随着经济全球化的发展，散货特别是煤炭的海运量在不断地增长。散货码头作为散货货物主要水运装卸基地，在物流行业中占有非常重要的地位。在散货码头，由于散货粉尘造成了比较恶劣的作业环境，对检测设备和技术有较苛刻的要求，因此，目前国内外港口散货装卸系统自动化程度较低，基本上靠人工现场操作，作业效率与作业安全性完全取决于司机与现场操作人员的熟练程度。而采用现场人工操作，一方面由于散货码头恶劣的工作条件(粉尘、噪声等)会危害现场工作人员的身心健康，另一方面由于恶劣的工作条件和长时间的货物装载，极易引起工人疲劳，造成事故。虽然目前已经采取了多从安全保护装置，但是由于人作为机械操作控制核心地位没有改变，依旧存在着各种不安全因素。目前，中国在集装箱码头方面做了大量的自动化方向的研究和试验，并取得了大量成果。但是，对于散货码头而言，由于散货形状不规则、船形复杂、装船工艺复杂等因素的制约，散货码头的自动化还鲜有解决方案。尽管现状不利于散货码头自动化的发展，但随着国际航运以及散货物流的持续发展，散货码头的自动化改造是必然趋势。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够在无人条件下实现自动装船，提高生产效率，保障生产安全的散货码头自动化装船系统。为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是—种散货码头自动化装船系统，其特征在于，包括二维激光雷达扫描装置、扫描驱动机构、无线通讯系统、嵌入式控制器、自动装船PLC控制器、旋转编码器；所述二维激光雷达扫描装置与所述扫描驱动机构连接，用于进行全船三维扫描；所述扫描驱动机构为两轴驱动机构，所述两轴驱动机构包括水平旋转轴和垂直旋转轴组成，所述两轴驱动机构中的水平旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置垂直旋转，所述两轴驱动机构中的垂直旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置水平旋转；所述水平旋转轴和垂直旋转轴分别通过伺服电机驱动，所述伺服电机上安装有伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与所述嵌入式控制器连接，所述伺服电机驱动器接收所述嵌入式控制器的指令对二维激光雷达扫描装置进行位置控制；所述旋转编码器安装于溜桶上，用于实时获得溜桶的旋转角度；所述旋转编码器与所述自动装船PLC控制器，所述嵌入式控制器分别与所述二维激光雷达扫描装置和自动装船PLC控制器连接，所述嵌入式控制器用于接收所述二维激光雷达扫描装置的扫描数据，并进行图像处理和三维重建，完成对船舱位置、船舱尺寸、船倾、落料形状及碰撞检测的识别，并将识别后的数据送到所述自动装船PLC控制器；所述嵌入式控制器通过所述无线通讯系统接收中控中心的指令和排船作业数据；所述自动装船PLC控制器与装船机连接，用于装船机的运行控制。所述二维激光雷达扫描装置与所述嵌入式控制器之间采用光纤传输信息。所述伺服电机与所述嵌入式控制器之间采用光纤传输信息。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是1、本实用新型的自动化装船系统通过二维激光雷达扫描装置和旋转编码器的组合组成检测部件，通过嵌入式控制器和自动装船PLC控制器执行指令，能够在无人条件下自动完成装船作业，同时能够在完全无人的情况下，自主对不同的不安全动作加以约束和处置，提高了生产效率，保障了生产安全。2、本实用新型的自动化装船系统采用二维激光雷达扫描装置采集全船三维轮廓，由于其采用双回波原理，在测量中能够有效过滤粉尘、昆虫等干扰物体，并能在大雨、起雾等恶劣天气条件下使用。而且，体积小、重量轻。3、本实用新型的自动化装船系统通过一套两轴运动机构带动激光雷达进行多个角度多个维度的扫描，并通过嵌入式控制器转换得到三维轮廓扫描。4、本实用新型的自动化装船系统中溜桶上安装旋转编码器，在自动化作业时可以实时获知溜筒的旋转角度，通过自动装船PLC控制器直接对溜桶的角度进行控制。5、本实用新型的自动化装船系统雷达通讯信号、伺服控制信号选择光纤传输，能够避免干扰。
图1所示为本实用新型一种散货码头自动化装船系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型一种散货码头自动化装船系统的示意图如图1所示，包括二维激光雷达扫描装置、扫描驱动机构、无线通讯系统、嵌入式控制器、自动装船PLC控制器、旋转编码器；所述二维激光雷达扫描装置与所述扫描驱动机构连接，用于进行全船三维扫描。所述扫描驱动机构为两轴驱动机构，所述两轴驱动机构包括水平旋转轴和垂直旋转轴组成，所述两轴驱动机构中的水平旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置垂直旋转，所述两轴驱动机构中的垂直旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置水平旋转；所述水平旋转轴和垂直旋转轴分别通过伺服电机驱动，所述伺服电机上安装有伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与所述嵌入式控制器连接，所述伺服电机驱动器接收所述嵌入式控制器的指令对二维激光雷达扫描装置进行位置控制。所述旋转编码器安装于溜桶上，用于实时获得溜桶的旋转角度；所述旋转编码器与自动装船PLC控制器连接，通过自动装船PLC控制器直接对溜桶的角度进行控制。所述嵌入式控制器分别与所述二维激光雷达扫描装置和自动装船PLC控制器连接，所述嵌入式控制器用于接收所述二维激光雷达扫描装置的扫描数据，并进行图像处理 和三维重建，完成对船舱位置、船舱尺寸、船倾、落料形状及碰撞检测的识别，并将识别后的 数据送到所述自动装船PLC控制器；所述嵌入式控制器通过所述无线通讯系统接收中控中 心的指令和排船作业数据。[0028]所述自动装船PLC控制器与装船机连接，用于装船机的运行控制。[0029]所述二维激光雷达扫描装置与所述嵌入式控制器之间采用光纤传输信息。[0030]所述伺服电机与所述嵌入式控制器之间采用光纤传输信息。[0031]使用本实用新型的散货码头自动化装船系统进行装船时，包括如下步骤[0032]首先接收来自中控中心调度的作业数据，包括落料顺序、落料重量、泊位信息、船 头位置以及船型等数据。[0033]接下来，装船机在船舶上方行走并启动二维激光雷达扫描装置进行船舱位置定位 扫描，获得舱口位置信息并最终将溜桶停于第一个作业的舱口上方。[0034]之后，二维激光雷达扫描装置进行船舱扫描并将溜桶进入船舱进行单舱作业，在 该舱完成落料后，自动换舱至下一个船舱作业。如此反复直到所有船舱装船完成。所有装 船顺序和落料重量，全部参考中控中心调度发送的作业计划数据。[0035]然后，进行全船平舱作业，移动溜桶至第一个平舱的船舱舱口位置，激光雷达进行 船舱扫描并确定平舱落料点和落料量，将溜桶放入船舱并进行平舱，在该舱完成平舱后，自 动换舱至下一个船舱平舱。如此反复直到所有船舱平舱完成[0036]最后，装船机恢复作业前姿态并告知中控调度装船作业完成。[0037]具体操作为[0038]准备阶段作业指令下达，装船机进入自动化控制阶段。由于装船机并不知道船舱 的具体方位，因此需要配合二维激光雷达扫描装置进行一次寻舱过程，通过二维激光雷达 扫描装置进行全船扫描并将扫描识别数据与排船系统的信息数据进行对比一致后，开始进 入首舱进入动作。[0039]进舱过程在自动化装船中，需要多次经历此阶段。溜桶进入船舱时，首先将装船 机运行至该舱上方大致位置(根据寻舱过程中确定的大致位置)，然后进行一次扫描，确定 舱口的精确尺寸以及舱内已有物料的高度后，且计算得出溜桶最佳停放位置以及装船机机 构运动后，将溜桶放入舱内。[0040]装舱过程在自动化装船中，需要多次经历此阶段。每次溜桶进舱后，根据港口煤 码头的操作规程进行落料。落料的主要依据有落料总量、船倾、“先四周后中间”、物料最高 点等参数。以上参数均有皮带秤、装船机编码器以及二维激光雷达扫描装置实时扫描加以 保证。[0041]落料总量达到排船计划的要求后，则进行换舱作业。在自动化装船中，需要多次经 历此阶段。在换舱时，首先发送指令要求供料皮带斗轮机等停机，并等待延时，直至皮带上 的物料全部落尽后，开始进行换舱动作。[0042]根据排船计划，确定下一个船舱位置。首先升起溜桶并启动二维激光雷达扫描装 置实时监测运动方向侧障碍物干涉问题，直到确定溜桶高度能够满足在行进过程中不发生 碰撞后，开始控制溜桶向下一个舱位移动，移动过程中，二维激光雷达扫描装置向下打出激 光幕墙实时进行防撞保护。直到溜桶移动到下一个舱位上时，则开始进行进舱过程。[0043]装船机最后一遍落料则为平舱过程，在自动化装船中，需要多次经历此阶段。在溜桶进舱后，二维激光雷达扫描装置首先对舱内物料进行一次全面扫描，确定多个最低点为平舱位置。在雷达实时扫描下，对多个点进行来回落料作业，直到多个最低点被填平(最高与最低点之差不大于I米，且最高点不高于船舱保证舱盖正常闭合)。若此时仍有部分物料没有落下，则装船机控制溜桶在舱内物料顶部均匀落料直到达到落料总量。结束阶段，将溜桶离开船舱并升至最高点。同时将装船结束后的数据(结束时间，实际落料总量等)发送回后台调度。在整个作业过程中，遇到任何需要中断作业的情况下，司机可以随时解除自动化作业并进入人工作业。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种散货码头自动化装船系统，其特征在于，包括二维激光雷达扫描装置、扫描驱动机构、无线通讯系统、嵌入式控制器、自动装船PLC控制器、旋转编码器；所述二维激光雷达扫描装置与所述扫描驱动机构连接，用于进行全船三维扫描；所述扫描驱动机构为两轴驱动机构，所述两轴驱动机构包括水平旋转轴和垂直旋转轴组成，所述两轴驱动机构中的水平旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置垂直旋转，所述两轴驱动机构中的垂直旋转轴带动所述二维激光雷达扫描装置水平旋转；所述水平旋转轴和垂直旋转轴分别通过伺服电机驱动，所述伺服电机上安装有伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与所述嵌入式控制器连接，所述伺服电机驱动器接收所述嵌入式控制器的指令对二维激光雷达扫描装置进行位置控制；所述旋转编码器安装于溜桶上，用于实时获得溜桶的旋转角度；所述旋转编码器与所述自动装船PLC控制器；所述嵌入式控制器分别与所述二维激光雷达扫描装置和自动装船PLC控制器连接，所述嵌入式控制器用于接收所述二维激光雷达扫描装置的扫描数据，并进行图像处理和三维重建，完成对船舱位置、船舱尺寸、船倾、落料形状及碰撞检测的识别，并将识别后的数据送到所述自动装船PLC控制器；所述嵌入式控制器通过所述无线通讯系统接收中控中心的指令和排船作业数据；所述自动装船PLC控制器与装船机连接，用于装船机的运行控制。
2.根据权利要求1所述的散货码头自动化装船系统，其特征在于，所述二维激光雷达扫描装置与所述嵌入式控制器之间采用光纤传输信息。
3.根据权利要求1所述的散货码头自动化装船系统，其特征在于，所述伺服电机与所述嵌入式控制器之间米用光纤传输信息。
专利摘要本实用新型公开了一种散货码头自动化装船系统，而提供一种能够在无人条件下实现自动装船，提高生产效率，保障生产安全的装船系统。包括二维激光雷达扫描装置、扫描驱动机构、无线通讯系统、嵌入式控制器、自动装船PLC控制器、旋转编码器。二维激光雷达扫描装置与扫描驱动机构连接，用于进行全船三维扫描。扫描驱动机构为两轴驱动机构，水平旋转轴带动二维激光雷达扫描装置垂直旋转，垂直旋转轴带动二维激光雷达扫描装置水平旋转；旋转编码器安装于溜桶上，用于实时获得溜桶的旋转角度；嵌入式控制器分别与二维激光雷达扫描装置和自动装船PLC控制器连接。该系统能够在无人条件下自动完成装船作业，自主对不同的不安全动作加以约束和处置。
文档编号B65G67/60GK202880501SQ20122049267
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者张茂林, 宓为建, 李强, 田保东, 董席亮, 宓超, 沈阳, 何鑫, 薛 润 申请人:天津港中煤华能煤码头有限公司, 上海海事大学