一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统的制作方法

本发明涉及在大型海洋平台上使用的可自动定位、寻迹和完成挂钩操作的机器人系统，尤其涉及一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统，属于特种车辆保障作业技术领域。

背景技术：

二十一世纪是海洋的世纪，我国“十三五”发展规划明确提出积极拓展蓝色经济空间，重点发展深水、绿色、安全的海洋高技术，维护海洋权益，建设海洋强国。其中，大型舰船是海上运输和作业的重要平台，舰船上的货物或设备的移动和起吊是必不可少的工作内容之一。需要各种功能的辅助设备，其中特种车辆就是一类重要的辅助设备，如：起重车、甲板牵引车、救援车等，快速移动和吊装货物或设备是这些特种车辆的主要作业内容之一。由于受到海洋风、洋流、海浪作用以及自身运动的影响，舰船经常会产生横摇、纵摇、横荡、纵荡等运动，使得在甲板上的货物、设备和特种车辆随着平台一起运动，而且起吊装置中的吊钩一般都是用钢索与吊臂相连，容易发生摆动。因此，快速而可靠地完成动平台甲板上货物的挂钩作业是一个难题。图像识别技术和人工智能控制理论的发展，为这一难题的解决提供了新的途径。设计和研发具有自动定位、寻迹和完成挂钩操作的智能系统，具有的工程实用价值。

技术实现要素：

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统，快速精确地完成风浪晃动环境下甲板货物的定位和挂钩作业。

2、技术方案：

基于智能车辆和机器视觉定位技术，发明了一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统，见附图，该系统包括舰船、甲板、起重车辆、钢索、吊钩、载运平台、电控系统、车轮、举升装置、超声波传感器、机械臂、摄像头、重物和吊环。它们之间的关系是：起重车辆、钢索、吊钩、载运平台、电控系统、车轮、举升装置、超声波传感器、机械臂、摄像头、重物和吊环均位于舰船的甲板上；吊钩通过钢索与起重车辆相连；车轮安装于载运平台的底部，电控系统和举升装置安装于载运平台的上部；超声波传感器位于载运平台的前部；机械臂安装于举升装置上；摄像头位于举升装置的顶部；载运平台、电控系统、车轮、举升装置、超声波传感器、机械臂和摄像头共同组成了一个智能挂钩机器人系统；吊钩夹持于机械臂的中部；吊环位于重物的上部。

所述起重车辆，为舰船甲板上工作的特种车辆，负责起吊和牵拉重物的作业，钢索和吊钩是起重车辆中起重装置的一部分；

所述载运平台为自制件，动力为电动，包含锂电池模块、车架承载装置和摆动缓冲补偿装置，驱动方式为四轮轮毂电机驱动，为了减重，车架材料为t300级碳纤维增强环氧基复合材料，成型工艺为热压罐，摆动缓冲补偿装置采用磁流变弹性体材料；

所述电控系统为自制件，其功能为处理摄像头传感器和超声波传感器的信号，并控制整个挂钩机器人系统的运动和动作，包含图像识别定位模块、导航模块、电机驱动模块、控制模块和人机交互模块，处理器采用ti公司的tms320系列芯片；

所述车轮为自制件，使用橡胶外胎，碳纤维增强环氧基复合材料轮毂，车轮内安装有轮毂电机，将动力、传动和制动装置都整合在轮毂内，轮毂电机选用英国proteanelectric外转子轮毂电机，尺寸根据车轮的尺寸而定；

所述举升装置为自制件，为电控液压举升系统，其功能是调整挂钩和机械臂的高度；

所述超声波传感器为市购件，其功能是探测障碍物，并将信号传输给电控系统，帮助进行路径规划，型号为上海禾田电子的ht40c16tr-2；

所述机械臂为自制件，由两个夹钳组成，可以展开和闭合，采用q235钢材机加工而成，经过淬火和防锈喷漆处理；

所述摄像头为市购件，型号为sonyp0001，其功能是拍摄重物及吊环的图像，并将数据传送给电控系统；

所述吊环为自制件，在其上喷涂有特定的颜色和条纹，便于图像识别和定位。

3、本发明“一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统”，其优点如下：

(1).本发明可以节省舰船上的人力，提高工作效率，提升舰船上起重车辆的保障作业能力。

(2).可以实现风浪摇晃环境下柔性挂钩与挂环的自动快速连接，控制精度高，有助于实现舰船平台作业的自动化和无人化。

总之，该系统可以实现风浪摇晃环境下舰船甲板上起重车辆的快速挂钩作业，提高特种车辆柔性挂点定位和连接控制精度，提升摇摆环境下特种车辆保障作业能力。

附图说明

附图是本发明一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统的示意图。

图中符号说明如下：1-舰船、2-甲板、3-起重车辆、4-钢索、5-吊钩、6-载运平台、7-电控系统、8-车轮、9-举升装置、10-超声波传感器、11-机械臂、12-摄像头、13-重物、14-吊环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：

如附图所示，本发明一种大型舰船上起重车辆用自动挂钩系统，包括以下部件：舰船1、甲板2、起重车辆3、钢索4、吊钩5、载运平台6、电控系统7、车轮8、举升装置9、超声波传感器10、机械臂11、摄像头12、重物13和吊环14。

它们之间的关系是：起重车辆3、钢索4、吊钩5、载运平台6、电控系统7、车轮8、举升装置9、超声波传感器10、机械臂11、摄像头12、重物13和吊环14均位于舰船1的甲板2上；吊钩5通过钢索4与起重车辆3相连；车轮8安装于载运平台6的底部，电控系统7和举升装置9安装于载运平台6的上部；超声波传感器10位于载运平台6的前部；机械臂11安装于举升装置9上；摄像头12位于举升装置9的顶部；载运平台6、电控系统7、车轮8、举升装置9、超声波传感器10、机械臂11和摄像头12共同组成了一个智能挂钩机器人系统；吊钩5夹持于机械臂11的中部；吊环14位于重物13的上部，为吊钩5的目标。

所述舰船1为带有甲板2的大型吨位舰船，满载排水吨位在10000吨以上，考虑其在海浪环境下的工况，选取四级海况作为本发明的极限工况；

所述起重车辆3，为舰船1上工作的特种车辆，负责起吊和牵拉重物的作业，在海浪环境下会随着舰船1和甲板2一起晃动；

所述钢索4和吊钩5是起重车辆3中起重装置的一部分，钢索4为柔性的；

所述吊钩5为起重车辆3的自带部件，不需要进行改装；

所述载运平台6为自制件，属于智能移动装置，动力为电动，包含锂电池模块、车架承载装置和摆动缓冲补偿装置，驱动方式为四轮轮毂电机驱动，为了减重，车架材料为t300级碳纤维增强环氧基复合材料，成型工艺为热压罐，摆动缓冲补偿装置采用磁流变弹性体材料；

所述电控系统7为自制件，包含图像识别定位模块、导航模块、电机驱动模块、控制模块和人机交互模块，处理器采用ti公司的tms320系列芯片；

所述车轮8为自制件，橡胶外胎，碳纤维增强环氧基复合材料轮毂，车轮内安装有轮毂电机，将动力、传动和制动装置都整合在轮毂内，轮毂电机选用英国proteanelectric外转子轮毂电机，尺寸根据车轮8的尺寸而定；

所述举升装置9为自制件，为电控液压举升系统；

所述超声波传感器10为市购件，用于探测障碍物，并将信号传输给电控系统7，帮助进行路径规划，型号为上海禾田电子的ht40c16tr-2；

所述机械臂11为自制件，由两个夹钳组成，可以展开和闭合，采用q235钢材机加工而成，经过淬火和防锈喷漆处理；

所述摄像头12为市购件，型号为sonyp0001，用于拍摄重物14及吊环13的图像；

所述重物13为甲板2上需要移动的货物；

所述吊环14为重物13上用于起吊的装置，在吊环14上喷涂有特定的颜色和条纹，便于图像识别和定位；

如附图所示，本发明所涉及的舰船1常常需要在深海航行，由于受到海洋风、洋流、海浪作用以及自身运动的影响，甲板2及上面的物体会产生摆动，在此工况下进行重物13的吊装或牵引移动作业，需要将吊钩5准确可靠且快速地挂在吊环14上，而吊钩5往往很重，一般都在120kg以上，使用本发明可以自动完成此项海上作业，具体实施方式如下：建立甲板2的全局坐标系，通过摄像头12拍摄重物13上吊环14的图像，根据吊环14上预先标记的颜色和条纹特征进行图像识别，从预先标定好的摄像机实时拍摄的一帧图像中提取人工标志的某些特征元素的像面参数，利用其投影前后的几何关系，计算出吊环14的位置；电控系统7进行规划载运平台6的运动路径，驱动车轮8向目标移动，借助超声波传感器10探测并避开运动路径上的障碍物；载运平台6上的机械臂11载着吊钩5运动到重物13的位置后，通过举升装置9调整好吊钩5的高度，机械臂11进行动作完成挂钩任务，将吊钩5挂在吊环14上；机械臂11松开，释放出吊钩5；载运平台6携带挂钩机器人装置返回到原位。

本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。