本发明涉及码头起重机械作业技术领域，尤其涉及一种码头岸边起重机械智能运行系统及运行方法。
背景技术
目前，码头装卸货物使用的岸边起重机械分为门机和岸桥两大类设备，其操控仍由人工在机械上的操作室内进行。由于岸边起重设备的操作室都在空中，货物在下部，作业人员需长时间低头作业，对操作人员颈椎损害非常大。又由于操作人员视线条件较差，距离较远，操作难度大，对操作人员的熟练程度要求非常高，一名优秀的操作人员成长非常不容易，也对作业效率造成较大影响。近年来为优化操作人员的工作环境，行业内对集装箱的岸桥采用远程操控方式，实现了操作人员远离现场环境进行作业，减轻了操作人员劳动强度。但对干散货、件杂货等货物形状变化大、大小不固定的货物，则不能采用远程操控的方式进行岸边起重设备的操作，仍由人在岸边起重设备上的操作室内进行操控，也就无法实现远程操作，更难的智能操作就更不能实现了。岸边起重设备操作工是个艰苦工种，急需一种方式把作业人员从恶劣环境解放出来，并减少职业伤害，提升作业效率。
经检索，中国专利公开号：cn103072902b，公告日：2015.2.18，公开了一种岸边集装箱起重机，该起重机具有穿越并安装于前后上横梁上的两根悬臂梁，所述两根悬臂梁的间距近似等于欲装卸船的相邻舱的间距，所述起重机的外形尺寸在沿船长的方向上的宽度小于或者等于相邻舱的总宽度。由于该集装箱起重机的两个悬臂梁的间距能够保证两根梁上的吊具分别位于欲装卸的相邻舱的上方，因此该起重机可以同时装卸相邻舱。同时由于起重机在船长方向上的宽度不超过相邻舱间距的总宽度，所以可以通过两台或者多台该起重机靠拢协同工作，同时装卸多个相邻舱甚至全船各舱，解决了目前世界上所有岸边集装箱起重机不能同时装卸相邻舱的难题，也大大提高了装卸集装箱的效率。但该申请针对形状、大小不确定的货物的操作过程中，需人眼远距离观察判断货物位置，再操作岸边起重设备，控制吊具到达吊装货物所需位置，实现吊装作业，操作反复繁杂，定位精确度差。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术对形状、大小不确定的货物的吊装过程中定位精确度差的问题，本发明提供了一种码头岸边起重机械智能运行系统及运行方法。由无人机代替人工进行抵近观察，无人机由人远程操控，或由智能控制系统操控，无人机使用精确定位技术代替人工确定货物精确空间位置，智能控制系统操控吊具到达需要的精确位置，完成吊装作业。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种码头岸边起重机械智能运行系统，包括岸边起重机械、机上操作室、远程人工控制平台、岸边起重机械定位装置、吊具定位装置、上滑轮组定位装置和吊具，还包括无人机和智能控制系统；其中：机上操作室固定安装于岸边起重机械的上部，智能控制系统安装于机上操作室内；吊具通过钢丝绳升降式连接于岸边起重机械的悬臂上，以实现人工操作模式、人工远程操作模式或智能运行模式的岸边起重机械的工作模式；远程人工控制平台通过智能控制系统远程通讯操控无人机，通过无人机自带摄像头，实时拍摄货仓相对位置的影像资料信息并传递给智能控制系统，无人机还测量船舶主要货仓信息及相对于码头岸壁的信息传递给智能控制系统，智能控制系统实时收集岸边起重机械定位装置、吊具定位装置和上滑轮组定位装置的位置信息，再控制吊具到达货仓的指定位置，实现吊装操作，精确定位可用gps、北斗卫星导航系统或移动通讯定位技术。充分利用无人机灵活机动的优势，使用其精确定位技术确定货物精确空间位置，由智能控制系统或人工控制无人机采集货物的位置信息反馈给智能控制系统，再通过智能控制系统操控吊具到达作业货物上方，下降至作业货物相接触，实施抓取或吊取作业，操作简单，定位精确，可针对不同形状、大小的货物，并避免了当吊具移动幅度过大时一方面会损坏船舶，另一方面会造成货物损失，人员操作也易疲劳，特别容易形成操作人员颈锥慢性伤害(机上操作室在高处，吊装时需要频繁的低头观察而形成颈椎慢性伤害)的问题。
进一步地，吊具上连接有吊具定位装置，吊具定位装置和上滑轮组定位装置向智能控制系统发送实时精确定位信息，能够配合无人机进行精准定位吊装。
进一步地，无人机、岸边起重机械定位装置和吊具定位装置均内置定位模块；智能控制系统与无人机、岸边起重机械定位装置和吊具定位装置、上滑轮组定位装置均向智能控制系统实现实时通讯，以实时判断起岸边重机械、无人机和吊具的精确三维坐标，并通过远程人工平台与相邻岸边起重机械上的智能控制系统实时通讯，还通过远程人工控制平台实时掌握相邻岸边重机械占用空间，控制各设备避免互相碰撞而造成操作风险。
进一步地，无人机为多功能无人机，能实现自身位置、船舶定位、船舶及货仓空间精确位置测量、货物形状与空间精确位置测量、风速测量、影像资料信息收集并向智能控制系统实时传送，由智能控制系统进行实时纠偏，从而实时应对复杂多变的岸边环境。
进一步地，岸边起重机械包括门机与岸桥；门机包括上部回转部分相对码头岸线的角度模块、俯仰角度模块以及吊具滑轮精确定位模块；岸桥包括安装于钢绳上部滑轮小车上与吊具滑轮上的精确定位模块，多角度定位，配合无人机的定位进行多重定位，进一步提高定位的精确度。
进一步地，还包括设置于岸边起重机械上的无人机回收站；无人机回收站内置充电站与无人机固定装置。
一种码头岸边起重机械智能运行系统的运行方法，步骤为：
步骤一、规划运行轨迹：智能控制系统规划无人机活动空间，指挥无人机抵近对船舶及其货仓进行定位测量，根据测量结果控制无人机到达需作业货物上方进行精确测量，反馈测量结果并计算需作业货物的形状与精确位置；
步骤二、吊装：智能控制系统引导无人机避开吊具运行轨迹，引导操控吊具到达作业货物上方，下降至作业货物相接触，实施抓取或吊取作业，并通过岸边起重机械的悬臂转移。
一种码头岸边起重机械智能运行系统的运行方法，步骤为：
步骤一、规划运行轨迹：智能控制系统规划无人机活动空间，人工远程通讯，通过智能控制系统指挥无人机抵近对船舶及其货仓进行定位测量，根据测量结果控制无人机到达需作业货物上方进行精确测量，反馈测量结果并计算需作业货物的形状与精确位置；
步骤二、吊装：通过智能控制系统引导无人机避开吊具运行轨迹，人工远程通讯，通过智能控制系统通过无人机确定需作业货物及精确位置，引导操控吊具到达作业货物上方，下降至作业货物相接触，实施抓取或吊取作业，并通过岸边起重机械的悬臂转移。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明提供的一种码头岸边起重机械智能运行系统，充分利用无人机灵活机动的优势，使用其精确定位技术确定货物精确空间位置，由智能控制系统或人工控制无人机采集货物的位置信息反馈给智能控制系统，再通过智能控制系统操控吊具到达作业货物上方，下降至作业货物相接触，实施抓取或吊取作业，操作简单，定位精确，可针对不同形状、大小的货物，并避免了当吊具移动幅度过大时一方面会损坏船舶，另一方面会造成货物损失，人员操作也易疲劳，特别容易形成操作人员颈锥慢性伤害(机上操作室在高处，吊装时需要频繁的低头观察而形成颈椎慢性伤害)的问题；
(2)本发明提供的一种码头岸边起重机械智能运行系统，多功能无人机可向智能控制系统实时传送自身位置、船舶定位、船舶及仓室空间精确位置测量、货物形状与空间精确位置测量、风速测量、影像资料信息收集与传递。多功能无人机可通过智能控制系统受人工远程通讯控制，可通过影像资料信息实现对需作业货物精确定位，智能控制系统根据货物精确定位，控制吊具到达指定位置，实现吊装操作；
(3)本发明提供的一种码头岸边起重机械智能运行系统，智能控制系统与多功能无人机、岸边起重机械定位装置、为吊具进行定位的装置实现实时通讯，以实时判断起岸边重机械本身、多功能无人机、岸边起重机械定位装置、吊具的精确三维坐标以及各种设备占用空间，并与相邻岸边起重机械上的智能控制系统实施通讯，实时掌握相邻重机械占用空间，控制各设备避免碰撞；
(4)本发明提供的一种码头岸边起重机械智能运行系统，无人机回收充电站是为了保证岸边起重机械连续作业，而无人机更换电池不能连续作业时，使用多台无人机轮流作业，轮流充电而设置；当岸边起重机械停止作业时用于回收无人机；
(5)本发明提供的一种码头岸边起重机械智能运行系统，智能控制系统规划无人机活动空间，指挥无人机对船舶及其货物进行定位测量，根据结果控制无人机到达需作业货物上方进行精确测量，根据测量结果计算需作业货物的形状与精确位置，引导无人机避开吊具运行轨迹，引导操控吊具到达货物上方，下降至货物相接触，实施抓取或吊取作业。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、本发明的通讯信号传递图。
附图中：1、岸边起重机械；2、船舶；3、货仓；4、无人机；5、机上操作室；6、智能控制系统；7、无人机回收站；8、吊具；9、上滑轮组定位装置；10、岸边起重机械定位装置；11、远程人工控制平台；11、远程人工控制平台；12、悬臂；81、吊具定位装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种码头岸边起重机械智能运行系统，如图1所示，包括岸边起重机械1、机上操作室5、远程人工控制平台11、吊具定位装置81、上滑轮组定位装置9和吊具8，岸边起重机械1上连接有岸边起重机械定位装置10，还包括无人机4和智能控制系统6；其中：机上操作室5固定安装于岸边起重机械1的上部，智能控制系统6安装于机上操作室5内；吊具8通过钢丝绳升降式连接于岸边起重机械1的悬臂12上，以实现人工操作模式、人工远程操作模式或智能运行模式的岸边起重机械1的工作模式，吊具8上连接有上滑轮组定位装置9和吊具定位装置81，可以均通过置入定位芯片实现，以达到精确定位的目的；远程人工控制平台11置于岸边起重机械1底部，通过智能控制系统6远程通讯操控无人机4，通过无人机4自带摄像头，实时拍摄货仓相对位置的影像资料信息并反馈给智能控制系统6，无人机4还测量船舶2主要货仓3信息及相对于码头岸壁的信息传递给智能控制系统6，智能控制系统6实时收集岸边起重机械定位装置10、吊具定位装置81和上滑轮组定位装置9的位置信息，并通过智能控制系统6引导无人机4避开吊具8运行轨迹，引导操控吊具8到达作业货物上方，再控制吊具8到达货仓3的指定位置，实现吊装操作。
在本实施例中，无人机4精确定位可用gps、北斗卫星导航系统或移动通讯定位技术，无人机4可采用多旋翼无人机平台，其升力由多旋翼通过与空气进行相对运动的反作用获得，多个旋翼对称分布在机身框架上，并设有防护栏进行保护。多旋翼无人机平台搭载飞行控制计算机、动力驱动装置等、精确定位与通讯装置。飞行控制计算机完成无人机的姿态与航向的稳定与控制、速度控制、起飞与着陆控制与避障飞行等飞行任务。其中gps/北斗导航仪通过卫星定位，将无人机4所处三维空间的具体位置通过信号处理单元反馈回飞行控制计算机，确保无人机精确定位。也可使用移动通讯精确定位系统实现精确定位。充分利用无人机4灵活机动的优势，使用其精确定位技术确定货物精确空间位置，由智能控制系统6或人工控制无人机4采集货物的位置信息反馈给智能控制系统6，再通过智能控制系统6操控吊具8到达作业货物上方，下降至作业货物相接触，实施抓取或吊取作业，操作简单，定位精确，可针对不同形状、大小的货物，并避免了当吊具8移动幅度过大时一方面会损坏船舶2，另一方面会造成货物损失，人员操作也易疲劳，特别容易形成操作人员颈锥慢性伤害(机上操作室5在高处，吊装时需要频繁的低头观察吊具与货物状态，而形成颈椎慢性伤害)的问题。
实施例2
本实施例的一种码头岸边起重机械智能运行系统，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：吊具8通过吊具定位装置81升降式连接在岸边起重机械1的悬臂12上，吊具定位装置81和上滑轮组定位装置9向智能控制系统6发送实时精确定位信息，能够配合无人机4进行精准定位吊装。无人机4、岸边起重机械定位装置10和吊具定位装置81均内置定位模块；智能控制系统6与无人机4、岸边起重机械定位装置10和吊具定位装置81、上滑轮组定位装置9均向智能控制系统6实现实时通讯，以实时判断起岸边重机械1、无人机4和吊具8的精确三维坐标，并与相邻岸边起重机械1上的智能控制系统6实时通讯，还通过远程人工控制平台11实时掌握相邻岸边重机械1占用空间，控制各设备避免互相碰撞而造成操作风险。
实施例3
本实施例的一种码头岸边起重机械智能运行系统，基本结构同实施例1或2，不同和改进之处在于：无人机4为多功能无人机，能实现自身位置、船舶2定位、船舶2及货仓3空间精确位置测量、货物形状与空间精确位置测量、风速测量、影像资料信息收集并向智能控制系统6实时传送，由智能控制系统进行实时纠偏，从而实时应对复杂多变的岸边环境。
本实施例的码头岸边起重机械智能运行系统，根据岸边起重机械1的位置信息与多功能无人机自身位置、船舶2定位、船舶2及货仓3空间精确位置测量、货物形状与空间精确位置测量、风速测量、影像资料信息收集并向智能控制系统6实时传送，智能控制系统6得到岸边起重机械1的实时空间位置与多功能无人机运行状态，于此通过智能控制系统6对无人机的预期飞行参数、路线与任务载荷工作的规划，并对无人机进行起降操纵、飞行航路控制、任务载荷控制以及数据链控制。多功能无人机安装有数据传输无线电和飞行控制无线电电路，通过微波信号与智能控制系统6连接，对无人机进行飞行控制与图像传输。智能控制系统6显示并记录无人机的飞行状态参数、航迹，并接收任务吊舱系统采集的图像，进行下一步分析与处理，由智能控制系统6进行实时纠偏，从而实时应对复杂多变的岸边环境。
实施例4
本实施例的一种码头岸边起重机械智能运行系统，基本结构同实施例1至3任一，不同和改进之处在于：岸边起重机械1包括门机与岸桥；门机包括上部回转部分相对码头岸线的角度模块、俯仰角度模块以及吊具滑轮精确定位模块；岸桥包括安装于钢绳上部滑轮小车上与吊具滑轮上的精确定位模块，多角度定位，配合无人机的定位进行多重定位，进一步提高定位的精确度。
本实施例的码头岸边起重机械智能运行系统的运行方法，步骤为：
步骤一、规划运行轨迹：如图2所示，智能控制系统6规划无人机4活动空间，上滑轮组定位装置9和吊具定位装置81向智能控制系统6反馈吊具8及滑轮组位置信息；人工远程通讯，通过智能控制系统6指挥无人机4抵近对船舶2及其货仓3进行定位测量，根据测量结果控制无人机4到达需作业货物上方进行精确测量，反馈测量结果并计算需作业货物的形状与精确位置；
步骤二、吊装：通过智能控制系统6引导无人机4避开吊具8运行轨迹，人工远程通讯，通过智能控制系统6通过无人机4确定需作业货物及精确位置，引导操控吊具8到达作业货物上方，下降至作业货物接触，实施抓取或吊取作业，并通过岸边起重机械1的悬臂12转移。
实施例5
本实施例的一种码头岸边起重机械智能运行系统，基本结构同实施例4，不同和改进之处在于：还包括设置于岸边起重机械上的无人机回收站7；无人机回收站7内置充电站与无人机固定装置进一步地，岸边起重机械的悬臂12上还设置有备用吊具及其定位模块，可实现同时吊装以及不间断吊装的目的。。
本实施例的码头岸边起重机械智能运行系统的运行方法，步骤为：
步骤一、规划运行轨迹：如图2所示，智能控制系统6规划无人机4活动空间，上滑轮组定位装置9和吊具定位装置81向智能控制系统6反馈吊具8及滑轮组位置信息；人工远程通讯，通过智能控制系统6指挥无人机4抵近对船舶2及其货仓3进行定位测量，根据测量结果控制无人机4到达需作业货物上方进行精确测量，反馈测量结果并计算需作业货物的形状与精确位置；
步骤二、吊装：通过智能控制系统6引导无人机4避开吊具8运行轨迹，人工远程通讯，通过智能控制系统6通过无人机4确定需作业货物及精确位置，引导操控吊具8到达作业货物上方，下降至作业货物接触，实施抓取或吊取作业，并通过岸边起重机械1的悬臂12转移。
步骤三、无人机轮替：当无人机4电量报警时，通过智能控制系统6引导无人机4返回无人机回收站7进行充电，并引导另一无人机4重复步骤一和二的工作。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。