一种用于散货码头的自动装船换舱方法与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，具体为一种用于散货码头的自动装船换 舱方法。


背景技术：

2.全球贸易一体化的发展促进了全球范围内对散料运输的需求。从大类商 品来看，矿石、煤炭、粮食等散货分布不均衡，海运量也不断提升。伴随着 这一发展的是散货大船的不断更新，这就需要港口装卸设备的控制功能不断 更新。
3.传统的装船机换舱过程中，需要把装船机大臂收缩，然后仰到最高处， 接着沿着轨道移动装船机到目标位置，最后伸出大臂，并将大臂降到目标位 置。这个过程大概需要持续20分钟，既影响工作效率，又造成能源浪费。并 且装船机司机在工作过程中，由于现场恶劣的环境和长时间的货物装载，极 易引起人员疲劳，而且受视角、粉尘等因素限制，容易发生装船机溜筒与船 舱、船盖碰撞的风险，因此实现自动装船换舱，可以提高作业效率和质量， 降低工作人员作业强度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于散货码头的自动装船换舱方法，以解决 上述背景技术中提出的实现自动装船换舱，提高作业效率和质量，降低工作 人员作业强度的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于散货码头的自动 装船换舱方法，该用于散货码头的自动装船换舱方法包括如下步骤：
6.s1：通过管控系统获取船舶号码，确定船型，通过三维激光扫描仪扫描 确定船舱位置，通过船舶姿态检测仪确定船舶姿态；根据装船计划，确定装 船机移动的目标舱。
7.s2：通过船舶姿态检测仪实时监控船舶姿态，根据船舶姿态及船舶坐标 确定目标舱对舱点；
8.s3：确定对舱点后，根据当前位置和目标舱对舱点的位置偏差确定装船 机移动及其大臂伸缩俯仰的移动路线，进而建立装船机的运动路线。
9.优选的，所述船舱位置的确定是通过安装在装船机臂架上三维激光扫描 仪的扫描数据，对船舶进行建模确定船舱位置。
10.优选的，所述对舱点设置有五个。
11.优选的，所述对舱点的五个点分别为船舱中心位置o，与船舱口里杆、外 杆距离p的位置，与船舱口前、后方向距离q的位置点。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现装船机换舱作业路 径的自动规划，确保装船换舱作业安全高效的完成。
附图说明
13.图1为本发明对舱点示意图；
14.图2为本发明船舶倾斜角度坐标系示意图；
15.图3为本发明装船机大臂的抬高角度示意图；
16.图4为本发明装船机要位移示意图；
17.图5为本发明装船机大臂俯仰的目标角度示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明提供一种用于散货码头的自动装船换舱方法，实现装船机换舱作 业路径的自动规划，确保装船换舱作业安全高效的完成，该用于散货码头的 自动装船换舱方法包括如下步骤：
20.s1：通过管控系统获取船舶号码，确定船型，通过扫描确定船舱位置， 通过船舶姿态检测仪确定船舶姿态，船舱位置的确定是通过安装在装船机臂 架上三维激光扫描仪的扫描数据，对船舶进行建模确定船舱位置；根据装船 计划，确定装船机移动的目标舱。
21.s2：通过船舶姿态检测仪实时监控船舶姿态，根据船舶姿态及船舶坐标 确定目标舱对舱点，对舱点设置有五个，分别为船舱中心位置o，与船舱口里 杆、外杆距离p的位置，与船舱口前、后方向距离q的位置点；
22.s3：确定对舱点后，根据当前位置和目标位置确定装船机移动及其大臂 伸缩俯仰的移动路线，找到当前位置和目标舱对舱点的位置偏差，进而建立 装船机的运动路线。
23.实施例
24.通过管控系统获取船舶号码，进而确定船型，采集安装在装船机臂架上 三维激光扫描仪的扫描数据，对船舶进行建模，确定船舱的位置，采集船舶 姿态检测仪数据确定船舶姿态；
25.装船机换舱是根据装船计划，将装船机从当前舱移动到目标舱，为了保 证换舱时间最短，在保证移舱安全的前提下，尽可能的缩短换舱过程中装船 机与大臂的移动距离；
26.实时监控船舶姿态，根据船舶姿态及船舶坐标确定目标舱对舱点，设置5 个对舱点，如图1所示，船舱中心位置o，与船舱口里杆、外杆距离p的位置， 与船舱口前、后方向距离q的位置点，假设船舱长、宽分别为m、n，溜筒直 径为d，防碰撞安全阈值为g，则
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由于船舶是刚性物体，所以船舶每个位置的倾斜角度都一致，因此我们 直接采集
船舶姿态检测仪的数据来确定对舱点，要确定具体采用哪个点位对 舱，需要观察船舶的四个方向的船舶姿态(里杆、外杆、前位、后位)，船舶 倾斜角度以船舶姿态检测仪为坐标原点，垂直于中轴线外杆方向为x轴正方 向，平行于船中轴线向后方向为y轴正方向，垂直向上为z轴正方向，xoz面 倾斜角度作为横滚角α，yoz面的倾斜角度作为俯仰角β，如图2所示，其中 α≥0为外杆高于里杆，β≥0为船舶后高于前；
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观察看横滚角和俯仰角的偏差大小，若横滚角度不小于俯仰角，即|α|≥|β|， 则定位4号位或者5号位，在此基础上若α＞0，则对舱5号位，反之，对舱4 号位，若横滚角度小于俯仰角，即|α|＜|β|，则定位3号位或者4号位，在此基 础上若β＞0，则对舱2号位，反之，对舱1号位；
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确定对舱点后，根据当前位置和目标位置确定装船机移动及其大臂伸缩 俯仰的移动路线，对船舶模型进行分析，采用三维激光扫描仪数据对船舶建 模，找到当前位置和目标舱对舱点的位置偏差，进而建立装船机的运动路线；
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为了保证装船移舱过程安全性，选择两舱之间最高点作为大臂抬高的最 低点，船舶模型以装船机轨道原点为坐标原点，水平平行于海岸方向为x轴， 水平垂直于海岸方向为y轴，垂直向上为z轴，根据船舶模型，扫描出两舱 之间最有可能发生碰撞的船玮、舱口、舱盖的高度，并计算出最高高度；
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为了防止装船机换舱移动过程中，大臂溜筒与船舱发生碰撞，在设置路 径时，先抬高大臂，使大臂最低处高于船舶最高处，假设移舱过程中，大臂 整体长度(固定部分l1+可伸缩部分l2)为l，装船机大臂俯仰支撑点位置高 度为h，船舶最高处为e，溜筒长度为f，设定安全阈值为t，则装船机大臂 的抬高角度为如图3所示；
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抬高大臂之后，装船机开始进车行走，移动到目标位置，受到风力、浪 等各方面的影响，船舶的停靠与岸边可能存在一定的倾斜角度，因此需要对 目标点进行位置换算，得到待移动的位置，以假设轮船航向角为θ，当前溜筒 对应的位置坐标为a(x1，y1，z1)，目标位置坐标为b(x2，y2，z2)，则装船 机要向前移动的距离为如图4所示；
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移动到目标位置以后，装船机将大臂下放到目标位置，同时伸缩大臂， 使得大臂整体长度为y2，则伸缩部分目标长度为l2＝y2-l1，俯仰的目标角度 为如此便对舱成功，如图5所示。
[0036]
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发 明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部 件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均 可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行 穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局 限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方 案。