1.本发明涉及技术领域，具体而言，尤其涉及一种变幅传送式冷藏船卸货系统及工作方法。
背景技术：2.冷藏船作为冷链运输过程中关键的前端载体，是一种专门使海产品、肉类等易腐败食品处于冻结状态而进行转运的运输船舶，承载能力可达数千吨，其卸货方式直接决定了整个冷链运输过程的效率与病毒防控水平。然而，由于冷藏船货舱结构复杂(空间大、舱口小)、舱内温度较低(-20℃)、储运货物无序(种类多、规格杂、摆放乱)等特点，当前针对冷藏船的卸货作业仍然采用传统的人工方式进行。人工卸货方式作业效率低、人力成本大，并且容易增大有害病毒由物向人的传播几率，导致冷藏船卸货作业过程病毒防控出现严重漏洞。对此，本发明针对冷藏船卸货过程提出一套变幅传送式卸货系统及其作业工艺，在充分实现操作少人化的基础上有效提高卸货效率，降低作业成本，并最大限度的降低有害病毒由物向人传播的几率。本发明所涉及的卸货系统及其作业工艺对实现冷藏船卸货作业自动化、智能化、安全化的中长期目标具有促进作用，现实意义较大。
技术实现要素：3.根据上述冷藏船卸货作业存在作业效率低、人力成本大的技术问题，提供一种变幅传送式冷藏船卸货系统及工作方法。本发明主要在尽量不改变传统冷藏船卸货作业方式的基础上，实现少人化甚至无人化作业，提高卸货作业效率，尽量降低有害病毒在冷链上的传播几率，并从长远的角度实现冷藏船卸货作业的自动化与智能化。
4.本发明包含一种变幅传送式冷藏船卸货系统，包括：
5.耙吸模块、变向传送托盘、变幅传送模块、自卸式集货箱、行走模块、正压驾驶室、机器视觉系统、中央控制系统以及储存器；
6.所述变幅传送模块通过铰接联结于机架上，并通过调节电缸伸长量实现变幅传送模块的仰角大小变化，即变幅传送模块远端的高度调节；所述变向传送托盘通过铰接与所述变幅传送模块远端相连，通过所述变幅传送模块下方设置的一对电缸实现相对于所述变幅传送模块的仰角调节；
7.所述耙吸模块通过传送带下方的丝杠螺母机构与导轨安装在所述变向传送托盘上，工作时通过丝杠正反转实现其在所述变向传送托盘上前后滑动完成耙吸货物作业。
8.本发明还包含一种变幅传送式冷藏船卸货工作方法，可实现人工操作或自主作业两种工作模式，包括以下步骤：
9.步骤s1：拔口卸货作业；通过控制液压开关打开冷藏船首层舱门对舱门正下方货物进行卸货作业；
10.步骤s2：卸货系统进入待卸区；通过吊机将卸货系统下放至舱口下方已清空区域，之后行走模块驱动卸货系统运行至舱内货物待卸区；；
11.步骤s3：卸货系统舱内卸货作业；卸货系统靠近待卸货垛，变向传送托盘远端靠近并紧贴待卸载货物，传送托盘丝杠正转驱动耙吸模块靠近并吸取货物包装，耙子收缩实现货物夹紧；丝杠反转，驱动耙吸模块拖动货物至变向传送托盘上；货物由变向托盘传送带转送至变幅传送模块，并随传送带运行直接滑落至自卸式集货箱。
12.步骤s4：卸货箱卸货至出舱转运吊篮；
13.步骤s5：转运吊篮出舱卸货；
14.步骤s6：对货物进行舱外消杀作业；
15.步骤s7：重复步骤s1-s6逐步完成卸货任务。
16.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.由于冷藏船货舱结构复杂(空间大、舱口小)、舱内温度较低(-20℃)、储运货物无序(种类多、规格杂、摆放乱)等特点，当前针对冷藏船的卸货作业仍然采用传统人工方式进行。人工卸货方式作业效率较低、人力成本较大，并且容易增大有害病毒由物向人的传播几率，导致冷藏船卸货作业过程病毒防控出现严重漏洞。为解决冷藏船传统人工卸货作业存在的上述问题，本发明提出一套变幅传送式卸货系统及其作业工艺。
18.变幅传送式卸货系统主要有耙吸模块、变向传送托盘、变幅传送模块、自卸式集货箱(包括重力传感器等)、行走模块、正压驾驶室(包括气压传感器等)、机器视觉系统(包含工业相机、超声波传感器、激光传感器、温度传感器等)、中央控制系统、储存器等组成。在系统结构方面，变幅传送模块通过铰接联结于机架上，可实现变幅传送模块远端的高度调节；变向传送托盘通过铰接与变幅传送模块远端相连，可以确保任意工作位置上变向传送托盘的水平作业方式；耙吸模块通过丝杠螺母机构与导轨实现其在托盘上前后滑动以完成耙吸作业；卸货系统驾驶室采用正压舱形式以最大限度降低病毒传播几率；机器视觉系统设有辅助保温系统以保证其处于合理的工作温度区间中。在系统控制方面，本发明可以利用驾驶室操作实现传统的人工操作模式，或利用机器视觉系统实现整机的自主作业模式。
19.通过本发明所涉及的变幅传送式卸货系统及其作业工艺，冷藏船卸货作业可由传统的人工方式升级为少人化或者自动化方式，从而有效提高卸货效率，节省工期，降低作业成本，并最大限度的降低了病毒由物向人传播的几率。本发明所涉及的基于机器视觉的自动卸货技术，可在一定程度上实现冷藏船卸货作业的自动化与智能化，并相较于传统人工方式具有更好的控制精度与可续性。本发明所涉及的卸货系统及其作业工艺对实现冷藏船卸货作业自动化、智能化、安全化的中长期目标具有促进作用，现实意义较大。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明变幅传送式冷藏船卸货系统示意图；其中，(a)为正面视图；(b)为后侧视图。
22.图2为本发明控制系统示意图。
23.图3为本发明耙吸模块结构示意图。
24.图4为本发明变向传送托盘结构示意图。
25.图5为本发明变幅传送模块结构示意图。
26.图6为本发明自卸式集货箱结构示意图。
27.图7为本发明正压驾驶室结构示意图。
28.图8为本发明行走模块结构示意图。
29.图9为本发明出舱转运吊篮结构示意图。
30.图10为本发明变幅传送式卸货系统作业工艺流程图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.如图1-10所示，本发明提供了一种变幅传送式冷藏船卸货系统，包括：
34.耙吸模块、变向传送托盘、变幅传送模块、自卸式集货箱(包括重力传感器等)、行走模块、正压驾驶室(包括气压传感器等)、机器视觉系统(包含工业相机、超声波传感器、激光传感器、温度传感器等)、中央控制系统以及储存器。
35.作为一种优选的实施方式，在本技术中，所述变幅传送模块通过铰接联结于机架上，并通过调节电缸伸长量实现变幅传送模块的仰角变化，即变幅传送模块远端的高度调节；所述变向传送托盘通过铰接与所述变幅传送模块远端相连，通过所述变幅传送模块下方设置的一对电缸实现相对于所述变幅传送模块的仰角变化，即确保任意工作位置上变向传送托盘的水平作业方式；
36.所述耙吸模块通过传送带下方的丝杠螺母机构与导轨安装在所述变向传送托盘上，工作时通过丝杠正反转实现其在所述变向传送托盘上前后滑动完成耙吸货物作业。
37.在本技术中，机器视觉系统是保证变幅式卸货系统实现舱内自主作业模式的必要手段。一方面，变幅式卸货系统需要依托机器视觉系统对待卸货物包装进行识别，以此实现货物的可靠与精确拾取；另一方面，变幅式卸货系统需要依托机器视觉系统对周围工况进行预判，实现整机系统在舱内行走的自主导航与避障。因此为实现上述功能，在本实施方式中，机器视觉系统包括：工业相机、超声波传感器以及激光传感器；所述工业相机实现对货物包装及周围工况的图像采集与识别；所述超声波传感器与激光传感器主要完成对整机系统的定位与测距。
38.同时，由于本技术所发明的变幅式卸货系统舱内工作环境温度相对较低(≤-20℃)，会直接对机器视觉系统硬件设施的正常工作带来威胁，如工业相机镜头结霜等，因此所述机器视觉系统还具有用于保温的辅助保温系统。作为一种优选的实施方式，本发明的辅助保温系统采用防结霜玻璃实现密封，并用电伴热方式加热，在保证机器视觉系统内外环境有效隔绝的同时实现了良好的视觉透视度。
39.在本技术中，如图3所示，所述耙吸模块包括：吸盘组及可伸缩耙子机构。这样的组合主要是考虑到冷藏船货物包装规格的多样性，吸盘可以吸取表面规整的包装，但是对于表面透气的包装类型，如编织袋等，需要利用耙子增加吸盘吸取的可靠性。吸盘组通过两条导轨安装于变向传送托盘上，底端设有一螺母，螺母联结于传送带下方的丝杠上，随着丝杠的正反转，可以实现吸盘组的前进与后退动作，如图3所示。对于耙子机构，其安装于吸盘组箱体之上，从增大作业范围的角度考虑，其伸缩杆设计成折叠可伸缩形式。工作时，丝杠正转驱动耙吸模块靠近货物包装，吸盘接触包装后吸取货物表面，耙子收缩实现货物夹紧；之后，丝杠反转带动耙吸模块回缩，拖动货物至变向传送托盘上。考虑到冷藏船的低温工作环境，本发明所设计的耙吸模块各关键部件需要采用抗低温材料，如吸盘需要选用硅橡胶材料，丝杠选用耐低温不锈钢材料等。
40.所述变向传送托盘包括：纵向传送带、横向传送带以及楔形托盘；变向传送托盘的后端与所述变幅传送模块通过铰接联结，所述变向传送托盘与所述变幅传送模块间还设置有一对电缸实现变向托盘仰角的自由控制，确保工作时横向传送带工作面可以保持与包装表面平行。
41.如图4所示，传送托盘为楔形结构，一方面实现底层货物(直接放置于舱内甲板的货物)的有效“铲”取，另一方面给传送带、丝杠、导轨以及配套传动装置的安装提供足够空间。考虑到卸货系统工作过程需要频繁启停，货物包装一般为硬质纸箱、冰冻编织袋等形式，工作环境温度为零下20℃，空气潮湿且具有较强的腐蚀性，因此本发明针对变向传送托盘选用动力滚筒输送机构实现传送功能。对于变向托盘铰接仰角控制，本发明选用电缸进行驱动。工作过程中，货物由耙吸模块拖至变向托盘上后，货物直接随着变向传送带运行，实现货物由纵向运动到横向运动的转变。
42.同样地，由于工况特点本发明针对变幅传送模块选用动力滚筒输送机构实现传送功能。对于变幅传送模块的仰角控制，本发明选用一对长颈电缸驱动，如图5所示。工作过程中，两个长颈电缸调节变向托盘的作业高度，高度确定后，由耙吸模块吸取货物，货物由变向托盘传送带转送至变幅传送模块上后，货物直接随着传送带运行并滑落至自卸式集货箱。
43.自卸式集货箱主要有三部分组成，分别为集货箱体、升降电缸以及重力传感器，如图6所示。自卸式集货箱体底面设计为倾斜形式，给电缸安装预留足够空间。自卸式集货箱在宽边开卸货门，卸货门底端设计一电磁阀，用以控制卸货门开合。电缸安装于自卸式集货箱体下，实现自卸式集货箱的自主倾倒作业。当进行作业时，重力传感器判断自卸式集货箱是否满载，如果不满载，则变幅式卸货系统继续利用耙吸模块执行卸货作业；如果满载，则变幅式卸货系统停止耙吸货物并运行到舱口吊篮位置附近，完成集货箱与吊篮相对位置调整后，自卸式集货箱电缸伸长，电磁阀断电，卸货门打开，实现自主卸货作业；卸货之后，电缸缩短，卸货门依靠重力自动关闭，电磁阀通电，卸货门锁紧。
44.所述正压驾驶室设置在整机的右侧，并固定在所述机架平台的上部，具体结构形式如图7所示。正压驾驶室包括驾驶室外壳、操控平台、温控系统、正压系统、厕所模块等组成。正压驾驶室内部设有卸货系统各作业子系统的操控平台，是变幅卸货系统中的人工操作中心，各种类型的人工操作命令均由此处发出。卸货作业环境温度较低，因此本发明在驾驶室内设有温控系统，用以保持驾驶员身处舒适的环境温度之下，提高作业集中力与舒适度。为使驾驶员与舱外环境隔绝避免病毒感染，本发明的驾驶室设有正压系统，确保驾驶室内部气压略高于外部舱内气压，避免舱外受污染空气倒流。另外，正压驾驶室设有厕所模块，避免驾驶员在卸货过程中出舱而带来的繁琐过程，在提高驾驶员驾驶舒适度的同时提高了作业效率。
45.在本技术中，行走模块主要有两部分组成，分别为行走履带与机架平台，如图8所示。本发明的卸货系统工作环境为-20℃且空气潮湿，舱内甲板容易结霜，因此行走系统要具有防滑性能。除此之外，还要充分考虑海水腐蚀问题。综上，本发明针对行走履带选用橡胶材料，可以实现抗低温、耐腐蚀、防滑等目标。作业过程中，行走模块根据作业需要，接收中央控制系统的控制信号，完成不同方向的行走。
46.作为一种优选的实施方式，在本技术中，所述出舱转运吊篮的底面设置有卸货门，通过电磁阀控制所述卸货门的开合动作；所述出舱转运吊篮设置有重力传感器，用以判断所述吊篮的承载情况，当所述吊篮不满载，则保持当前作业流程不变；如果满载，吊机起吊吊篮并运送吊篮于船舱之外，到达卸货地点上方，电磁阀断电，卸货门打开，实现自主卸货作业；卸货之后，卸货门由操作人员协助关闭，电磁阀通电，吊机原路放回吊篮于舱口下方原位置。本发明设置两个以上的吊篮，通过交错起吊卸货的作业方式，减少舱下吊篮装货等待时间，提高作业效率。
47.应用上述系统的一种工作方法，具体的，包括以下步骤：
48.步骤s1：拔口卸货作业；通过控制液压开关打开冷藏船首层舱门，对舱门正下方货物进行卸货作业；
49.操作人员通过控制液压开关打开冷藏船首层舱门并对对舱门正下方货物进行卸货作业。为配合所述卸货系统快速开展卸货作业，舱口正下方货物在装货时预先用网兜进行独立分垛，并逐层逐个摆放于舱口正下方。拔口作业时，依靠少量工人协助完成网兜挂装，利用吊机吊起货物运送至岸边卸货区，之后对货物进行消杀作业。待舱门正下方货物全部被清空并露出完整舱内甲板，则拔口作业结束。
50.步骤s2：卸货系统进入待卸区；通过吊机将卸货系统下放至舱口下方已清空区域，之后通过人工操作模式或者自主作业模式控制卸货系统运行至舱内货物待卸区；对于人工操作模式，操作员可以事先进入正压驾驶室并随卸货系统下放过程一并进入冷藏船货舱，之后于正压驾驶室内进行操作控制卸货系统作业。
51.对于自主作业模式，卸货系统利用机器视觉系统不停地对舱内作业环境进行识别，主要包括货物摆放位置、舱内立柱位置、舱内甲板位置等。机器视觉系统将采集到的环境数据传送给中央控制系统进行处理运算，实现自身位置粗定位。基于采集的环境数据，中央控制系统利用内部的自主避障与轨迹规划算法获得整机舱内行走路径。相关路径数据、位姿形态数据由中央控制系统转化成控制信号，驱动行走模块带动卸货系统驶入待卸货区域。在执行自动操作模式情况下，操作员可以随时通过驾驶室操作人为介入，从而确保作业
的稳定性与安全性。在此阶段，同时需要吊机下放出舱转运吊篮于舱口正下方，确保后续卸货系统卸货作业顺利进行。
52.步骤s3：卸货系统舱内卸货作业；通过控制行走模块驱动卸货系统靠近待卸货垛，并在合适位置停下；卸货系统进入待卸区后，可由操作员于正压驾驶室中进行卸货作业操作。操作员控制行走模块驱动卸货系统靠近待卸货垛，并在合适位置停下。操作员控制变幅传送模块电缸伸长，驱使变幅传送模块远端升高而带动变向传送托盘上升。变向传送托盘在上升过程中要时刻保持上表面处于水平位置。当变向传送托盘远端上升至货垛首层包裹偏下方高度位置时，变幅传送模块电缸停止工作，操作员操控行走模块前进，使变向传送托盘远端靠近并紧贴待卸载货物。
53.操作员控制变向传送托盘的丝杠正转驱动耙吸模块靠近货物包装，吸盘接触包装后吸取货物表面，耙子收缩实现货物夹紧；之后，操作员控制丝杠反转，驱动耙吸模块拖动货物至变向传送托盘之上，货物随着变向传送带运行，实现货物由纵向运动到横向运动的转变。货物由变向托盘传送带转送至变幅传送模块上后，货物直接随着传送带运行并滑落至自卸式集货箱。
54.以上作业流程亦可通过自主作业模式实现，利用机器视觉系统对待卸货垛进行识别，主要包括货物包装的表面信息、类型、规格、数量、摆放形式等信息。货垛信息数据通过无线网络传送至中央控制系统，中央控制系统利用轨迹规划等算法对数据进行处理与运算，得到卸货系统行走路径、变幅传送模块姿态历程、变向传送托盘动作历程等数据。以上数据通过中央控制系统转换成控制信号，驱动卸货系统各分系统或部件完成以上流程。
55.步骤s4：卸货箱卸货至出舱转运吊篮；卸货系统作业过程中，货物随着传送带运输过程不断滑落至自卸式集货箱，自卸式集货箱底部的重力传感器判断自卸式集货箱是否满载。如果集货箱未满载，则返回“继续作业”信号并显示于驾驶室控制台，操作员据此控制卸货系统保持当前作业状态不变而继续卸货；如果集货箱满载，则返回“暂停卸货作业”信号并显示于驾驶室控制台，由操作员控制卸货系统停止耙吸货物动作，使卸货系统退出卸货区并运行到舱口吊篮位置附近，使自卸式集货箱卸货门对准出舱转运吊篮；之后，操作员控制自卸式集货箱电缸伸长，卸货门电磁阀断电，卸货门打开，实现自主卸货作业；卸货之后，操作员控制集货箱电缸回缩，卸货门依靠重力自动关闭，电磁阀通电确保卸货门紧闭。
56.以上过程亦可利用机器视觉系统、中央控制系统、各执行部件等实现自主作业流程。集货箱满载信号发送至中央控制系统，中央控制系统控制机器视觉系统对舱内作业环境进行识别，将采集到的环境数据进行处理运算，实现卸货系统自身位置粗定位并获得卸货作业的舱内行走路径。相关路径数据、位姿形态数据由中央控制系统转化成控制信号，驱动行走模块带动卸货系统驶离卸货区域并驶向转运吊篮。当靠近转运吊篮时，机器视觉系统对吊篮进行精确的形状识别与位置定位，获取的吊篮形状与位置信息传送至中央控制系统，依靠集成于中央控制系统的轨迹与动作规划算法进行处理与计算，获得可实现卸货系统与吊篮可靠配合的姿态动作数据。再由中央控制系统把姿态动作数据转化成控制信号传送至卸货系统各个执行器，实现卸货系统集货箱卸货门与转运吊篮的精准配合。接着，中央控制系统通过向集货箱电缸、电磁阀等部件发送动作指令，完成卸货箱自主卸货作业。在执行该自主作业模式情况下，操作员可以随时通过驾驶室操作人为介入，从而确保卸货作业的稳定性与安全性。
57.步骤s5：转运吊篮出舱；作业过程中转运吊篮不断累积货物，其下方的重力传感器判断转运吊篮是否满载。如果转运吊篮不满载，则返回“继续作业”信号于吊机驾驶室操纵台，吊机操作员基于该信息不采取任何作业动作而继续等待；如果转运吊篮满载，则返回货物“出舱作业”信号于吊机驾驶室操纵台，吊机操作员基于该信息操控吊机吊起吊篮，并把吊篮转运至岸边卸货区位置。吊篮到达卸货位置后，吊机操作员控制吊篮卸货门电磁开关断电，吊篮卸货门打开，货物自行滑落至卸货位置，后续可对货物进行消毒杀菌作业。卸货完成后，由卸货区工作人员协助关闭转运吊篮卸货门，之后吊机操作员控制卸货门电磁开关通电，转运吊篮卸货门锁紧。吊机操作员控制吊机升降作业带动转运吊篮返回船舱内舱口正下方，等待卸货系统卸货。作业过程中，在舱口下方空间允许的情况下，可以同时设置多个转运吊篮，实现转运吊篮舱外卸货的交替协同作业，减少舱下吊篮装货等待时间，从而提高作业效率。
58.步骤s6：对货物进行舱外消杀作业；
59.货物由出舱转运吊篮卸至卸货区后，利用传送带对其进行转运，转运过程中利用箱式消杀装置对货物包装逐个进行病毒消杀。消杀后，利用码垛机器人对货物进行码垛，之后转运至冷藏库房或者利用冷藏厢式货车转运。
60.步骤s7：重复步骤s1-s6逐步完成卸货任务。按照以上作业流程，待冷藏船第一层货舱货物全部由卸货系统清理完毕后，船上作业人员打开第二层货舱舱门，重复步骤s1-s6，完成第二层货物卸货任务。以此例推，分别完成其他层货舱的卸货作业，并最终完成整艘冷藏船的货物卸货工作。
61.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
62.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
63.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。