基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统的制作方法

本发明涉及通信自动化，具体为基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统。

背景技术：

1、传统抓斗式卸船机设备在作业时仍需专业司机在司机室通过操控手柄进行抓斗入舱、抓料卸船操作。由于抓斗运行到落入抓料过程惯性很大，人工操作抓斗精确抓料位置不易控制，并存在抓斗撞击料舱风险。

2、为改变传统的抓料卸船工艺，降低作业风险、提高作业效率、减轻司机工作强度，引入全自动化作业流程。但是实际自动化作业过程中，由于抓斗机构的特殊性，常规抓斗均为无电源机械机构，无法采用常规高精度定位系统做到实时获取抓斗姿态，在无法获取摆幅数据情况下难以实现闭环系统自动减摇功能。因此，设计检测准确和预警及时的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，包括组件移动模块、模式成像模块和预警提示模块，所述组件移动模块用于系统中抓斗组件的移动控制，所述模式成像模块用于处理组件中抓斗的成像图形，所述预警提示模块用于根据组件的状态选择进行报警和增强稳定性的操作，所述组件移动模块与模式成像模块之间数据连接，所述组件移动模块与预警提示模块之间数据连接，所述模式成像模块与预警提示模块之间数据连接。

3、根据上述技术方案，所述组件移动模块包括gnss定位模块、小车架控制模块和坐标成像模块，所述gnss模块用于验证组件坐标位置准确率，所述小车架控制模块用于抓斗组件的移动操作，所述坐标成像模块用于根据组件位置将其在船舱的具体位置进行模拟坐标处理，所述gnss定位模块与小车架控制模块之间数据连接，所述小车架控制模块与坐标成像模块之间数据连接；

4、所述模式成像模块包括动态识别模块、图像拟合模块和模式判断模块，所述动态识别模块用于对抓斗进行图像捕捉，所述图像拟合模块用于将采集的抓斗图像进行线条拟合化，所述模式判断模块用于判断抓斗的姿态以及其与小车架之间的摆角和角速度数据，所述动态识别模块与图像拟合模块之间数据连接，所述图像拟合模块与模式判断模块之间数据连接；

5、所述预警提示模块包括稳定性测算模块和电子防摇模块，所述稳定性测算模块用于根据模式成像模块结果测算判断抓斗组件的稳定性，所述电子防摇模块用于增加组件的稳定性，所述稳定性测算模块与电子防摇模块之间数据连接。

6、根据上述技术方案，所述小车架控制模块包括高反光单元和滑轨滚动单元，所述高反光单元用于为激光扫描模块提供扫描对象，形成点阵图，所述滑轨滚动单元用于记录抓斗组件在船舱中的移动坐标，所述高反光单元与滑轨滚动单元之间数据连接。

7、根据上述技术方案，所述多激光卸船机抓斗监测系统的运行方法主要包括以下步骤：

8、步骤s1：船舱中抓斗组件进行抓取作业时，实时采集组件数据，同时通过gnss数据编码与陀螺仪装置验证组件位置准确性；

9、步骤s2：扫描抓斗表面反光材料，根据反光数据获取抓斗的图像信息；

10、步骤s3：将采集的图像信息经过模式识别技术处理后，形成拟合图像并计算抓斗的基本数据；

11、步骤s4：预警模块根据采集数据结果对其行动轨迹进行警报分析，并且通监测数据进行加强稳定操作。

12、根据上述技术方案，所述步骤s1进一步包括以下步骤：

13、步骤s11：组件作业时，移动位置进入船舱进行物品抓取工作；

14、步骤s12：坐标成像模块建立坐标系，将此时小车架的位置显示于系统中；

15、步骤s13：当数据信息记录时，实时核对抓斗组件此时位置数据的正确性。

16、根据上述技术方案，所述步骤s2进一步包括以下步骤：

17、步骤s21：在抓斗表面以及小车架前端安装高反光材料；

18、步骤s22：利用两套激光扫描系统实时对抓斗进行动态点云采集并计算点云实时位置；

19、步骤s23：通过图形拟合装置将点阵图像进行数据融合处理。

20、根据上述技术方案，所述步骤s3进一步包括以下步骤：

21、步骤s31：将激光扫描图中的点阵，根据点阵的分布将其分割为各子区域；

22、步骤s32：计算子区域的点阵密集程度q，根据密集程度对图像进行对应的拟合处理；

23、步骤s33：收集区域内点阵图的节点数量w，将点阵子区域的外围节点相连形成闭环子域，并获取其面积e；

24、步骤s34：计算其点阵密集度q，，根据密集程度决定图像拟合程度。

25、根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：

26、步骤s41：读取拟合图像的边缘线条，取图像上方抓斗组件的绳摆范围θ，则该组件的摆角数据为；

27、步骤s42：将图像最外部线条作为抓斗的撑开幅度数据；

28、步骤s43：结合目前抓斗的位置以及抓斗张开程度，从常规抓斗摆动程度判断是否存在磕碰的风险。

29、根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：

30、步骤s41：当抓斗组件与船舱表面产生碰撞风险时，系统自动产生预警警报；

31、步骤s42：分析此时情形是否存在避免碰撞的解决方案，若存在则执行，否则放弃作业；

32、步骤s43：使用闭环防摇功能，事规避风险状态下的抓斗恢复稳定状态。

33、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，使用坐标成像法与定位系统确认抓斗位置，并且使用绝对值编码器、陀螺仪等高精度定位装置，与gnss定位系统进行冗余控制并相互校验检验坐标位置；在抓斗表面使用高反光材料与激光扫描进行结合运行，获取抓斗表面点阵数据形成抓斗拟合图像信息；从图像中分析抓斗姿态数据从而判断是否存在预警风险，同时该系统具有闭环防摇功能，增加抓斗的稳态时间。

技术特征：

1.基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，包括组件移动模块、模式成像模块和预警提示模块，其特征在于：所述组件移动模块用于系统中抓斗组件的移动控制，所述模式成像模块用于处理组件中抓斗的成像图形，所述预警提示模块用于根据组件的状态选择进行报警和增强稳定性的操作，所述组件移动模块与模式成像模块之间数据连接，所述组件移动模块与预警提示模块之间数据连接，所述模式成像模块与预警提示模块之间数据连接。

2.根据权利要求1所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述组件移动模块包括gnss定位模块、小车架控制模块和坐标成像模块，所述gnss模块用于验证组件坐标位置准确率，所述小车架控制模块用于抓斗组件的移动操作，所述坐标成像模块用于根据组件位置将其在船舱的具体位置进行模拟坐标处理，所述gnss定位模块与小车架控制模块之间数据连接，所述小车架控制模块与坐标成像模块之间数据连接；

3.根据权利要求2所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述小车架控制模块包括高反光单元和滑轨滚动单元，所述高反光单元用于为激光扫描模块提供扫描对象，形成点阵图，所述滑轨滚动单元用于记录抓斗组件在船舱中的移动坐标，所述高反光单元与滑轨滚动单元之间数据连接。

4.根据权利要求3所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述多激光卸船机抓斗监测系统的运行方法主要包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述步骤s1进一步包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述步骤s2进一步包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述步骤s3进一步包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述步骤s4进一步包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，其特征在于：所述步骤s4进一步包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了基于多激光传感器的卸船机抓斗实时位置及姿态监测系统，包括组件移动模块、模式成像模块和预警提示模块，所述组件移动模块用于系统中抓斗组件的移动控制，所述模式成像模块用于处理组件中抓斗的点云扫描数据，所述预警提示模块用于根据组件的状态选择进行报警和增强稳定性的操作，该系统使用绝对值编码器、陀螺仪等高精度定位装置，与GNSS定位系统进行冗余控制并相互检验坐标位置；在抓斗表面使用高反光材料与激光扫描进行结合运行，获取抓斗表面点阵数据形成抓斗拟合轮廓特征信息，从中分析抓斗姿态数据从而判断是否存在预警风险，本发明，具有检测准确和预警及时的特点。

技术研发人员：吴宇震,刘金旭,董怡
受保护的技术使用者：山东港口渤海湾港集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12