桥式抓斗卸船机全自动系统

可 能会 造成设 备 的损 害 和 寿命 的缩 短 。因 此 ， 需 要 开发 一 种桥 式抓 斗 卸船 机 的全 自动 控 制 系 统 ， 解决
上述 一 系列 问题 。
２ 系 统 组 成
桥 式 抓 斗 卸 船 机 全 自动 控 制 系 统 主 要 由 卸 船 机
定 位 系统 、 激光 扫 描 系统 、 虚拟 三维 图形 成 像 系 统 、 抓 斗导 航定 位 系统 、 控制 系统组 成 ， 结构 见 图 １ 。
作工 的经 验和 判 断能力 。不 同熟 练程 度 的操作 工对 卸船机 的转运 能力 有 较 大 的 影 响 ， 因此熟 练 的高 级
卸船 机操 作工 成 为 了各 大港 口争 抢 的重要 资 源 。在 抓斗 完成 抓取 之后 从船 舱转 运物 料 至卸料 斗 的这个 过程 中 ， 期 间抓斗 运 行 轨迹 的规 划 和 控 制 直 接决 定 了单 次抓 取作 业 的 时 间 ， 从 而 决 定 了卸 船 机 的 转运
轴双 轴驱 动装 置 ， 实 现从 点 扫 描 到 １ 维 线 扫 描 再 到 ２维 面扫描 ， 最终 实现 ３维立 体 扫描 。
能力 。此 外 ， 由于 抓 斗 下 落至 船 舱 中抓 取 物 料 的过
程， 是 由人工操 作 来 实 现 的 ， 操 作 人 员 的情 绪 、 状 态 乃 至天 气状 况都 有 可 能 引起 误 操 作 ， 造 成 抓 斗 与 船 舱发 生 碰撞 事故 ； 同时 人 工操 作带 来 的过 载 等 因 素
Ｇ Ｐ Ｓ系统 ） ， 可 以将 定 位 信 息 精 确 到 厘 米 级 甚 至
０ ． ３ ％， 整个 数据 处理 过程 均 由高速计 算机处 理 器来
进行 ， 数 据 采用 以太 网协议 接 口， 直 接与 图形处 理服
毫 米级 ， 并 且响应 速 度快 ， 可 以满足 抓 斗式卸 船 机 的 定 位应 用要 求 。
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扫描 ， 得 出船 舱 、 甲板 、 舱 内物 料 轮 廓 表 面 中任 意 一
个 点 与激光 扫描 仪之 间 的距离 。激 光扫描 仪 的检测
距 离 可达 到 １ ０ ０ ｍ， 数据刷新频率达到 １ ０～１ ５ Ｈ ｚ ，
每秒可 以进 行 １ ０次 轮 廓 扫 描 ， 扫 描 相 对 误 差 小 于
港 口装 卸
２ ０ １ ３年 第 ５期 （ 总第 ２ １ ２期 ）
桥 式 抓 斗 卸 船 机 全 自 动 系 统
泰 富重工制造有限公司 周 泉
ｌ 前 言
桥 式 抓 斗 卸船 机 主要 用 于散 货 船 的卸 船 作 业 ， 由于其 较 高 的转 运 能 力 （目前 其额 定 生 产 能力 已经 可 以达 到 ３ ０ ０ ０ ｔ ／ ｈ ） ， 已经 成 为 国 内外 各 大 型散 货 港 口的 主要卸船 设 备 。桥式 抓斗卸 船 机 的生产 能力 取决 于其 抓斗 的抓 取能 力 和抓斗 运行 效率 。而抓斗 抓取 能力 取决 于抓 取 的物料 量 。虽然 抓斗 斗容 是一 定的， 但是 抓取 的实 际 物料 量 取 决 于 操 作 工选 取 的 物料抓 取 点 ， 以及抓 斗 的关 闭时机 ， 这 往往 取决 于操
２ ． １ 卸 船 机 定 位 系统
图 ２ ３ Ｄ 激 光 扫 描 仪
３ Ｄ激 光扫 描仪 固定 于驾驶 舱底 部 ， 在 卸 船作 业
过 程 中激光 扫描 仪对 船舱 舱 口和舱 内区域进 行 动态
卸 船机 的定 位 系统摒 弃 了 以往 传统 的编 码器 定 位 方式 ， 因为编码 器 定位 系统 会产 生 累积误 差 ， 经常 需 要进 行位 置标 定 ， 容 易 对 控 制 系 统 的精 度 造 成 影 响 。采 用先 进 的实 时动态 差分 Ｇ Ｐ Ｓ系 统 （ 简称 Ｒ Ｔ Ｋ
图 １
桥 式 抓 斗卸 船 机 全 自动 控 制 系统
Ｌ ＭＳ系列 ３ Ｄ激 光 扫 描 仪 （ 见图２ ） 构成 ， 激 光 扫 描
仪通 过 飞行 时间距 离 检 测 法 ， 即 由激光 束 从 激 光 扫 描仪 射 出至物 体表 面 ， 而后 物 体 表 面反 射 的激 光 又 被激 光 扫描仪 接 收的整个 时间来计 算反 射点 与激光 扫描 仪 之间 的距 离 ， 通 过 激 光 扫 描 仪 内 部 的 —ｙ
坐标值 ， 并通过 Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｇ Ｌ图形处 理软件构 建 出船舱 面 、
甲板面和舱 内的虚拟 三维 数字轮廓 图形。通过 Ｖ Ｃ软 件 开发出 图形处 理和参数设 定的界 面软件 ， 针对激光 扫描 仪进行必要 的参数设定 和修正 ， 同时还 用于监控 激光 扫描仪 的各 种状态 ， 便于激 光扫描仪 的使 用和维 护 。将 Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｇ Ｌ图形处理软件包 内嵌 到界面软件中 ， 还 可以针对扫描 的结果进行 抓取点 的选 择等相关 操作 ， 为全 自动系统 打下坚实基 础。 ２ ． ４ 抓 斗导 航定位 系统
２ ． ２ 激 光 扫 描 系 统 激 光 扫描 系统 相 当于人 的 “ 眼睛” ， 是 机 器 人 视
务 器 的虚拟 图形 处 理 软件 进 行 通 讯 ， 便 于 图形 处 理
服务Fra Baidu bibliotek 接 收并对 数据 进行 处理 和虚 拟重构 。
２ ． ３ 虚 拟 三 维 图 像 成 像 系 统
觉控 制 的主 要检 测 工具 ， 主要 由德 国 Ｒ ｅ ｉ ｇ ｌ 公 司
在３ Ｄ激光扫描仪扫 描到船 舱 、 甲板 、 舱 内的表面
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轮廓数 据之后 ， 将数据 通过 以太 网协议 传送至 图形处 理服务器 ， 图形处理服务器位 于驾 驶舱 内， 其接收到 的 实时数据 为激光扫描仪位于不 同激光发 射角时的角度 及该角度所对应的距离值 。为 了将这些 数据应用于控 制系统的控制过程 ， 还必须进行 图形重构 ， 将接收到 的 数据进行滤波后计算出扫描轮廓 面上 每一个点的三维