耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于疏浚工程測(cè)量設(shè)備，尤其是耙吸挖泥船在施工狀態(tài)下耙臂姿態(tài)測(cè)量和位置顯示的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在耙吸挖泥船施工過(guò)程中，可分為放耙、挖泥、起耙三個(gè)過(guò)程。在整個(gè)操作過(guò)程中，需要施工操作人員時(shí)刻注意耙臂的使用狀態(tài)。在放耙階段，需要通過(guò)控制絞車將耙臂從甲板上提起后，移動(dòng)到舷側(cè)，將耙臂慢慢放入水中。在起耙階段，需要通過(guò)控制絞車將耙臂從水中提起后，慢慢收回甲板并固定在相應(yīng)的位置上。而在挖泥過(guò)程中，需要通過(guò)控制絞車來(lái)控制耙臂在水中的施工狀態(tài)。因此需要一套測(cè)量并顯示耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)的系統(tǒng)。
[0003]傳統(tǒng)的耙臂姿態(tài)系統(tǒng)僅僅只顯示耙臂在水下的施工狀態(tài)，忽略了耙臂本身的地理參數(shù)，并沒(méi)有提供坐標(biāo)參數(shù)，因此很難結(jié)合水深圖來(lái)劃定施工的路線。同時(shí)舊的系統(tǒng)同樣存在精度不高，模塊處理速度不快等問(wèn)題，同時(shí)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)傳輸鏈路性能的滯后，影響到了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠幫助操作人員精確掌握耙臂在水下施工狀態(tài)時(shí)的姿態(tài)，同時(shí)能夠提供耙臂當(dāng)前地理坐標(biāo)參數(shù)的系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備包括有耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量顯示系統(tǒng)和耙臂位置顯示系統(tǒng)，由一套耙臂設(shè)備及位于疏?？刂婆_(tái)的可編程控制器、一套獲得船舶GPS位置的GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦組成，耙臂上安裝有檢測(cè)耙臂角度變化的上耙管水平角度傳感器和上耙管垂直角度傳感器、下耙管水平角度傳感器和下耙管垂直角度傳感器、檢測(cè)耙臂吸口狀態(tài)變化的吸口到位傳感器和吸口壓力傳感器、以及檢測(cè)耙頭旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器和對(duì)地角度傳感器，上述各個(gè)傳感器的安裝位置是:上耙管垂直角度傳感器安裝于上耙管側(cè)邊垂直處；上耙管水平角度傳感器安裝于上耙管水平面處；下耙管垂直角度傳感器安裝于下耙管側(cè)邊垂直處；下耙管水平角度傳感器安裝于下耙管水平面處；吸口到位傳感器、吸口壓力傳感器安裝于吸口處，前者檢測(cè)耙臂是否和吸口連接，后者用于計(jì)算當(dāng)前吸口深度；對(duì)地角度傳感器和旋轉(zhuǎn)角度傳感器，前者安裝在耙頭上，用于測(cè)量耙唇的對(duì)地角度，后者安裝在下耙管靠近萬(wàn)向節(jié)處，用來(lái)測(cè)量下耙管的旋轉(zhuǎn)程度；通過(guò)耙臂角度傳感器的角度變化、吸口處傳感器的狀態(tài)變化及耙頭處角度傳感器的旋轉(zhuǎn)角度變化來(lái)確定耙臂的姿態(tài)；上述各個(gè)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)電纜與姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接；姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與位于疏?？刂婆_(tái)的可編程控制器的采集系統(tǒng)相連接；所述GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路相連接，GPS信標(biāo)機(jī)安裝于駕駛室頂部，用來(lái)獲得安裝位置處的WGS84坐標(biāo)；電羅經(jīng)安裝于駕駛室航行臺(tái)正中間，用來(lái)獲得相對(duì)于平面坐標(biāo)系的偏移角度；數(shù)據(jù)通過(guò)TCP網(wǎng)關(guān)將所有采集到的設(shè)備信息匯總至計(jì)算機(jī)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終輸出至人機(jī)界面。
[0006]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果:基于上述耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備能夠通過(guò)各傳感器的檢測(cè)信號(hào)，確定耙臂各部分的位置狀態(tài)。在耙臂施工過(guò)程中，由耙臂角度傳感器不斷檢測(cè)耙臂的角度變化，計(jì)算出耙臂萬(wàn)向節(jié)處的角度變化，算出耙頭及萬(wàn)向節(jié)處的深度；由吸口處壓力傳感器的壓力值變化計(jì)算出吸口深度；通過(guò)耙頭旋轉(zhuǎn)角度及對(duì)地角度傳感器的變化，可以計(jì)算出耙頭當(dāng)前的狀態(tài)及耙頭本身的相對(duì)于垂直面上高度。結(jié)合角度變化、耙管深度變化、耙頭的深度變化及耙臂自身參數(shù)可以精確的顯示出耙臂在水下的姿態(tài)；基于上述耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的位置測(cè)量，通過(guò)安裝在船上的GPS信標(biāo)機(jī)及電羅經(jīng)，轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)獲得GPS信標(biāo)機(jī)的平面坐標(biāo)及船體所在坐標(biāo)系相對(duì)于平面坐標(biāo)系的偏移角度；通過(guò)GPS安裝在船體的具體位置(即GPS在船體坐標(biāo)系的參數(shù))，根據(jù)船體安裝耙臂的設(shè)計(jì)參數(shù)即可以計(jì)算出耙臂的具體位置(船體坐標(biāo)系中的位置)。最后結(jié)合之前計(jì)算的偏移角度及船體坐標(biāo)系中的位置通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換至平面坐標(biāo)系并算出耙臂的平面坐標(biāo)?；谏鲜霭椅谀啻冶圩藨B(tài)測(cè)量設(shè)備的顯示，根據(jù)計(jì)算出來(lái)的角度信息，將耙臂姿態(tài)以動(dòng)態(tài)圖的形式顯示在人機(jī)界面上，以便操作人員可以通過(guò)畫(huà)面準(zhǔn)確的掌握耙臂在水下的實(shí)時(shí)姿態(tài)。同時(shí)獲得了耙臂的坐標(biāo)參數(shù)，方便其他系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型的傳感器安裝位置示意圖。
[0008]圖2是本實(shí)用新型的原理圖。
[0009]圖3是本實(shí)用新型的信號(hào)輸入輸出示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本實(shí)施方式包括有耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量顯示系統(tǒng)和耙臂位置顯示系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，由一套耙臂設(shè)備及位于疏浚控制臺(tái)的可編程控制器、一套獲得船舶GPS位置的GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦組成，耙臂上安裝有檢測(cè)耙臂角度變化的上耙管水平角度傳感器I和上耙管垂直角度傳感器2、下耙管水平角度傳感器3和下耙管垂直角度傳感器4、檢測(cè)耙臂吸口狀態(tài)變化的吸口到位傳感器和吸口壓力傳感器7、以及檢測(cè)耙頭旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器5和對(duì)地角度傳感器6。
[0011]上述各個(gè)傳感器的安裝位置是:
[0012]1、上耙管水平角度傳感器安裝于上耙管水平面處，用來(lái)測(cè)量上耙管水平角度；
[0013]2、上耙管垂直角度傳感器安裝于上耙管側(cè)邊垂直處，用來(lái)測(cè)量上耙管垂直角度；
[0014]3、下耙管水平角度傳感器安裝于中間彎管水平面處，用來(lái)測(cè)量下耙管水平角度；
[0015]4、下耙管垂直角度傳感器安裝于下耙管側(cè)邊垂直處，用來(lái)測(cè)量下耙管垂直角度；
[0016]5、旋轉(zhuǎn)角度傳感器安裝在下耙管靠近萬(wàn)向節(jié)處，用來(lái)測(cè)量下耙管的旋轉(zhuǎn)程度；
[0017]6、對(duì)地角度傳感器安裝在耙頭上用于測(cè)量耙唇的對(duì)地角度；
[0018]7、吸口到位傳感器、吸口壓力傳感器安裝于吸口處，前者檢測(cè)耙臂是否和吸口連接，后者用于計(jì)算當(dāng)前吸口深度。
[0019]通過(guò)耙臂角度傳感器的角度變化、吸口處傳感器的狀態(tài)變化及耙頭處角度傳感器的旋轉(zhuǎn)角度變化來(lái)確定耙臂的姿態(tài)；上述各個(gè)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)電纜與耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接；所述GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備所屬的控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路相連接，GPS信標(biāo)機(jī)安裝于駕駛室頂部，用來(lái)獲得安裝位置處的WGS84坐標(biāo)；電羅經(jīng)安裝于駕駛室航行臺(tái)正中間，用來(lái)獲得船體坐標(biāo)系相對(duì)于平面坐標(biāo)系的偏移角度；數(shù)據(jù)通過(guò)TCP網(wǎng)關(guān)將所有采集到的設(shè)備信息匯總至計(jì)算機(jī)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終輸出至人機(jī)界面。
[0020]耙吸挖泥船施工過(guò)程中，上垂直和下垂直角度傳感器不斷檢測(cè)耙臂垂直方向上的角度變化，同時(shí)也可以算出萬(wàn)向節(jié)處的角度變化。根據(jù)這些角度變化結(jié)合三角函數(shù)可以算出此時(shí)耙頭、萬(wàn)向節(jié)相對(duì)于彎管(即吸口)處的深度變化。上水平和下水平垂直角度不斷檢測(cè)耙臂水平方向上的角度變化，就可以算出耙臂在水平面上的偏移量。根據(jù)吸口壓力傳感器處獲得的壓力值，算出吸口此時(shí)所處的深度值，然后通過(guò)吸口到位傳感器判斷彎管是否移動(dòng)到吸口處，當(dāng)傳感器激活后判斷處彎管已經(jīng)移動(dòng)到吸口處，即可算出當(dāng)前彎管的深度。根據(jù)耙唇對(duì)地角度結(jié)合耙唇的設(shè)計(jì)參數(shù)可以計(jì)算出耙唇在垂直方向的高度。根據(jù)耙頭深度、萬(wàn)向節(jié)深度、彎管深度及耙唇高度，水平偏移量，結(jié)合角度傳感器及耙頭設(shè)計(jì)參數(shù)可以計(jì)算出耙臂的當(dāng)前姿態(tài)。
[0021]通過(guò)GPS獲得當(dāng)前安裝在船舶上這個(gè)點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)，并將該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)。根據(jù)實(shí)船測(cè)量獲得GPS安裝在船舶上的位置，以船舶的中心線為縱軸，船的尾部橫截面線為橫軸，建立船體的坐標(biāo)系，獲得GPS在船體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。通過(guò)電羅經(jīng)的測(cè)量，計(jì)算獲得船體坐標(biāo)系相對(duì)于平面坐標(biāo)系的偏移角度。在船體坐標(biāo)系中，根據(jù)GPS的坐標(biāo)及船體的設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得耙臂在船體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。然后通過(guò)之前測(cè)量的相對(duì)偏移角度及船體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)的計(jì)算公式，獲得耙臂的平面坐標(biāo)，最后轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備，包括有耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量顯示系統(tǒng)和耙臂位置顯示系統(tǒng)，由一套耙臂設(shè)備及位于疏?？刂婆_(tái)的可編程控制器、一套獲得船舶GPS位置的GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦組成，耙臂上安裝有檢測(cè)耙臂角度變化的上耙管水平角度傳感器和上耙管垂直角度傳感器、下耙管水平角度傳感器和下耙管垂直角度傳感器、檢測(cè)耙臂吸口狀態(tài)變化的吸口到位傳感器和吸口壓力傳感器、以及檢測(cè)耙頭旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器和對(duì)地角度傳感器，上述各個(gè)傳感器的安裝位置是:上耙管垂直角度傳感器安裝于上耙管側(cè)邊垂直處；上耙管水平角度傳感器安裝于上耙管水平面處；下耙管垂直角度傳感器安裝于下耙管側(cè)邊垂直處；下耙管水平角度傳感器安裝于下耙管水平面處；吸口到位傳感器、吸口壓力傳感器安裝于吸口處，前者檢測(cè)耙臂是否和吸口連接，后者用于計(jì)算當(dāng)前吸口深度；對(duì)地角度傳感器和旋轉(zhuǎn)角度傳感器，前者安裝在耙頭上，用于測(cè)量耙唇的對(duì)地角度，后者安裝在下耙管靠近萬(wàn)向節(jié)處，用來(lái)測(cè)量下耙管的旋轉(zhuǎn)程度；通過(guò)耙臂角度傳感器的角度變化、吸口處傳感器的狀態(tài)變化及耙頭處角度傳感器的旋轉(zhuǎn)角度變化來(lái)確定耙臂的姿態(tài)；上述各個(gè)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)電纜與姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接；姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與位于疏浚控制臺(tái)的可編程控制器的采集系統(tǒng)相連接；所述GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路相連接，GPS信標(biāo)機(jī)安裝于駕駛室頂部，用來(lái)獲得安裝位置處的WGS84坐標(biāo)；電羅經(jīng)安裝于駕駛室航行臺(tái)正中間，用來(lái)獲得相對(duì)于平面坐標(biāo)系的偏移角度；數(shù)據(jù)通過(guò)TCP網(wǎng)關(guān)將所有采集到的設(shè)備信息匯總至計(jì)算機(jī)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終輸出至人機(jī)界面。
【專利摘要】耙吸挖泥船耙臂姿態(tài)測(cè)量設(shè)備，由耙臂設(shè)備及可編程控制器、GPS信標(biāo)機(jī)及電羅經(jīng)與控制電腦組成，耙臂上安裝水平角度傳感器和垂直角度傳感器、吸口到位傳感器和吸口壓力傳感器、檢測(cè)耙頭旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器和對(duì)地角度傳感器，其特征是：所述耙臂水平角度傳感器、垂直角度傳感器、吸口到位傳感器、吸口壓力傳感器、耙頭旋轉(zhuǎn)角度傳感器和對(duì)地角度傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)電纜與姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接；姿態(tài)測(cè)量位置顯示系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與可編程控制器的采集系統(tǒng)相連接；GPS信標(biāo)機(jī)及船舶艏向的電羅經(jīng)與控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路相連接。
【IPC分類】E02F5/28, E02F3/90
【公開(kāi)號(hào)】CN204753675
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520250212
【發(fā)明人】戴文伯, 肖曄, 倪璘罡, 周雨淼, 陶潤(rùn)禮
【申請(qǐng)人】中交疏浚技術(shù)裝備國(guó)家工程研究中心有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日