本發(fā)明涉及在大型海洋平臺(tái)上使用的可自動(dòng)定位、尋跡和完成掛鉤操作的機(jī)器人系統(tǒng)，尤其涉及一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)，屬于特種車(chē)輛保障作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，我國(guó)“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確提出積極拓展藍(lán)色經(jīng)濟(jì)空間，重點(diǎn)發(fā)展深水、綠色、安全的海洋高技術(shù)，維護(hù)海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。其中，大型艦船是海上運(yùn)輸和作業(yè)的重要平臺(tái)，艦船上的貨物或設(shè)備的移動(dòng)和起吊是必不可少的工作內(nèi)容之一。需要各種功能的輔助設(shè)備，其中特種車(chē)輛就是一類(lèi)重要的輔助設(shè)備，如：起重車(chē)、甲板牽引車(chē)、救援車(chē)等，快速移動(dòng)和吊裝貨物或設(shè)備是這些特種車(chē)輛的主要作業(yè)內(nèi)容之一。由于受到海洋風(fēng)、洋流、海浪作用以及自身運(yùn)動(dòng)的影響，艦船經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩等運(yùn)動(dòng)，使得在甲板上的貨物、設(shè)備和特種車(chē)輛隨著平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，而且起吊裝置中的吊鉤一般都是用鋼索與吊臂相連，容易發(fā)生擺動(dòng)。因此，快速而可靠地完成動(dòng)平臺(tái)甲板上貨物的掛鉤作業(yè)是一個(gè)難題。圖像識(shí)別技術(shù)和人工智能控制理論的發(fā)展，為這一難題的解決提供了新的途徑。設(shè)計(jì)和研發(fā)具有自動(dòng)定位、尋跡和完成掛鉤操作的智能系統(tǒng)，具有的工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、發(fā)明目的：

本發(fā)明的目的在于提供一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)，快速精確地完成風(fēng)浪晃動(dòng)環(huán)境下甲板貨物的定位和掛鉤作業(yè)。

2、技術(shù)方案：

基于智能車(chē)輛和機(jī)器視覺(jué)定位技術(shù)，發(fā)明了一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)，見(jiàn)附圖，該系統(tǒng)包括艦船、甲板、起重車(chē)輛、鋼索、吊鉤、載運(yùn)平臺(tái)、電控系統(tǒng)、車(chē)輪、舉升裝置、超聲波傳感器、機(jī)械臂、攝像頭、重物和吊環(huán)。它們之間的關(guān)系是：起重車(chē)輛、鋼索、吊鉤、載運(yùn)平臺(tái)、電控系統(tǒng)、車(chē)輪、舉升裝置、超聲波傳感器、機(jī)械臂、攝像頭、重物和吊環(huán)均位于艦船的甲板上；吊鉤通過(guò)鋼索與起重車(chē)輛相連；車(chē)輪安裝于載運(yùn)平臺(tái)的底部，電控系統(tǒng)和舉升裝置安裝于載運(yùn)平臺(tái)的上部；超聲波傳感器位于載運(yùn)平臺(tái)的前部；機(jī)械臂安裝于舉升裝置上；攝像頭位于舉升裝置的頂部；載運(yùn)平臺(tái)、電控系統(tǒng)、車(chē)輪、舉升裝置、超聲波傳感器、機(jī)械臂和攝像頭共同組成了一個(gè)智能掛鉤機(jī)器人系統(tǒng)；吊鉤夾持于機(jī)械臂的中部；吊環(huán)位于重物的上部。

所述起重車(chē)輛，為艦船甲板上工作的特種車(chē)輛，負(fù)責(zé)起吊和牽拉重物的作業(yè)，鋼索和吊鉤是起重車(chē)輛中起重裝置的一部分；

所述載運(yùn)平臺(tái)為自制件，動(dòng)力為電動(dòng)，包含鋰電池模塊、車(chē)架承載裝置和擺動(dòng)緩沖補(bǔ)償裝置，驅(qū)動(dòng)方式為四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為了減重，車(chē)架材料為t300級(jí)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，成型工藝為熱壓罐，擺動(dòng)緩沖補(bǔ)償裝置采用磁流變彈性體材料；

所述電控系統(tǒng)為自制件，其功能為處理攝像頭傳感器和超聲波傳感器的信號(hào)，并控制整個(gè)掛鉤機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作，包含圖像識(shí)別定位模塊、導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊和人機(jī)交互模塊，處理器采用ti公司的tms320系列芯片；

所述車(chē)輪為自制件，使用橡膠外胎，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料輪轂，車(chē)輪內(nèi)安裝有輪轂電機(jī)，將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合在輪轂內(nèi)，輪轂電機(jī)選用英國(guó)proteanelectric外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)，尺寸根據(jù)車(chē)輪的尺寸而定；

所述舉升裝置為自制件，為電控液壓舉升系統(tǒng)，其功能是調(diào)整掛鉤和機(jī)械臂的高度；

所述超聲波傳感器為市購(gòu)件，其功能是探測(cè)障礙物，并將信號(hào)傳輸給電控系統(tǒng)，幫助進(jìn)行路徑規(guī)劃，型號(hào)為上海禾田電子的ht40c16tr-2；

所述機(jī)械臂為自制件，由兩個(gè)夾鉗組成，可以展開(kāi)和閉合，采用q235鋼材機(jī)加工而成，經(jīng)過(guò)淬火和防銹噴漆處理；

所述攝像頭為市購(gòu)件，型號(hào)為sonyp0001，其功能是拍攝重物及吊環(huán)的圖像，并將數(shù)據(jù)傳送給電控系統(tǒng)；

所述吊環(huán)為自制件，在其上噴涂有特定的顏色和條紋，便于圖像識(shí)別和定位。

3、本發(fā)明“一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)”，其優(yōu)點(diǎn)如下：

(1).本發(fā)明可以節(jié)省艦船上的人力，提高工作效率，提升艦船上起重車(chē)輛的保障作業(yè)能力。

(2).可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)浪搖晃環(huán)境下柔性?huà)煦^與掛環(huán)的自動(dòng)快速連接，控制精度高，有助于實(shí)現(xiàn)艦船平臺(tái)作業(yè)的自動(dòng)化和無(wú)人化。

總之，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)浪搖晃環(huán)境下艦船甲板上起重車(chē)輛的快速掛鉤作業(yè)，提高特種車(chē)輛柔性?huà)禳c(diǎn)定位和連接控制精度，提升搖擺環(huán)境下特種車(chē)輛保障作業(yè)能力。

附圖說(shuō)明

附圖是本發(fā)明一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)的示意圖。

圖中符號(hào)說(shuō)明如下：1-艦船、2-甲板、3-起重車(chē)輛、4-鋼索、5-吊鉤、6-載運(yùn)平臺(tái)、7-電控系統(tǒng)、8-車(chē)輪、9-舉升裝置、10-超聲波傳感器、11-機(jī)械臂、12-攝像頭、13-重物、14-吊環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

如附圖所示，本發(fā)明一種大型艦船上起重車(chē)輛用自動(dòng)掛鉤系統(tǒng)，包括以下部件：艦船1、甲板2、起重車(chē)輛3、鋼索4、吊鉤5、載運(yùn)平臺(tái)6、電控系統(tǒng)7、車(chē)輪8、舉升裝置9、超聲波傳感器10、機(jī)械臂11、攝像頭12、重物13和吊環(huán)14。

它們之間的關(guān)系是：起重車(chē)輛3、鋼索4、吊鉤5、載運(yùn)平臺(tái)6、電控系統(tǒng)7、車(chē)輪8、舉升裝置9、超聲波傳感器10、機(jī)械臂11、攝像頭12、重物13和吊環(huán)14均位于艦船1的甲板2上；吊鉤5通過(guò)鋼索4與起重車(chē)輛3相連；車(chē)輪8安裝于載運(yùn)平臺(tái)6的底部，電控系統(tǒng)7和舉升裝置9安裝于載運(yùn)平臺(tái)6的上部；超聲波傳感器10位于載運(yùn)平臺(tái)6的前部；機(jī)械臂11安裝于舉升裝置9上；攝像頭12位于舉升裝置9的頂部；載運(yùn)平臺(tái)6、電控系統(tǒng)7、車(chē)輪8、舉升裝置9、超聲波傳感器10、機(jī)械臂11和攝像頭12共同組成了一個(gè)智能掛鉤機(jī)器人系統(tǒng)；吊鉤5夾持于機(jī)械臂11的中部；吊環(huán)14位于重物13的上部，為吊鉤5的目標(biāo)。

所述艦船1為帶有甲板2的大型噸位艦船，滿(mǎn)載排水噸位在10000噸以上，考慮其在海浪環(huán)境下的工況，選取四級(jí)海況作為本發(fā)明的極限工況；

所述起重車(chē)輛3，為艦船1上工作的特種車(chē)輛，負(fù)責(zé)起吊和牽拉重物的作業(yè)，在海浪環(huán)境下會(huì)隨著艦船1和甲板2一起晃動(dòng)；

所述鋼索4和吊鉤5是起重車(chē)輛3中起重裝置的一部分，鋼索4為柔性的；

所述吊鉤5為起重車(chē)輛3的自帶部件，不需要進(jìn)行改裝；

所述載運(yùn)平臺(tái)6為自制件，屬于智能移動(dòng)裝置，動(dòng)力為電動(dòng)，包含鋰電池模塊、車(chē)架承載裝置和擺動(dòng)緩沖補(bǔ)償裝置，驅(qū)動(dòng)方式為四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為了減重，車(chē)架材料為t300級(jí)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，成型工藝為熱壓罐，擺動(dòng)緩沖補(bǔ)償裝置采用磁流變彈性體材料；

所述電控系統(tǒng)7為自制件，包含圖像識(shí)別定位模塊、導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊和人機(jī)交互模塊，處理器采用ti公司的tms320系列芯片；

所述車(chē)輪8為自制件，橡膠外胎，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料輪轂，車(chē)輪內(nèi)安裝有輪轂電機(jī)，將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合在輪轂內(nèi)，輪轂電機(jī)選用英國(guó)proteanelectric外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)，尺寸根據(jù)車(chē)輪8的尺寸而定；

所述舉升裝置9為自制件，為電控液壓舉升系統(tǒng)；

所述超聲波傳感器10為市購(gòu)件，用于探測(cè)障礙物，并將信號(hào)傳輸給電控系統(tǒng)7，幫助進(jìn)行路徑規(guī)劃，型號(hào)為上海禾田電子的ht40c16tr-2；

所述機(jī)械臂11為自制件，由兩個(gè)夾鉗組成，可以展開(kāi)和閉合，采用q235鋼材機(jī)加工而成，經(jīng)過(guò)淬火和防銹噴漆處理；

所述攝像頭12為市購(gòu)件，型號(hào)為sonyp0001，用于拍攝重物14及吊環(huán)13的圖像；

所述重物13為甲板2上需要移動(dòng)的貨物；

所述吊環(huán)14為重物13上用于起吊的裝置，在吊環(huán)14上噴涂有特定的顏色和條紋，便于圖像識(shí)別和定位；

如附圖所示，本發(fā)明所涉及的艦船1常常需要在深海航行，由于受到海洋風(fēng)、洋流、海浪作用以及自身運(yùn)動(dòng)的影響，甲板2及上面的物體會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，在此工況下進(jìn)行重物13的吊裝或牽引移動(dòng)作業(yè)，需要將吊鉤5準(zhǔn)確可靠且快速地掛在吊環(huán)14上，而吊鉤5往往很重，一般都在120kg以上，使用本發(fā)明可以自動(dòng)完成此項(xiàng)海上作業(yè)，具體實(shí)施方式如下：建立甲板2的全局坐標(biāo)系，通過(guò)攝像頭12拍攝重物13上吊環(huán)14的圖像，根據(jù)吊環(huán)14上預(yù)先標(biāo)記的顏色和條紋特征進(jìn)行圖像識(shí)別，從預(yù)先標(biāo)定好的攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的一幀圖像中提取人工標(biāo)志的某些特征元素的像面參數(shù)，利用其投影前后的幾何關(guān)系，計(jì)算出吊環(huán)14的位置；電控系統(tǒng)7進(jìn)行規(guī)劃載運(yùn)平臺(tái)6的運(yùn)動(dòng)路徑，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪8向目標(biāo)移動(dòng)，借助超聲波傳感器10探測(cè)并避開(kāi)運(yùn)動(dòng)路徑上的障礙物；載運(yùn)平臺(tái)6上的機(jī)械臂11載著吊鉤5運(yùn)動(dòng)到重物13的位置后，通過(guò)舉升裝置9調(diào)整好吊鉤5的高度，機(jī)械臂11進(jìn)行動(dòng)作完成掛鉤任務(wù)，將吊鉤5掛在吊環(huán)14上；機(jī)械臂11松開(kāi)，釋放出吊鉤5；載運(yùn)平臺(tái)6攜帶掛鉤機(jī)器人裝置返回到原位。

本發(fā)明按照設(shè)想實(shí)施特例進(jìn)行了說(shuō)明，但不局限于上述實(shí)例，凡是符合本發(fā)明的思路，采用相似結(jié)構(gòu)及材料替換的方法所獲得的技術(shù)方案，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。