本發(fā)明涉及在大型海洋平臺上使用的可自動定位、尋跡和完成掛鉤操作的機器人系統(tǒng)，尤其涉及一種大型艦船上起重車輛用自動掛鉤系統(tǒng)，屬于特種車輛保障作業(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“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確提出積極拓展藍(lán)色經(jīng)濟空間，重點發(fā)展深水、綠色、安全的海洋高技術(shù)，維護海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強國。其中，大型艦船是海上運輸和作業(yè)的重要平臺，艦船上的貨物或設(shè)備的移動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，其中特種車輛就是一類重要的輔助設(shè)備，如：起重車、甲板牽引車、救援車等，快速移動和吊裝貨物或設(shè)備是這些特種車輛的主要作業(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動的影響，艦船經(jīng)常會產(chǎn)生橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩等運動，使得在甲板上的貨物、設(shè)備和特種車輛隨著平臺一起運動，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。因此，快速而可靠地完成動平臺甲板上貨物的掛鉤作業(yè)是一個難題。圖像識別技術(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)計和研發(fā)具有自動定位、尋跡和完成掛鉤操作的智能系統(tǒng)，具有的工程實用價值。

技術(shù)實現(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輛用自動掛鉤系統(tǒng)，快速精確地完成風(fēng)浪晃動環(huán)境下甲板貨物的定位和掛鉤作業(yè)。

2、技術(shù)方案：

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

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

所述載運平臺為自制件，動力為電動，包含鋰電池模塊、車架承載裝置和擺動緩沖補償裝置，驅(qū)動方式為四輪輪轂電機驅(qū)動，為了減重，車架材料為t300級碳纖維增強環(huán)氧基復(fù)合材料，成型工藝為熱壓罐，擺動緩沖補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，并控制整個掛鉤機器人系統(tǒng)的運動和動作，包含圖像識別定位模塊、導(dǎo)航模塊、電機驅(qū)動模塊、控制模塊和人機交互模塊，處理器采用ti公司的tms320系列芯片；

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

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)整掛鉤和機械臂的高度；

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

所述機械臂為自制件，由兩個夾鉗組成，可以展開和閉合，采用q235鋼材機加工而成，經(jīng)過淬火和防銹噴漆處理；

所述攝像頭為市購件，型號為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，便于圖像識別和定位。

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

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

(2).可以實現(xiàn)風(fēng)浪搖晃環(huán)境下柔性掛鉤與掛環(huán)的自動快速連接，控制精度高，有助于實現(xiàn)艦船平臺作業(yè)的自動化和無人化。

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

附圖說明

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

圖中符號說明如下：1-艦船、2-甲板、3-起重車輛、4-鋼索、5-吊鉤、6-載運平臺、7-電控系統(tǒng)、8-車輪、9-舉升裝置、10-超聲波傳感器、11-機械臂、12-攝像頭、13-重物、14-吊環(huán)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步詳細(xì)說明：

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

它們之間的關(guān)系是：起重車輛3、鋼索4、吊鉤5、載運平臺6、電控系統(tǒng)7、車輪8、舉升裝置9、超聲波傳感器10、機械臂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通過鋼索4與起重車輛3相連；車輪8安裝于載運平臺6的底部，電控系統(tǒng)7和舉升裝置9安裝于載運平臺6的上部；超聲波傳感器10位于載運平臺6的前部；機械臂11安裝于舉升裝置9上；攝像頭12位于舉升裝置9的頂部；載運平臺6、電控系統(tǒng)7、車輪8、舉升裝置9、超聲波傳感器10、機械臂11和攝像頭12共同組成了一個智能掛鉤機器人系統(tǒng)；吊鉤5夾持于機械臂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，選取四級海況作為本發(fā)明的極限工況；

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

所述鋼索4和吊鉤5是起重車輛3中起重裝置的一部分，鋼索4為柔性的；

所述吊鉤5為起重車輛3的自帶部件，不需要進行改裝；

所述載運平臺6為自制件，屬于智能移動裝置，動力為電動，包含鋰電池模塊、車架承載裝置和擺動緩沖補償裝置，驅(qū)動方式為四輪輪轂電機驅(qū)動，為了減重，車架材料為t300級碳纖維增強環(huán)氧基復(fù)合材料，成型工藝為熱壓罐，擺動緩沖補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，包含圖像識別定位模塊、導(dǎo)航模塊、電機驅(qū)動模塊、控制模塊和人機交互模塊，處理器采用ti公司的tms320系列芯片；

所述車輪8為自制件，橡膠外胎，碳纖維增強環(huán)氧基復(fù)合材料輪轂，車輪內(nèi)安裝有輪轂電機，將動力、傳動和制動裝置都整合在輪轂內(nèi)，輪轂電機選用英國proteanelectric外轉(zhuǎn)子輪轂電機，尺寸根據(jù)車輪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為市購件，用于探測障礙物，并將信號傳輸給電控系統(tǒng)7，幫助進行路徑規(guī)劃，型號為上海禾田電子的ht40c16tr-2；

所述機械臂11為自制件，由兩個夾鉗組成，可以展開和閉合，采用q235鋼材機加工而成，經(jīng)過淬火和防銹噴漆處理；

所述攝像頭12為市購件，型號為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動的影響，甲板2及上面的物體會產(chǎn)生擺動，在此工況下進行重物13的吊裝或牽引移動作業(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)明可以自動完成此項海上作業(yè)，具體實施方式如下：建立甲板2的全局坐標(biāo)系，通過攝像頭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行圖像識別，從預(yù)先標(biāo)定好的攝像機實時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，計算出吊環(huán)14的位置；電控系統(tǒng)7進行規(guī)劃載運平臺6的運動路徑，驅(qū)動車輪8向目標(biāo)移動，借助超聲波傳感器10探測并避開運動路徑上的障礙物；載運平臺6上的機械臂11載著吊鉤5運動到重物13的位置后，通過舉升裝置9調(diào)整好吊鉤5的高度，機械臂11進行動作完成掛鉤任務(wù)，將吊鉤5掛在吊環(huán)14上；機械臂11松開，釋放出吊鉤5；載運平臺6攜帶掛鉤機器人裝置返回到原位。

本發(fā)明按照設(shè)想實施特例進行了說明，但不局限于上述實例，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)明的保護范圍之內(nèi)。