一种岸边起重机对位引导和安全防护系统及方法技术方案

一种岸边起重机对位引导和安全防护系统及方法，该系统包括系统控制器和分别与所述系统控制器连接的各作业车道激光扫描仪、主作业车道选择器以及信息馈送装置，其中，各作业车道激光扫描仪的激光扫描面垂直于对应的作业车道且与车道的交线为车道中线，以同时获取全部作业车道内正在作业的内拖车拖板及内拖车载箱的剖面轮廓，提供给系统控制器，由系统控制器确定当前作业车道，生成对位引导信息，并通过信息馈送装置向位于当前作业车道的内拖车司机提供对位引导信息。本发明专利技术能够动态确定当前作业车道及其对位引导信息，从而提高了对位引导的有效性和时效性，提升了作业效率，也提高了系统的可靠性，降低了系统的使用维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种岸边起重机对位引导和安全防护系统及方法
本专利技术涉及一种岸边起重机对位引导和安全防护系统及方法。
技术介绍
(一)二维激光扫描仪二维激光扫描仪通过内部的旋转机构在一个扫描平面上对周边环境进行激光扫描测距，测距方式是飞行时间测量法：1、在当前的扫描角度上发射圆形光斑的激光脉冲；2、对从被测目标表面反射回来的激光脉冲进行接收；3、对激光脉冲从被发射到被接收的时间间隔进行测量，通过时间-距离转换得到当前扫描角度上被测目标的距离；4、通过旋转机构在一个平面(激光扫描平面)上连续改变扫描角度，实现对周边环境在此平面上的截面轮廓的测量，以极坐标表示方式给出测量数据，并可以进一步转换为扫描仪设备坐标系下的二维直角坐标表示。基于上述技术的二维激光扫描仪(以下简称激光扫描仪)能够在全天候条件下有效工作，获取精确的二维轮廓数据，是实现大型机械设备自动化安全作业的重要传感器。(二)作业设备及作业场布局本专利技术的基本应用场合是集装箱码头的装卸作业，针对目前最为普遍的、采用贯通式多车道作业模式的岸边门式起重机，各作业要素说明如下：1、集装箱：如图1所示，为长方形的金属箱体，具有不同的箱型，在上下底面四角立柱上设有锁孔，用于吊装和在平板上固定。本专利技术涉及的箱型包括20呎箱、40呎箱(普通箱和高箱)和45呎箱，各箱型的长宽高和锁孔间距为国际标准，其中箱宽完全相同，长度和高度各不相同。2、岸边门式起重机：为框架结构的起重机，如图1所示，结构要素包括：1)大车：包括两套门腿，集装箱装卸作业时，靠近码头岸线一侧(海侧)的门腿称为前门腿2，远离码头岸线一侧(陆侧)的门腿称为后门腿5，每套门腿包括左右两根门柱，门柱下方安装有车轮，作业时沿平行于岸线的方向在地面钢轨上行走。2)鞍梁：前门腿和后门腿的左右同侧门柱之间各通过一根鞍梁8、9连接，两根鞍梁8、9主体平行，且垂直于车道行车方向；鞍梁距离地面的高度约为12～15米。3)吊具：在鞍梁上铺设有钢轨，架设了一个轮轨行走机构，可以沿横梁方向行走，称为小车；在小车上通过钢丝绳吊装了一个吊具10，装卸作业时，小车带动吊具行走至目标车道上方，通过收放钢丝绳实现吊具升降，将吊具下放至车道内的内拖车上方，完成作业；吊具主梁具有两对可伸缩的水平吊臂11，吊臂11底面两端和中间位置带有可旋转的锁销12，两端位置的两对锁销称为外锁，中间位置的两对锁销称为中锁，中锁可以收起或下放；吊具按需要装卸的集装箱的箱型伸缩吊臂11，使锁销12与集装箱的顶面锁孔对准，锁销插入锁孔并旋转后可实现与集装箱的紧固连接，实现对集装箱的吊运；吊具可以一次吊运单个20呎/40呎/45呎箱，也可以一次吊运两个20呎箱；吊运单个40呎、45呎箱和20呎箱时，中锁收起；吊运两个20呎箱时，中锁下放。3、内拖车：如图1、图2所示，为带有拖板的集装箱运载卡车，包括车头201和拖板202，集装箱放置在拖板202上，通过吊具实现装卸作业。拖板四周带有高于拖板表面的导板，用于对集装箱的移动进行限制。以内拖车司机的方位进行描述，左右两侧的导板称为左导板206和右导板205，靠近车头的导板称为前导板203，远离车头的导板称为后导板204。左导板206和右导板205的内侧表面距离稍大于集装箱宽度，前导板和后导板的内侧表面距离稍大于45呎集装箱的长度，都是标准值。4、车道：如图1所示，位于岸边起重机前门腿和后门腿之间，是内拖车的车道22～27。每台岸边起重机的下方一般有六条车道，平行于岸线，宽度和间距是标准值。内拖车从起重机左右两侧沿车道进入并停驻于起重机下方，与起重机司机相配合，通过吊具吊运实现集装箱的装卸作业。在作业过程中，一般有一条主作业车道，装卸作业主要在主作业车道内进行；如果集装箱运输船尺寸较小，或者在某些特殊情况下，装卸作业也可以在多条车道内轮流进行。(三)作业流程采用上述的作业模式的岸边起重机的基本作业内容为：使用吊具将从集装箱货轮上吊运的集装箱放置到内拖车拖板上(收箱)，或将内拖车拖板上运载的集装箱吊运至集装箱货轮上(发箱)，典型流程为：1、收箱：内拖车司机根据作业指令驾驶内拖车空车行驶到岸边起重机的指定作业车道并停驻，使拖板上目标箱的放置区域与吊具吊运的目标箱的垂直投影区域对齐；起重机司机操作小车停驻在作业车道上方，使吊具与车道对齐，下放吊具，将吊运的集装箱放置在内拖车拖板上；操作吊具解锁；起升吊具；待吊具起升至安全高度后，内拖车司机驾驶内拖车离场。2、发箱：内拖车司机根据作业指令驾驶内拖车载箱行驶到岸边起重机的指定作业车道并停驻，使拖板上需要吊运的目标箱箱顶与吊具吊臂的垂直投影区域对齐；起重机司机操作小车停驻在作业车道上方，使吊具与车道对齐，下放吊具到作业箱顶，将锁销插入作业箱顶面锁孔，操作吊具闭锁；起升吊具；待吊具起升至安全高度后，内拖车司机驾驶内拖车离场。(四)内拖车对位引导采用上述的装卸作业流程，影响岸边起重机作业效率的主要因素为内拖车的初次停驻位置与正确位置存在偏差，导致吊具下放到接近装卸高度时需要制动，内拖车司机需要继续前后移动车辆与吊具对齐，吊具方能最后下放，导致作业过程被延长，精确对位依赖于内拖车司机的作业技能。如果能够通过安装在便于内拖车司机观察的位置上的作业信息显示屏实时给出内拖车当前位置与正确停驻位置之间的偏差量及调整方向，内拖车司机就能够预先驾驶内拖车停驻在准确位置上，吊具下放过程中不用中间停顿即能够完成作业，从而显著提升作业效率。(五)内拖车作业险情及险情规避方式采用前述的装卸作业流程，岸边起重机车道作业的主要作业险情及对应的险情规避方式包括：1、内拖车横拉吊具：收箱作业时，吊具吊运的集装箱在内拖车拖板上放置完毕后，吊具尚未解锁时内拖车即启动离场，导致尚未与作业箱分离的吊具被内拖车横拉；发箱作业时，吊具在作业箱顶闭锁后尚未起升时内拖车即启动离场，导致尚未与内拖车拖板分离的作业箱连同吊具一起被内拖车横拉；对应的险情规避方式为通过作业信息显示屏向内拖车司机提供如下的安全离场提示信息：1)装卸作业完成但吊具尚未起升至安全高度时，提示“保持驻车”；2)装卸作业完成且吊具起升达到或超过安全高度时，提示“可以离场”。2、吊具碰砸车头/碰箱：装卸箱作业时，内拖车的停驻位置与正确的对齐位置偏差过大，导致吊具(包括载箱)在下放过程中碰砸内拖车车头或者内拖车载箱；对应的险情规避方式为吊具下放至安全制动高度以下时自动执行下放制动。(六)应用现状针对提升岸边起重机车道作业效率的需求，目前已有一些独立的内拖车对位引导系统，一般采用安装在云台上的激光扫描仪对主作业车道进行扫描的方式工作，存在如下缺陷：1、只能为预先设定的主作业车道提供对位引导，当多车道同时作业时，无法快速提供实际作业车道的对位引导信息，作业效率提升有限；2、偏远车道的激光扫描面较为倾斜，易受到内拖车拖板高度和横向位置的影响，对位数据不够精确；3、云台与激光扫描仪整体安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，包括系统控制器和分别与所述系统控制器连接的各作业车道激光扫描仪、主作业车道选择器以及信息馈送装置，其中，各作业车道激光扫描仪的激光扫描面垂直于对应的作业车道且与车道的交线为车道中线，以同时获取全部作业车道内正在作业的内拖车拖板及内拖车载箱的剖面轮廓；所述系统控制器使用预先确定的集装箱装卸作业基本工况参数、从起重机控制系统获取的吊具实时工况参数、从各作业车道激光扫描仪获取的实时扫描数据和从所述主作业车道选择器获取的主作业车道信息，得到吊具当前作业工况参数、各作业车道内拖车当前作业工况参数及内拖车作业对位偏差量，确定当前作业车道，生成对位引导信息，并通过所述信息馈送装置向位于所述当前作业车道的内拖车司机提供所述对位引导信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，包括系统控制器和分别与所述系统控制器连接的各作业车道激光扫描仪、主作业车道选择器以及信息馈送装置，其中，各作业车道激光扫描仪的激光扫描面垂直于对应的作业车道且与车道的交线为车道中线，以同时获取全部作业车道内正在作业的内拖车拖板及内拖车载箱的剖面轮廓；所述系统控制器使用预先确定的集装箱装卸作业基本工况参数、从起重机控制系统获取的吊具实时工况参数、从各作业车道激光扫描仪获取的实时扫描数据和从所述主作业车道选择器获取的主作业车道信息，得到吊具当前作业工况参数、各作业车道内拖车当前作业工况参数及内拖车作业对位偏差量，确定当前作业车道，生成对位引导信息，并通过所述信息馈送装置向位于所述当前作业车道的内拖车司机提供所述对位引导信息。


2.如权利要求1所述的岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，所述岸边起重机为框架结构的岸边门式起重机，包括大车、左鞍梁、右鞍梁、小车以及吊具，其中，所述大车包括前门腿和后门腿，所述前门腿和所述后门腿各自包括左右两根门柱，所述前门腿和所述后门腿的下方安装有车轮；所述左鞍梁连接在所述前门腿的左门柱和所述后门腿的左门柱之间，所述右鞍梁连接在所述前门腿的右门柱和所述后门腿的右门柱之间，所述左鞍梁和所述右鞍梁平行并垂直于作业车道的行车方向；所述左鞍梁和所述右鞍梁上铺设有轨道；所述小车为设置在所述轨道上的轮轨行走机构；所述吊具安装在所述小车上，由所述小车带动行走，并在车道内的内拖车上方进行装卸作业。


3.如权利要求2所述的岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，各作业车道激光扫描仪安装在岸边起重机每个作业车道上方的左鞍梁内侧或右鞍梁内侧。


4.如权利要求1至3任一项所述的岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，所述信息馈送装置包括作业信息显示屏，所述系统控制器通过所述作业信息显示屏向位于所述当前作业车道的内拖车司机提供所述对位引导信息和安全离场提示信息；优选地，所述作业信息显示屏安装在岸边起重机每个门柱便于内拖车司机观察的适当位置上；优选地，还包括显示控制器，与所述显示控制器连接，更优选地，所述系统控制器通过以太网与所述显示控制器通讯，向所述显示控制器发送所述对位引导信息及所述安全离场提示信息，并由所述显示控制器控制所述作业信息显示屏进行显示。


5.如权利要求1至4任一项所述的岸边起重机对位引导和安全防护系统，其特征在于，所述系统控制器通过工业总线与起重机控制系统通讯，并通过以太网与各作业车道激光扫描仪和所述主作业车道选择器通讯，其中，所述系统控制器在判定存在作业险情时，通过所述工业总线向起重机控制系统发出吊具下放制动指令。


6.一种岸边起重机对位引导和安全防护方法，其特征在于，使用如权利要求1至5任一项所述的岸边起...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国兴，窦琴，黄金海，刘建强，彭世宙，张重博，陈剑坤，胡启初，詹金焰，赵波，余鹏涛，黄真锐，
申请(专利权)人：蛇口集装箱码头有限公司，北京精衡伟视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44