【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于lng装车臂对接，特别是涉及一种陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统及其对接方法。
技术介绍
1、在双碳政策的大发展背景下，亟需新能源代替传统能源，缓解环境和能源问题带来的影响。相比于传统的燃料如煤炭和油，lng是一种相对较清洁的能源，其燃烧产生的二氧化碳和其他有害物质相对较少。目前，在很多场景下lng作为主要的能源在使用，并通过lng槽车对液化天然气进行远距离的运输。当需要进行液态天然气装车时，为有效避免双臂碰撞并且完成对接，往往需要耗费较大的人力，工作人员高度集中才能避免事故的发生，因此，提高双装车臂自动化水平具有重要意义和应用前景。
2、申请号为202010925026.2的中国专利技术专利，公开了一种半自动化槽车装卸臂及其控制方法，该装卸臂采用双臂结构，两条装卸臂能够实现自动、交替的展开、对接准备位、回收等运动。但是，该装卸臂相邻关节通过公知的平行或垂直结构连接，导致装卸臂末端法兰作业空间利用率有限，而且，该公知装卸臂在对接过程中末端法兰只能自动运动到对接准备位，从对接准备位到槽车法兰的对接过程，需要由人工实现，自动化水平有待进一步提高。
3、申请号为202010385980.7的中国专利技术专利，公开了一种智能装卸系统，采用粗定位视觉相机初步粗定位船上目标法兰的位姿信息，采用精定位视觉相机进一步实时精定位船上目标法兰的位姿信息，通过视觉获取目标法兰位姿信息规划出装卸臂运动轨迹，并通过公知逆运动学算法解算出装卸臂各关节所需运动的角度值。该智能装卸系统在视觉相机实时反馈目标法兰位姿信
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统及其对接方法。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一方面，提供了一种陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统，包括支撑立柱，以及安装于支撑立柱上的液相臂、气相臂、立柱相机和激光雷达，所述液相臂和气相臂分别包括五个关节、五个硬管、一个视觉相机和一个标志物。
3、本专利技术陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统，还包括：每条装卸臂第三关节硬管轴线与第四关节旋转轴线呈锐角夹角；陆上lng装卸臂装置实物中，装卸臂末端固定连接有法兰，本专利技术在陆上lng装卸臂末端以及法兰之间增加虚拟腕关节，使得法兰能够绕着装卸臂末端轴线进行虚拟转动。
4、另一方面，提供了一种陆上lng双装车臂协同作业自动对接方法，包括以下步骤：
5、对于液相臂：
6、步骤1，建立陆上lng双装车臂坐标系；
7、步骤2，规划槽车停靠区域；
8、步骤3，确定粗定位i位置；
9、步骤4，规划液相臂法兰粗定位i阶段的运动轨迹；
10、步骤5，离散出轨迹点并确定每一个轨迹点的位姿矩阵；
11、步骤6，逆解出每一个轨迹点对应的各关节角度；
12、步骤7，对每一个关节进行角度轨迹规划，得到关节在每一时刻的关节角度；
13、步骤8，通过plc控制液相臂法兰沿着规划轨迹从起点运动至粗定位i位置；
14、步骤9，通过激光雷达测出槽车液相法兰位置，计算出粗定位ii位置；
15、步骤10，规划末端法兰粗定位阶段ii的运动轨迹；
16、步骤11，通过plc控制液相臂法兰沿着规划轨迹运动至粗定位ii位置；
17、步骤12，基于液相相机采集槽车液相法兰相对于液相臂法兰坐标系的位姿矩阵；
18、步骤13，基于立柱相机、液相标识物、槽车液相法兰相对于液相臂法兰坐标系的位姿矩阵，获取槽车液相法兰相对于立柱相机坐标系的位姿矩阵；
19、步骤14，读取液相臂各关节当前角度值，计算槽车液相法兰相对于固定坐标系的位姿矩阵；
20、步骤15，规划精定位位置；
21、步骤16，规划液相臂法兰从当前位置到精定位位置的运动轨迹，计算液相臂法兰与精定位位置的距离d1；
22、步骤17，若d1大于预设阈值，通过plc控制液相臂法兰沿规划的运动轨迹运动一段距离，返回执行步骤12；
23、步骤18，若d1小于等于预设阈值，表明液相臂法兰已到达精定位位置，精定位i阶段运动控制结束；
24、步骤19，基于立柱相机、液相标识物，计算槽车液相法兰相对于液相臂法兰坐标系的位姿矩阵；
25、步骤20，读取液相臂各关节当前角度值，计算槽车液相法兰相对于固定坐标系的位姿矩阵；
26、步骤21，规划液相臂法兰从当前位置到槽车液相法兰位置的运动轨迹，计算液相臂法兰与槽车液相法兰的距离d2；
27、步骤22，若d2大于预设阈值，通过plc控制液相臂法兰沿着规划的运动轨迹运动一段距离，返回到步骤19；
28、步骤23，若d2小于等于预设阈值，表明液相臂法兰已到达槽车液相法兰位置，精定位ii阶段运动控制结束；
29、步骤24，规划回收过渡位置；
30、步骤25，通过plc控制液相臂法兰退出至回收过渡位置；
31、步骤26，规划液相臂法兰从回收过渡位置至起点的运动轨迹；
32、步骤27，通过plc控制装车臂法兰从回收过渡位置运动至起点；
33、对于气相臂，过程与上述过程相同。
34、本专利技术陆上lng双装车臂协同作业自动对接方法，还包括以下内容：
35、(1)本专利技术在液相执行器以及液相臂法兰之间增加虚拟旋转关节，使得液相臂法兰能够绕着液相执行器轴线进行虚拟转动，并进一步将液相臂法兰虚拟为独立的液相臂法兰关节，并建立独立的液相臂法兰关节坐标系，液相臂法兰关节坐标系的z轴与液相执行器轴线共线(公知方法中，一般将液相臂法兰坐标系融入液相第五关节坐标系中，即只根据实际运动关节建立坐标系)。
36、(2)由于槽车每次停靠的位置均不相同，使得每次激光雷达检测出槽车液相法兰位置也不相同，进而每次粗定位位置也不相同(公知方法每次在粗定位运动控制过程中，都需要对液相臂法兰从起点至粗定位位置的运动轨迹整体进行重新规划)。本专利技术将粗定位运动控制过程分为粗定位i阶段和粗定位ii阶段等两个阶段，首先根据槽车停靠区域和槽车法兰识别区域确定粗定位i位置，并规划出液相臂法兰从起点至粗定位i位置的运动轨迹，此轨迹为粗定位i阶段运动轨迹，粗定位i阶段运动轨迹规划完成后，无论槽车以何种姿态停靠在槽车停靠区域中的何种位置，粗定位i阶段运动轨迹均保持不变，不再重新规划。然后，根据激光雷达检测出的槽车液相法兰位置计算出粗定位ii位置，规划出粗定位i位置至粗定位ii位置ii的运动轨迹，此轨迹为粗定位ii阶段运动轨迹。
37、(3)本专利利用牛顿迭代法进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陆上LNG双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，包括支撑立柱(1)，以及安装于支撑立柱(1)上的液相臂(2)、气相臂(3)、立柱相机(75)和激光雷达(76)，所述液相臂(2)和气相臂(3)分别包括五个关节、五个硬管、一个视觉相机和一个标志物；
2.根据权利要求1所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，每条装卸臂第三关节硬管轴线与第四关节旋转轴线呈锐角夹角。
3.根据权利要求1所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，陆上LNG装卸臂装置实物中，装卸臂末端固定连接有法兰，所述陆上LNG装卸臂末端以及法兰之间增加虚拟腕关节，法兰能绕着装卸臂末端轴线进行虚拟转动。
4.根据基于权利要求1至3任意一项所述系统的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，该方法包括粗定位阶段、精定位阶段、回收I阶段、回收II阶段；
5.基于权利要求4所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征
7.根据权利要求6所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，步骤6利用牛顿迭代法进行逆运动学求解。
8.根据权利要求6所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，步骤6逆解过程中，将液相臂法兰关节作为一个独立的关节变量添加到雅克比矩阵中一起求逆解，PLC只控制实际关节沿着关节空间规划轨迹进行运动，对虚拟关节不进行控制。
9.根据权利要求5所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，步骤7中若D1大于预设阈值，则在规划的运动轨迹的起点和终点之间均匀插入floor（D1/Dthrtwo）个离散点；其中Dthrtwo表示液相臂法兰每一步运动的距离，floor表示向下取整。
10.根据权利要求5所述的陆上LNG双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，步骤22中若D2大于预设阈值，则在规划的运动轨迹的起点和终点之间均匀插入floor（D2/Dthrtwo）个离散点；其中Dthrtwo表示液相臂法兰每一步运动的距离，floor表示向下取整。
...【技术特征摘要】
1.一种陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，包括支撑立柱(1)，以及安装于支撑立柱(1)上的液相臂(2)、气相臂(3)、立柱相机(75)和激光雷达(76)，所述液相臂(2)和气相臂(3)分别包括五个关节、五个硬管、一个视觉相机和一个标志物；
2.根据权利要求1所述的陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，每条装卸臂第三关节硬管轴线与第四关节旋转轴线呈锐角夹角。
3.根据权利要求1所述的陆上lng双装车臂协同作业自动对接系统，其特征在于，陆上lng装卸臂装置实物中，装卸臂末端固定连接有法兰，所述陆上lng装卸臂末端以及法兰之间增加虚拟腕关节，法兰能绕着装卸臂末端轴线进行虚拟转动。
4.根据基于权利要求1至3任意一项所述系统的陆上lng双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，该方法包括粗定位阶段、精定位阶段、回收i阶段、回收ii阶段；
5.基于权利要求4所述的陆上lng双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的陆上lng双装车臂协同作业自动对接方法，其特征在于，在步骤5确定每一个轨迹点的位姿矩阵时，将液相臂法...
【专利技术属性】
技术研发人员：何宜瑞，刘志成，徐华，张晓，陈韦，赵宣鉴，骆阳，徐进师，李建兴，尚延伟，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：
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