【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶通航快速过闸，具体地指一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统及方法。
技术介绍
1、船闸是水运工程中重要的设施之一，它能够使船舶在不同水位之间顺利通行。在过闸过程中，为了保证过闸船舶的稳定性和安全性，需要对过闸船舶进行系缆操作。系缆操作是指将过闸船舶与固定在闸墙上的系缆柱或浮式系缆环等设施连接起来，以防止过闸船舶在灌泄水时受到水流冲击而发生移动或碰撞。传统的系缆操作主要依靠人工进行，即由工作人员利用钩子将过闸船舶上的缆绳套在系缆柱或浮式系缆环上，或者将系缆柱或浮式系缆环上的缆绳抛向过闸船舶，由船员接住并固定在船上。这种人工系缆操作存在以下不足：
2、1、效率低。人工系缆操作需要工作人员和船员之间进行协调和配合，同时还要考虑过闸船舶的大小、类型、位置、速度等因素，因此耗时较长，影响过闸效率。同时，人工操作难以适应不同类型和规模的船舶，尤其是大型或成组过闸的船舶。
3、2、安全性差。人工系缆操作存在一定的危险性，如工作人员或船员在系缆过程中可能发生滑倒、摔落、被缆绳绞伤等事故。同时，由于人工操作的误差和不稳定性，过闸船舶可能在灌泄水时发生移动或碰撞，造成船体损坏或人员伤亡。
4、3、成本高。人工系缆操作需要投入较多的人力资源，增加了过闸的运营成本。
5、为了解决上述问题，目前已有一些自动化或智能化的船闸运行系统出现，例如江苏首套自动化船闸运行系统，该系统通过布设智能传感网、三维仿真数字孪生系统、船闸辅助自动控制指挥系统等技术手段，实现了船闸少人值守、无人操作、远
6、因此，在现有技术水平下，仍然需要一种能够根据成组过闸船舶单元的位置、型号、方向等信息，能够实现自主套缆的机械臂自动识别系统及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统及方法，能够实现对过闸船舶的类型、位置、规模和过闸船舶成组单元系缆点进行自动识别，并根据识别结果控制机械臂进行自主套缆，以提高过闸效率和安全性，降低人力成本和误操作风险。
2、本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，它包括：
3、机械臂，设置在闸墙上，机械臂包括机械臂本体、夹持式机械手和旋转装置，其中机械手与机械臂本体连接，用于抓取阻拦索套索；旋转装置与机械臂本体连接，用于控制机械臂本体的旋转角度；
4、摄像头，设置在闸墙上，用于采集并传输成组过闸船舶的图像信息；
5、图像处理单元，分别与摄像头和控制单元连接，用于对摄像头采集的图像信息进行分析，识别出成组过闸船舶的位置、类型、规模和系缆点；
6、控制单元，与机械臂和摄像头连接，用于接收图像处理单元处理好的成组过闸船舶的位置、类型、规模和系缆点，计算并发送控制信号给机械臂，使机械臂能够自动识别并抓取阻拦索套索，并将其固定在成组过闸船舶带缆桩上；
7、通信单元，与过闸船舶的通信设备进行通信，发送或接收与阻拦索套索相关的信息。
8、优选地，所述图像处理单元还包括：
9、图像处理模块，用于对摄像头传输的成组过闸船舶图像信息进行预处理、分割和特征提取操作；
10、船舶识别模块，用于对图像处理模块输出的成组过闸船舶特征进行匹配和分类，确定成组过闸船舶的位置、类型和规模。
11、优选地，所述控制单元还包括：
12、路径规划模块，用于根据船舶识别模块输出的结果，计算机械臂的运动参数和路径；
13、信号输出模块，用于根据路径规划模块输出的结果，生成并发送控制信号给机械臂。
14、优选地，所述控制单元还与存储器和显示器连接，存储器用于存储各种类型和规模的成组过闸船舶特征数据和对应的运动参数和路径数据，显示器用于显示系统的工作状态和过程。
15、优选地，所述通信单元采用无线电或光纤或声波通信方式，与过闸船舶调度指挥的通信设备进行双向或单向的数据传输，以实现信息的同步或反馈；通信单元发送或接收的信息包括套缆开始、结束、暂停、恢复指令，以及成组过闸船舶的状态、意图、需求信息。
16、优选地，所述机械臂和摄像头的数量均为两台，并分别设置在闸墙的两侧；所述机械臂本体为六自由度的工业机械臂，机械手为夹持式机械手，具有两个可开合的夹爪，能够牢固地抓取阻拦索套索；所述旋转装置为电动旋转装置，能够实现机械臂本体的水平旋转，使其能够在闸墙内外切换位置。
17、优选地，所述机械臂在非作业状态时，机械臂本体在闸墙以内待机，旋转装置将机械臂本体旋转至垂直于闸墙的方向；机械臂在作业状态时，旋转装置将机械臂本体旋转90度，伸出至闸室内，并通过机械手自动识别并抓取阻拦索套索，并将其固定在成组过闸船舶带缆桩上。
18、另外，本专利技术还公开上述具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统的船闸自主套缆方法，它包括以下步骤：
19、s100：当有成组过闸船舶进入闸室时，启动摄像头拍摄并传输成组过闸船舶的图像信息给图像处理单元；
20、s200：图像处理单元对图像信息进行处理，提取成组过闸船舶的特征信息，并根据特征信息识别出过成组过闸船舶的类型、位置、规模和系缆点；
21、s300：控制单元根据图像处里单元的识别结果，计算出机械臂的运动参数，并发送控制信号给机械臂，使其按照运动参数自主套缆；
22、s400：机械臂根据控制单元发送的控制信号，通过旋转装置将机械臂本体旋转至闸室内，并通过机械手自动识别并抓取阻拦索套索；
23、s500：当本闸室水位与相邻闸室水位齐平后或者本闸室水位与上下游水位齐平时，闸门开终时，此时满足船舶移泊条件，机械臂再次通过旋转装置将机械臂本体旋转至闸室内，并通过机械手自动释放阻拦索套索；
24、s600：通信单元与过闸船舶调度指挥的通信设备进行通信，发送或接收相关信息，成组过闸船舶开始在智能推本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：它包括：
2.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述图像处理单元(4)还包括：
3.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述控制单元(5)还包括：
4.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述控制单元(5)还与存储器(7)和显示器(8)连接，存储器(7)用于存储各种类型和规模的成组过闸船舶特征数据和对应的运动参数和路径数据，显示器(8)用于显示系统的工作状态和过程。
5.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述通信单元(6)采用无线电或光纤或声波通信方式，与过闸船舶调度指挥的通信设备(10)进行双向或单向的数据传输，以实现信息的同步或反馈；通信单元(6)发送或接收的信息包括套缆开始、结束、暂停、恢复指令，以及成组过闸船舶的状态、意图、需求信息。
6.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船
7.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述机械臂(1)在非作业状态时，机械臂本体在闸墙以内待机，旋转装置将机械臂本体旋转至垂直于闸墙的方向；机械臂(1)在作业状态时，旋转装置将机械臂本体旋转90度，伸出至闸室内，并通过机械手自动识别并抓取阻拦索套索(2)，并将其固定在成组过闸船舶的带缆桩(9)上。
8.一种使用权利要求1至7任一项所述具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统的船闸自主套缆方法，其特征在于：它包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统的船闸自主套缆方法，其特征在于：所述步骤S200中，图像处理单元(4)对图像信息进行处理，提取机械臂(1)和过闸船舶的特征信息，并根据特征信息识别出过闸船舶的类型、位置、规模和成组过闸船舶的系缆点；该单元还能够根据图像信息计算出成组过闸船舶的运动速度和方向，采用以下公式：
10.根据权利要求8所述具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统的船闸自主套缆方法，其特征在于：所述步骤S400中，控制单元(5)还能够根据过闸船舶的运动速度和方向以及机械臂的旋转角度和位置，预测出成组过闸船舶的带缆桩(9)到达预定位置的时间，并根据该时间发讯启动机械臂，该控制单元(5)采用以下公式进行预测和计算：
...【技术特征摘要】
1.一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：它包括：
2.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述图像处理单元(4)还包括：
3.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述控制单元(5)还包括：
4.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述控制单元(5)还与存储器(7)和显示器(8)连接，存储器(7)用于存储各种类型和规模的成组过闸船舶特征数据和对应的运动参数和路径数据，显示器(8)用于显示系统的工作状态和过程。
5.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述通信单元(6)采用无线电或光纤或声波通信方式，与过闸船舶调度指挥的通信设备(10)进行双向或单向的数据传输，以实现信息的同步或反馈；通信单元(6)发送或接收的信息包括套缆开始、结束、暂停、恢复指令，以及成组过闸船舶的状态、意图、需求信息。
6.根据权利要求1所述的一种具备自动识别功能的船闸自主套缆机械臂系统，其特征在于：所述机械臂(1)和摄像头(3)的数量均为两台，并分别设置在闸墙的两侧；所述机械臂本体为六自由度的工业机械臂，机械手为夹持式机械手，具有两个可开合的夹爪，能够牢固地抓取阻拦索套索(2)；所述旋转装置为电动旋转装...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐俊麟，李涵钊，章鹏，闫晓青，王向东，陈正坤，杨全林，胡航，王锐锋，黎攀，秦一帆，周雄，
申请(专利权)人：长江三峡通航管理局，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。