基本信息
- 项目名称：
- 基于激光测距仪的全自动化装船机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品从散货码头特有机械装船机的自动化入手，提出了一种新型的装船机自动化全自动控制模式，利用激光测距仪的检测功能对待作业船舱进行检测并加以识别，信息数字化后回传给控制PLC以生成动作决策，最终实现装船机自动化作业的功能，保证了作业的高效与安全。 项目成果已经于2007年底在上海罗泾散货码头第一次应用并结题（与某知名港机公司合作开发）。2008年起，与另一知名港机公司合作开发太仓武港散货自动化码头。
- 详细介绍：
- 为了实现装船的自动化，我们主要进行了以下的工作： 1.通过对原先只能进行二维检测的激光测距仪加以改造，为其增加了运动机构，使其能实现三维检测。 2.以检测得到的多组数据为基础，对其进行解码及模式识别，得到的船舱尺寸参数和相对位置信息送至主控PLC。 3.主控PLC结合识别出的参数以及现场各编码器、皮带秤等有关信号做出动作决策，实现整机自动化装船。 4.可以通过工业以太网，将货船检测识别数据与中控调度数据相结合，配合其他自动化设备，可以实现全港机上无人自动化装卸。 本作品已完成，设备及装置以安装于上海罗泾散货码头，并结合现场情况做过试验若干次，均成功完成自动化装船的任务，同时于2007年底迎接了来自交通部，港务集团领导的参观，得到一致的好评。目前，项目小组正在另一个散货码头太仓武港散货码头进行自动化改造。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品利用激光测距仪的检测功能对待作业船舱进行检测并加以识别，信息数字化后回传给控制PLC以生成动作决策，最终实现装船机自动化作业的功能。 对于传统的装船机而言，均是由司机通过肉眼判断并操作装船机工作，自动化装船机意在弥补普通装船机无法主动识别货船位置与尺寸的不足，通过对原先只能进行二维检测的激光测距仪加以改造，为其增加了运动机构，使其能实现三维检测，以检测得到的多组数据为基础进行模式识别，得到的船舱尺寸参数送至主控PLC，使其结合这些参数以及现场各编码器、皮带秤等有关信号做出动作决策，实现整机自动化装船。同时可以通过工业以太网，将货船检测识别数据与中控调度数据相结合，配合其他自动化设备，可以实现全港机上无人自动化装卸。 整个过程重新安排了装船机的信号流程和信号网络分布，将与控制有关的信息数字化，提高了作业效率和安全性，完整了码头整体作业的信息流。 根据数次试验结果和07年11月至今的生产情况，激光测距仪运动控制系统的旋转精度可以达到0.1度以内，响应时间在10毫秒以内，并具备自动纠偏的功能，满足了激光测距仪单目多维检测的要求。模式识别和处理系统实时检测的响应时间在200毫秒内（保守值），识别精度可以控制在10厘米以内，相比较一般货船几十米的尺寸，完全可以满足自动化装船的需求。 综上，本作品在中国第一个散货自动化码头中，完成了对普通装船机的自动化改造，并达到了所有的技术要求，并已经进入了实际应用阶段。
科学性、先进性
- 本作品以工业自动化、检测、测绘、计算机图像、模式识别技术以及通讯技术为核心，设计了一套用于自动装船机的物位自动检测系统，并在此基础上实现了自动化装船。 它的特点在于只使用一个激光测距仪的前提下，配合运动控制系统，完成对货船的多维检测，并且在检测过程中不需要大车运动。该方案同时增加了模式识别处理算法和整体设计的难度，以及对运动控制系统的维护难度，优点在于效率高，能灵活处理不同的船型。 与传统的模式识别方案相比较，本作品所使用的激光检测技术的准确度远高于人工操作，可以有效避免司机视角局限和人员疲倦等因素带来的潜在危险。配合上装船机控制系统，能够实现对货船的高精度自动化作业。配合远程监控功能的自动化系统，工作人员便能够在港口中央控制室内，就能对装卸情况和物流情况进行准确管理，从而达到优化运行和综合协调的目的。 综上，本作品能够灵活高效处理多种船型，并结合装船机控制系统，完成对整船的自动化装卸。
获奖情况及鉴定结果
- 本研究课题为校方与外界单位研发项目，目前已经成功完成并结题，设备及装置以安装于上海罗泾码头，结合现场情况做过试验若干次，成功完成自动化装船的任务，同时迎接了来自多个部委领导的参观，得到一致的好评。 目前另一单位也与我校建立合作，正在另一散货码头进行自动化调试。
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 知识产权为校方与合作单位共享
作品可展示的形式
- 模型、图纸、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着世界港口散货总体吞吐量的迅速增长，码头散货装卸面临很大的压力，建立散货的自动化生产与信息化管理是势在必行的，本作品实现的新型装船机自动化模式便是适应这一新形式的未来散货装卸自动化系统的组成部分之一，可以预见其在将来并将有广阔的应用前景。 本作品的优点在于，船型识别效率高，精度满足散货装卸的要求，除了能够实现单机自动化装船作业的功能外，同时还保留了与中控调度的通讯接口，能够实现在中控调度远程指令控制下的全港统一自动化装卸。 本作品已经成功迎接了来在多个部委领导的参观，并且已经应用至近期开工的一个散货码头，为中国的散货自动化码头技术进步做出了贡献。
同类课题研究水平概述
- 本作品并不是对已经初步成熟的集装箱自动化码头技术的移植，而是一种全新的，基于散货码头实际情况的技术开发。散货相比较集装箱，形状不规则，粉尘干扰大，计算机识别难度超过了集装箱，同时散货货船形状不规则程度也超过了集装箱货船。通过使用激光检测技术和更复杂的模式识别技术，本作品能够满足散货装卸的精度要求，并实现自动化作业。 这是全国乃至世界首个散货自动化码头，可比较的案例并不是很多。与同期开工的，基于ABB技术的一号装船机，我们的技术优势在于 ： 1.识别效率高（ABB检测的同时需要装船机大车开动）； 2.仅使用单个激光测距仪识别多个维度（ABB是使用两个激光测距仪，但是只能识别两维）； 3.多维检测能够处理的更多更复杂的船型。 采用激光测距仪旋转定位的方法，数据采集和处理算法均为国内首创并已经申请了国家专利，目前专利正在公示阶段。专利申请号200710042453，公开号CN 101329166A。
