本發(fā)明涉及疏浚工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種挖泥船的抓斗平挖控制方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前國內(nèi)外針對抓斗式挖泥船平挖功能，既有skk公司成熟的液力變矩器驅(qū)動+碟剎系統(tǒng)的抓斗斗齒運(yùn)動方案，也有高校正在研發(fā)的變頻器驅(qū)動方案。但對于部分的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的大型抓斗式挖泥船，其本身沒有平挖功能，且采用特殊定制的挖泥作業(yè)操作控制設(shè)備，如果在短時間內(nèi)直接介入對船載挖泥機(jī)具進(jìn)行大規(guī)模設(shè)備改造，風(fēng)險較大。
因此，如何實(shí)現(xiàn)對抓斗的虛擬斗齒空間挖泥軌跡可視化顯示，以指導(dǎo)船員人工完成平挖施工工藝操作流程而提高其挖掘精度及施工效率，并滿足工程設(shè)計(jì)要求，已成為目前急需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種挖泥船的抓斗平挖控制方法及其系統(tǒng)，以解決上現(xiàn)有大型抓斗式挖泥船無平挖功能的技術(shù)難題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種挖泥船的抓斗平挖控制方法，包括以下步驟：
步驟s1.在挖泥船的抓斗上設(shè)置開口度傳感器和深度傳感器；
步驟s2.基于開口度傳感器和深度傳感器，以獲取抓斗的斗齒運(yùn)動位置信息；
步驟s3.基于斗齒空間運(yùn)動模型，計(jì)算抓斗下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)；
步驟s4.基于所獲取的抓斗下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)，控制抓斗運(yùn)動。
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，步驟s1中所述抓斗上的開口度傳感器為多個。
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s3中，斗齒空間運(yùn)動模型為：
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齒的水平移動位置；yn表示斗齒的垂向移動位置；an表示抓斗側(cè)向投影幾何運(yùn)動軌跡修正參數(shù)；cn表示開口傳感器輸出量；hn表示深度傳感器輸出量；n＝1～9；k表示與抓斗幾何形狀相關(guān)的擬合曲線修正參數(shù)，由試驗(yàn)獲得
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s2中的抓斗的斗齒運(yùn)動位置信息包括抓斗的斗齒的深度參數(shù)和開度參數(shù)。
本發(fā)明還提供了一種挖泥船的抓斗平挖控制系統(tǒng)，包括挖泥船、抓斗和運(yùn)算處理器，所述抓斗裝設(shè)在所述挖泥船上，所述挖泥船上設(shè)有控制設(shè)備，所述控制設(shè)備用于控制所述挖泥船和抓斗的運(yùn)動，并在所述抓斗上裝設(shè)有開度傳感器和深度傳感器，所述運(yùn)算處理器內(nèi)設(shè)有斗齒空間運(yùn)動模型，用于擬合所述抓斗的運(yùn)動軌跡，所述運(yùn)算處理器的輸出端與所述的控制設(shè)備電氣相連。
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述運(yùn)算處理器中的斗齒空間運(yùn)動模型為
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齒的水平移動位置；yn表示斗齒的垂向移動位置；an表示抓斗側(cè)向投影幾何運(yùn)動軌跡修正參數(shù)；cn表示開口傳感器輸出量；hn表示深度傳感器輸出量；n＝1～9；k表示與抓斗幾何形狀相關(guān)的擬合曲線修正參數(shù)，由試驗(yàn)獲得
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述開度傳感器為多個，多個所述開度傳感器間隔均勻設(shè)置在所述抓斗的邊緣。
在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述運(yùn)算處理器上還連接有顯示屏和語音播報器，所述的顯示屏和語音播報器與所述的運(yùn)算處理器電氣相連。
本發(fā)明的一種挖泥船的抓斗平挖控制方法，通過開度傳感器和深度傳感器以獲取抓斗的斗齒空間狀態(tài)，并將其通過斗齒空間運(yùn)動模型，以計(jì)算獲取抓斗的下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)，由操作人員根據(jù)獲取到的坐標(biāo)位置，控制抓斗的每一步運(yùn)動動作，從而實(shí)現(xiàn)其平挖的功能。
由于本發(fā)明通過斗齒空間運(yùn)動模型在線推演斗齒軌跡趨勢，指導(dǎo)操作員操作抓斗挖泥驅(qū)動設(shè)備，糾正合斗挖掘過程中，抓斗高程坐標(biāo)可能偏離目標(biāo)挖深水平線的最大允許值，使每一斗都能開挖出一快平整有效區(qū)域，進(jìn)而形成連片平整地形區(qū)域，保證挖深都控制在工程設(shè)計(jì)高程指標(biāo)范圍內(nèi)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種挖泥船的抓斗平挖控制方法的流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種挖泥船的抓斗平挖控制方法，包括以下步驟：
步驟s1.在挖泥船的抓斗上設(shè)置開口度傳感器和深度傳感器；
步驟s2.基于開口度傳感器和深度傳感器，以獲取抓斗的斗齒運(yùn)動位置信息，其中，斗齒運(yùn)動位置信息包括抓斗的斗齒的深度參數(shù)和開度參數(shù)；
步驟s3.基于斗齒空間運(yùn)動模型，計(jì)算抓斗下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)；
步驟s4.基于所獲取的抓斗下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)，控制抓斗運(yùn)動。
其中，本發(fā)明步驟s1中抓斗上的開口度傳感器為多個，優(yōu)選為9個，以準(zhǔn)確獲取抓斗的開合度。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的步驟s3中，斗齒空間運(yùn)動模型為：
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齒的水平移動位置；yn表示斗齒的垂向移動位置；an表示抓斗側(cè)向投影幾何運(yùn)動軌跡修正參數(shù)，an是根據(jù)抓斗的出廠設(shè)計(jì)圖紙逐點(diǎn)測量以獲取的；cn表示開口傳感器輸出量；hn表示深度傳感器輸出量；k表示與抓斗幾何形狀相關(guān)的擬合曲線修正參數(shù)；n＝1～9，n表示抓斗上的每一個開口度傳感器，即當(dāng)n＝9時，表示抓斗上有9個開口度傳感器。
為了便于說明，本發(fā)明設(shè)定n＝9，即開口度傳感器和深度傳感器為9個，9個開口度傳感器和深度傳感器以分別獲取斗齒的開口量參數(shù)cn和深度參數(shù)hn，根據(jù)公式y(tǒng)n＝cnk+hn，以計(jì)算獲取當(dāng)前點(diǎn)的斗齒下一位置的垂向移動位置，然后根據(jù)計(jì)算獲取的當(dāng)前點(diǎn)的斗齒下一位置的垂向移動位置yn以計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)斗齒的下一位置的水平移動位置xn。通過上述公式分別計(jì)算出9個點(diǎn)的下一位置的水平移動位置xn和垂向移動位置yn，得到9個位置坐標(biāo)，根據(jù)這9個位置坐標(biāo)以得到抓斗的運(yùn)動曲線，然后，根據(jù)該運(yùn)動曲線，控制抓斗運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)其平挖施工的目的。
本發(fā)明還提供了一種挖泥船的抓斗平挖控制系統(tǒng)，包括挖泥船、抓斗和運(yùn)算處理器，抓斗裝設(shè)在挖泥船上，挖泥船上設(shè)有控制設(shè)備，控制設(shè)備用于控制挖泥船和抓斗的運(yùn)動，并在抓斗上裝設(shè)有開度傳感器和深度傳感器，運(yùn)算處理器內(nèi)設(shè)有斗齒空間運(yùn)動模型，用于擬合所述抓斗的運(yùn)動軌跡，運(yùn)算處理器的輸出端與控制設(shè)備電氣相連。
使用過程中，利用開度傳感器和深度傳感器分別獲取抓斗的斗齒開度參數(shù)和深度參數(shù)，并將其發(fā)送至運(yùn)算處理器，通過運(yùn)算處理器內(nèi)的斗齒空間運(yùn)動模型，計(jì)算出斗齒下一運(yùn)動位置以擬合抓斗的運(yùn)動軌跡，然后，將其發(fā)送至控制設(shè)備，通過控制設(shè)備以控制抓斗的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)其平挖的目的。
需要說明的是，本發(fā)明的控制設(shè)備包括顯示屏和操作臺，顯示屏用于顯示抓斗的運(yùn)動軌跡，而操作臺用于操作人員控制抓斗的運(yùn)動。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的運(yùn)算處理器中的斗齒空間運(yùn)動模型為
yn＝cnk+hn；
其中，xn表示斗齒的水平移動位置；yn表示斗齒的垂向移動位置；an表示抓斗側(cè)向投影幾何運(yùn)動軌跡修正參數(shù)，an是根據(jù)抓斗的出廠設(shè)計(jì)圖紙逐點(diǎn)測量以獲取的；cn表示開口傳感器輸出量；hn表示深度傳感器輸出量；k表示與抓斗幾何形狀相關(guān)的擬合曲線修正參數(shù)；n＝1～9，n表示抓斗上的每一個開口度傳感器，即當(dāng)n＝9時，表示抓斗上有9個開口度傳感器。
為了便于說明，本發(fā)明設(shè)定n＝9，即開口度傳感器和深度傳感器為9個，9個開口度傳感器和深度傳感器以分別獲取斗齒的開口量參數(shù)cn和深度參數(shù)hn，根據(jù)公式y(tǒng)n＝cnk+hn，以計(jì)算獲取當(dāng)前點(diǎn)的斗齒下一位置的垂向移動位置，然后根據(jù)計(jì)算獲取的當(dāng)前點(diǎn)的斗齒下一位置的垂向移動位置yn以計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)斗齒的下一位置的水平移動位置xn。通過上述公式分別計(jì)算出9個點(diǎn)的下一位置的水平移動位置xn和垂向移動位置yn，得到9個位置坐標(biāo)，根據(jù)這9個位置坐標(biāo)和斗齒空間運(yùn)動模型以得到抓斗擬合運(yùn)動曲線，然后，根據(jù)該運(yùn)動曲線，控制抓斗運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)其平挖施工的目的。
優(yōu)選的，本發(fā)明的開度傳感器和深度傳感器為多個，多個開度傳感器和深度傳感器間隔均勻設(shè)置在抓斗的邊緣，用于采集抓斗的不同位置斗齒的開度和深度參數(shù)。
進(jìn)一步的，本發(fā)明運(yùn)算處理器上還連接有顯示屏和語音播報器，顯示屏和語音播報器與運(yùn)算處理器電氣相連。
本發(fā)明的一種挖泥船的抓斗平挖控制方法，通過開度傳感器以獲取抓斗的開合狀態(tài)，并將其通過斗齒空間運(yùn)動模型，以計(jì)算獲取抓斗的下一運(yùn)動狀態(tài)的斗齒運(yùn)動位置坐標(biāo)，由操作人員根據(jù)獲取到的坐標(biāo)位置，控制抓斗的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)其平挖的功能。
由于本發(fā)明通過斗齒空間運(yùn)動模型在線推演斗齒軌跡趨勢，指導(dǎo)操作員操作抓斗挖泥驅(qū)動設(shè)備，糾正合斗挖掘過程中，抓斗高程坐標(biāo)可能偏離目標(biāo)挖深水平線的最大允許值，使每一斗都能開挖出一快平整有效區(qū)域，進(jìn)而形成連片平整地形區(qū)域，保證挖深都控制在工程設(shè)計(jì)高程指標(biāo)范圍內(nèi)。
最后，本申請的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。