一种船舱壁附着料清理系统及方法与流程

1.本技术涉及船舶工程设备技术领域，具体而言，涉及一种船舱壁附着料清理系统及方法。


背景技术：

2.目前，在大力推动智能制造的战略背景下，实现新型工业化是国家倡导趋势。持续优化改善卸船作业方式，提高作业效率、降低作业成本、改善作业安全，是保证企业具有持续强大竞争力的关键。船舱卸料主要是指用卸船机把物料(矿料、煤料等)从船舱卸到码头上，物料卸料时所涉及的卸船机主要有三种，抓斗式卸船机、螺旋式连续卸船机、链斗式连续卸船机，无论那种卸船机，在卸船作业时，都会存在船舱壁粘连附着物的现象；针对轮船所运载的物料主要类似煤粉料、矿粉料等其他相似物料，对于含水量较高的物料，在卸船过程中容易粘附在船舱壁上，不易脱落，此种物料一般称之为“船舱附着料”；在卸船过程中，有些地方，由于取料不均匀，造成底部被挖空，上层物料悬空，十分容易塌陷，此种物料一般被称之为“塌料”。
3.现在的卸船清舱作业智能化、自动化程度低，虽然现在也出现了一些远程操作的清舱设备，如远程推耙机等，但有些清舱工作，如船舱壁附着料清理等，还是需要人员在船舱下工作清理；船舱清舱岗位作业环境的特殊性以，将导致企业招聘、培养满足标准的人员难度较高；并且在船舱下工作，粉尘重、作业环境恶劣，作业安全风险高，作业效率低下。现有技术中，卸船清舱一般有三种方式：一是用人工清理，使用专门的清舱工下到船舱内，用简易工具，如竹竿、铁锹、高压水枪等把船舱壁上的附着物清理下来，此种作业方式存在效率低、作业成本高、作业风险高等缺点；二是用碰落机等设备清理，即一种类似挖掘机的设备，由人员驾驶，把船舱壁上的附着物清理下来，此种作业方式以及存在作业效率低下，且容易损坏船舱壁；三是用高压水枪清理，高压水枪安装在卸船机取料头上，由人工远程控制清理舱壁；此种作业方式，会导致船舱内残留大量水，影响后续作业。且现有的设备，操作起来不方便，使用便利性不佳。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种船舱壁附着料清理系统及方法，可以实现对船舱壁附着料智能自动化清理，实现提高清理效率、降低作业成本和作业风险的技术效果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种船舱壁附着料清理系统，所述船舱壁附着料清理系统安装于卸船机，所述船舱壁附着料清理系统包括清理弹发射装置和清理弹制造装置；
6.所述清理弹发射装置包括供弹仓、智能感知机构、发射机构、机械手臂、固定底座和定位机构，所述供弹仓内部存储有清理弹，所述发射机构与所述供弹仓连接，在所述清理弹传送至所述发射机构的待击发位置时根据轰击指令进行发射；所述智能感知机构安装于发射机构、所述定位机构安装于所述固定底座，所述智能感知机构用于提供附着料空间坐
标数据和附着料图像数据，所述定位机构用于提供位置数据，所述发射机构通过所述机械手臂安装于所述固定底座，所述固定底座安装于所述卸船机；
7.所述清理弹制造装置与所述供弹仓连接，所述清理弹制造装置用于给所述供弹仓提供清理弹。
8.在上述实现过程中，该船舱壁附着料清理系统通过清理弹制造装置制备清理弹，并将清理弹供给到清理弹发射装置；通过清理弹发射装置将清理弹发射至船舱壁，对船舱壁附着料进行清理；在清理过程中，通过智能感知机构提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，结合定位机构提供的位置数据，对船舱壁附着料进行智能识别、精确清理，从而对船舱壁附着料实现了智能识别、自主精准清理，实现清舱作业的无人化；清理弹可以选择冰弹，残留的水分较少，不影响后续作业；从而，该船舱壁附着料清理系统可以实现对船舱壁附着料智能自动化清理，实现提高清理效率、降低作业成本和作业风险的技术效果。
9.进一步地，所述机械手臂包括第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机和所述第二步进电机通过连杆连接，所述发射机构安装于所述第二步进电机，所述第一步进电机控制所述机械手臂水平面上的旋转，所述第二步进电机控制所述机械手臂垂直面上的旋转。
10.在上述实现过程中，通过第一步进电机负责机械手臂水平面上的旋转，通过第二步进电机负责机械手臂垂直面上旋转，以实现发射机构左右上下的旋转射击。
11.进一步地，所述清理弹发射装置还包括控制机构，所述控制机构分别与所述机械手臂、所述智能感知机构、所述发射机构、所述定位机构连接。
12.进一步地，所述发射机构包括炮管、高压气缸、电磁铁、第一电磁阀和第二电磁阀，所述高压气缸的出气口与所述炮管连接，所述高压气缸的进气口与输送气管连接，所述第一电磁阀设置于所述高压气缸的进气口与所述输送气管之间，所述第二电磁阀设置于所述高压气缸的出气口与所述炮管之间，所述电磁铁设置于所述高压气缸远离所述炮管的一端，所述高压气缸可沿所述炮管延伸方向移动。
13.进一步地，所述发射机构还包括第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关设置于所述电磁铁和所述高压气缸之间，所述第二行程开关设置于所述高压气缸和所述炮管之间。
14.进一步地，所述发射机构还包括弹簧，所述弹簧的一端连接所述高压气缸，所述弹簧的另一端连接所述炮管。
15.在上述实现过程中，借助弹簧的弹力，实现高压气缸的回复运动。
16.进一步地，所述智能感知机构包括相机和激光雷达，所述相机、所述激光雷达固定安装于所述固定底座。
17.进一步地，所述智能感知机构还包括防护外壳，所述相机、所述激光雷达安装于所述防护外壳的内部。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种船舱壁附着料清理方法，应用于第一方面任一项所述的船舱壁附着料清理系统，所述船舱壁附着料清理方法包括：
19.通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据；
20.根据所述船舱壁三维空间数据和所述料面三维空间数据进行计算，获得待清理附
着料三维空间数据；
21.根据所述待清理附着料三维空间数据生成轰击路径数据；
22.根据所述轰击路径数据控制所述清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料。
23.进一步地，所述通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据的步骤，包括：
24.通过智能感知机构扫描待清理船舱，获得船舱内部三维空间数据；
25.根据船舱内部三维空间数据进行计算，若所述船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为规则连续线性变化，则判定该区域为船舱壁三维空间数据；若所述船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为无规则连续线性变化，则判定该区域为船舱壁三维空间数据为附着料料面三维空间数据；
26.所述轰击路径数据包括多个轰击靶向目标，所述根据所述轰击路径数据控制所述清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料的步骤，包括：
27.遍历所述多个轰击靶向目标，并根据遍历到的所述轰击靶向目标进行如下处理：
28.获取所述轰击靶向目标的目标坐标数据；
29.根据所述目标坐标数据计算所述机械手臂的调节数据，根据所述调节数据对所述机械手臂进行调节，使所述发射机构发射的清理弹对准所述轰击靶向目标；
30.控制所述发射机构对所述轰击靶向目标进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料。
31.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
32.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
34.图1为本技术实施例提供的船舱塌料的示意图；
35.图2为本技术实施例提供的船舱壁附着料清理系统的结构示意图；
36.图3为本技术实施例提供的卸船机和船舱壁附着料清理系统的结构示意图；
37.图4为本技术实施例提供的清理弹发射装置的第一结构示意图；
38.图5为本技术实施例提供的清理弹发射装置的第二结构示意图；
39.图6为本技术实施例提供的发射机构的第一结构示意图；
40.图7为本技术实施例提供的发射机构的第二结构示意图；
41.图8为本技术实施例提供的plc的示意图；
42.图9为本技术实施例提供的船舱壁附着料清理方法的流程示意图；
43.图10为本技术实施例提供的船舱壁的识别示意图；
44.图11为本技术实施例提供的待清理附着料三维空间数据的示意图；
45.图12为本技术实施例提供的发射机构的第三结构示意图；
46.图13为本技术实施例提供的第一步进电机调节的示意图；
47.图14为本技术实施例提供的第一步进电机调节的简化示意图；
48.图15为本技术实施例提供的第二步进电机调节的示意图；
49.图16为本技术实施例提供的第二步进电机调节的简化示意图。
50.图标：船舱壁附着料清理系统10；清理弹发射装置11；供弹仓111；智能感知机构112；发射机构113；炮管1131；高压气缸1132；电磁铁1133；第一电磁阀1134；第二电磁阀1135；第一行程开关1136；第二行程开关1137；弹簧1138；机械手臂114；第一步进电机1141；第二步进电机1142；连杆1143；固定底座115；定位机构116；清理弹制造装置12；船舱壁20；物料30；卸船机40。
具体实施方式
51.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
52.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
53.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
54.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
56.本技术实施例提供了一种船舱壁附着料清理系统及方法，可以应用于船舱卸料时船舱壁附着料的清理过程中；该船舱壁附着料清理系统通过清理弹制造装置制备清理弹，并将清理弹供给到清理弹发射装置；通过清理弹发射装置将清理弹发射至船舱壁，对船舱壁附着料进行清理；在清理过程中，通过智能感知机构提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，结合定位机构提供的位置数据，对船舱壁附着料进行智能识别、精确清理，从而
对船舱壁附着料实现了智能识别、自主精准清理，实现清舱作业的无人化；清理弹可以选择冰弹，残留的水分较少，不影响后续作业；从而，该船舱壁附着料清理系统可以实现对船舱壁附着料智能自动化清理，实现提高清理效率、降低作业成本和作业风险的技术效果。
57.在一些实施方式中，所述清理弹可以是冰弹或吸水弹；其中，吸水弹是一种高分子材料，它是由吸水树脂制作而成的，吸水弹泡入水中后，可以逐渐吸收水分并让自身变成水珠状，这种水珠受到挤压，或者是受到撞击后，就会粉碎或破裂。对于对吸水弹残留物不敏感的物料，可以使用吸水弹代替冰弹。
58.需要注意的是，本技术实施例中的清理弹以冰弹作为示例进行说明，不排除其他类型的清理弹的使用。
59.请参见图1和图3，图1为本技术实施例提供的船舱塌料的示意图，图2为本技术实施例提供的船舱壁附着料清理系统的结构示意图，图3为本技术实施例提供的卸船机和船舱壁附着料清理系统的结构示意图；该船舱壁附着料清理系统安装于卸船机，船舱壁附着料清理系统10包括清理弹发射装置11和清理弹制造装置12。
60.示例性地，如图1所示，船舱壁20堆积有物料30；在卸船作业不断进行的过程中，有些地方，由于取料不均匀，造成底部被挖空，上层的物料30悬空，十分容易塌陷，形成“塌料”，容易造成安全隐患。
61.在一些实施方式中，如图3所示，船舱壁附着料清理系统10安装在卸船机40上，卸船作业根据需要，可以选择不同的卸船机。本技术实施例以链斗式连续卸船机为例，说明清理弹发射装置11的原理；船舱壁附着料清理系统10安装在链斗式连续卸船机的取料头上部，本技术实施例中，需要求在安装和使用时，船舱壁附着料清理系统10中机械手臂的竖轴与水平面垂直。
62.示例性地，清理弹发射装置11包括供弹仓111、智能感知机构112、发射机构113、机械手臂114、固定底座115和定位机构116，供弹仓111内部存储有清理弹，发射机构113与供弹仓111连接，在清理弹传送至发射机构113的待击发位置时根据轰击指令进行发射；智能感知机构112安装于发射机构、定位机构116安装于固定底座115，智能感知机构112用于提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，定位机构116用于提供位置数据，发射机构113通过机械手臂114安装于固定底座115，固定底座115安装于卸船机40；
63.示例性地，卸船机40的取料头安装有船舱壁附着料清理系统10；船舱壁附着料清理系统10使用时，船舱壁附着料清理系统10的一侧面向有附着料的船舱壁20停下，对船舱壁附着料清理系统10下达船舱壁附着料清理指令，船舱壁附着料清理系统10指挥机械手壁114控制智能感知机构112对船舱壁20进行扫描，扫描数据输入船舱壁附着料识别模型，自动识别出船舱壁20上附着料的具体位置坐标；并给出靶向三维坐标数据，智能船舱壁附着料自主清理模型根据靶向坐标，自主规划轰击路径，配合智能瞄准系统，自动对靶向目标进行连续轰击，以达到清除附着料的目的。轰击完成，船舱壁附着料清理系统10会提示操作完成，人工通过摄像头查看清理效果，如果仍有较多残留，可以反复多次下达清理指令，让系统自主清理；也可以根据需要，自主定位靶向目标，控制冰弹枪轰击目标。
64.示例性地，清理弹制造装置12与供弹仓111连接，清理弹制造装置12用于给供弹仓111提供清理弹。
65.示例性地，在清理弹为冰弹时，清理弹制造装置12即为冰弹制造装置；可选地，冰
弹为一种光滑的球状冰球，直径60mm，为专门的冰球制造机生产，已有成熟技术，本技术实施例中不再另作介绍；生产好的冰球存放在-5
°
c的冷藏箱中；供弹仓111可以是低温供弹仓，用于给提高冰弹，低温供弹仓内温度控制在-5℃以下，确保冰球不融化，保持固有的形状和硬度。低温供弹仓通过压缩机提供冷却源。
66.在一些实施方式中，该船舱壁附着料清理系统10通过清理弹制造装置12制备清理弹，并将清理弹供给到清理弹发射装置11；通过清理弹发射装置11将清理弹发射至船舱壁20，对船舱壁20的附着料进行清理；在清理过程中，通过智能感知机构112提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，结合定位机构116提供的位置数据，对船舱壁附着料进行智能识别、精确清理，从而对船舱壁附着料实现了智能识别、自主精准清理，实现清舱作业的无人化；清理弹可以选择冰弹，残留的水分较少，不影响后续作业；从而，该船舱壁附着料清理系统可以实现对船舱壁附着料智能自动化清理，实现提高清理效率、降低作业成本和作业风险的技术效果。
67.请参见图4和图5，图4为本技术实施例提供的清理弹发射装置的第一结构示意图，图5为本技术实施例提供的清理弹发射装置的第二结构示意图。
68.示例性地，机械手臂114包括第一步进电机1141和第二步进电机1142，第一步进电机1141和第二步进电机1142通过连杆1143连接，发射机构113安装于第二步进电机1142，第一步进电机1141控制机械手臂114水平面上的旋转，第二步进电机1142控制机械手臂114垂直面上的旋转。
69.示例性地，通过第一步进电机1141负责机械手臂114水平面上的旋转，通过第二步进电机1142负责机械手臂114垂直面上旋转，以实现发射机构113左右上下的旋转射击；可选地，第一步进电机1141和第二步进电机1142的角度量控制可以由上位机通过plc进行控制。
70.示例性地，清理弹发射装置11还包括控制机构，控制机构分别与机械手臂114、智能感知机构112、发射机构113、定位机构116连接。
71.示例性地，发射机构113包括炮管1131、高压气缸1132、电磁铁1133、第一电磁阀1134和第二电磁阀1135，高压气缸1132的出气口与炮管1131连接，高压气缸132的进气口与输送气管连接，第一电磁阀1134设置于高压气缸1132的进气口与输送气管之间，第二电磁阀1135设置于高压气缸1132的出气口与炮管1131之间，电磁铁1133设置于高压气缸1132远离炮管1131的一端，高压气缸1132可沿炮管1131延伸方向移动。
72.示例性地，发射机构113还包括第一行程开关1136和第二行程开关1137，第一行程开关1136设置于电磁铁1133和高压气缸1132之间，第二行程开关1137设置于高压气缸1132和炮管1131之间。
73.示例性地，发射机构113还包括弹簧1138，弹簧1138的一端连接高压气缸1132，弹簧11388的另一端连接炮管1131。
74.示例性地，智能感知机构112包括相机和激光雷达，相机、激光雷达固定安装于固定底座。
75.示例性地，智能感知机构112还包括防护外壳，相机、激光雷达安装于防护外壳的内部。
76.请参见图6和图8，图6为本技术实施例提供的发射机构的第一结构示意图，图7为
本技术实施例提供的发射机构的第二结构示意图，图8为本技术实施例提供的plc的示意图。
77.示例性地，发射机构113，即清理弹的发射部件，可以根据控制机构提供的发射方向角度和发射指令，自动调整发射位置，轰击靶向目标，并反馈单次发射结束信息；可选地，发射机构113工作流程如下：
78.1)发射机构113的机械手臂114，直接接受来至上位机中智能船舱壁附着料自主清理模型的指令，调整机械手壁114的方向和角度，进而控制冰弹枪的方向和角度。
79.2)发射机构113由plc进行控制，plc接受来至上位机中智能船舱壁附着料自主清理模型的指令。plc连接如图8所示，plc的输入/输出如下表所示：
[0080][0081][0082]
表1-plc的输入/输出表
[0083]
在发射机构113的方向和角度调整好后，上位机给plc发出轰击指令，plc接受指令后，控制第二电磁阀关闭、第一电磁阀打开，高压气体流入气缸(高压气体压力不低于200bar)，充气约1秒后(此数据可以根据实验调整)，充气完成，plc控制第一电磁阀关闭，给电磁铁通电，电磁铁和气缸上的永磁铁形成互斥力，推动气缸向前运动，如图6所示；
[0084]
高压气缸向前运动，第一行程开关断开，并推动冰球上膛，完成发射准备；第一行程开关断开，plc会给上位机发送发射开始信号；气缸移动到右端，触发第二行程开关闭合；第二行程开关闭合后，plc控制第二电磁阀打开，气缸内高压气体排出，在枪管内推动冰球向前加速运动，进而轰击目标；第二行程开关闭合后，plc给电磁铁断电，气缸与电磁铁的互斥力小时，气缸在弹簧的作用下，开始返回，向左运动；当气缸运动到左端，触发第一行程开关闭合，第一行程开关闭合，plc会给上位机发送发射结束信号；一轮发射流程结束，上位机中的智能船舱壁附着料自主清理模型可以根据需要，进行多次重复连续发射。
[0085]
请参见图9，图9为本技术实施例提供的船舱壁附着料清理方法的流程示意图，该
船舱壁附着料清理方法应用于图1至图8所示的船舱壁附着料清理系统10，船舱壁附着料清理方法包括如下步骤：
[0086]
s100：通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据；
[0087]
s200：根据船舱壁三维空间数据和料面三维空间数据进行计算，获得待清理附着料三维空间数据；
[0088]
s300：根据待清理附着料三维空间数据生成轰击路径数据；
[0089]
s400：根据轰击路径数据控制清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理船舱壁的附着料。
[0090]
示例性地，s100：通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据的步骤，包括：
[0091]
通过智能感知机构扫描待清理船舱，获得船舱内部三维空间数据；
[0092]
根据船舱内部三维空间数据进行计算，若船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为规则连续线性变化，则判定该区域为船舱壁三维空间数据；若船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为无规则连续线性变化，则判定该区域为船舱壁三维空间数据为附着料料面三维空间数据；
[0093]
轰击路径数据包括多个轰击靶向目标，s400：根据轰击路径数据控制清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理船舱壁的附着料的步骤，包括：
[0094]
遍历多个轰击靶向目标，并根据遍历到的轰击靶向目标进行如下处理：
[0095]
获取轰击靶向目标的目标坐标数据；
[0096]
根据目标坐标数据计算机械手臂的调节数据，根据调节数据对机械手臂进行调节，使发射机构发射的清理弹对准轰击靶向目标；
[0097]
控制发射机构对轰击靶向目标进行清理弹轰击，清理船舱壁的附着料。
[0098]
示例性地，船舱壁附着料清理系统的控制机构，可以包括多个功能案件，如：开始和停止船舱壁附着料清理系统按钮、通过视频方式展示清理部分、呈现船舱壁附着料三维图像、自动模式和手动模式切换；
[0099]
其中，船舱壁附着料清理系统的自动模式就是自主识别附着料并自主轰击，手动模式就是通过点击鼠标向目标发射冰弹，通过点击此两按钮进行切换；在自动模式下，点击开始按钮，系统会按照船舱壁附着料清理方法概述中所描述的流程自主进行附着料清理；
[0100]
在手动模式下，通过在船舱壁附着料三维图像上点击鼠标，会自动发射冰弹轰击所点击处目标；具体逻辑为，当在船舱壁附着料三维图像上点击鼠标时，船舱壁附着料智能管理系统会自动获取该点击位置附着料三维坐标数据，并传递给智能船舱壁附着料自主清理模型，智能船舱壁附着料自主清理模型控制发射系统发射冰弹。
[0101]
请参见图10和图11，图10为本技术实施例提供的船舱壁的识别示意图，图11为本技术实施例提供的待清理附着料三维空间数据的示意图。
[0102]
在一些实施场景中，在s100：通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据的过程中，用于船舱壁上附着料的识别，辨别出船舱壁上那些物料符合附着料的特征，生成附着料的三维坐标数据，其实现逻辑示例如下：
[0103]
1)船舱壁的识别和预测，通过激光雷达扫描船舱，获取船舱内部三维空间数据，并
通过计算，如果发现固定y值下，从最大z值处开始，x值与z值呈规律的连续线性变化，则可判定该区域为已裸露船舱壁，如x1区域；通过x1区域数据，可以获得相同y值下，x与z的线性函数，从而可以预算出被覆盖区域x4内船舱壁三维空间坐标数据；
[0104]
2)船舱壁附着料的识别，通过激光雷达扫描船舱，获取船舱内三维空间数据，并通过计算，如果发现固定y值下，x值与z值不能呈规律的连续线性变化，则可判定该区域为物料区；
[0105]
3)通过船舱壁识别和预测，获取船舱壁的三维空间坐标数据；通过料面的识别，获取料面的三维空间坐标数据，通过比较船舱壁和料面三维空间坐标，计算出船舱壁物料的水平厚度x2和料面长度x3，当标准判断值长度x3内的物料平均水平厚度x2低于标准判断值时，即判定该区域物料未附着料。x3、x2标准判断值为预设值，并通过实验不断优化数据。
[0106]
示例性地，在s300：根据待清理附着料三维空间数据生成轰击路径数据的过程中，根据待清理附着料三维空间数据，自主规划轰击路径，并调用智能瞄准系统的方位角度值，控制发射向靶向目标发射冰弹；可选地，待清理附着料三维空间数据进行靶向坐标规划，其实现逻辑示例如下：
[0107]
1)把附着料看成一个平面，如下图，即不关心y值大小，可以给定一个默认y值，只关注x、z值得变化；通过比较获得x值、z值的上下限值x1、x2，z1、z2；并等量平分x1-x2，z1-z2的绝对值，得到如图10所示的网格区间。以图10中附着料区1为例，可以得到网格区，每个网格区再计算出中心点坐标，并和附着料坐标进行比较，如果这些坐标属于附着料坐标内，即可定义为靶向坐标，如下图中网格a1～a27。网格间距值可以预设一个值，并根据使用效果不断优化；
[0108]
2)当靶向坐标定义好后，智能船舱壁附着料自主清理模型会按x、z值的大小，按上图所示由左向右，由上到下顺序规划轰击路径；
[0109]
3)靶向坐标和轰击路径规划好后，智能船舱壁附着料自主清理模型会生成轰击任务列表，在生成轰击任务列表时，会自动从智能瞄准系统获取当前气缸压力和靶向目标距离下的枪口三维空间坐标数据。
[0110]
请参见图12至图16，图12为本技术实施例提供的发射机构的第三结构示意图，图13为本技术实施例提供的第一步进电机调节的示意图，图14为本技术实施例提供的第一步进电机调节的简化示意图，图15为本技术实施例提供的第二步进电机调节的示意图，图16为本技术实施例提供的第二步进电机调节的简化示意图。
[0111]
示例性地，s400：根据轰击路径数据控制清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理船舱壁的附着料的过程中，根据目标坐标数据计算机械手臂的调节数据，根据调节数据对机械手臂进行调节，使发射机构发射的清理弹对准轰击靶向目标，可以指示机械手臂调整最佳发射方位角度，以实现精准射击，其实现原理如下：获取靶向目标坐标后，计算出机械手臂上两个步进电机应该调整的角度量，从而实现瞄准方位的调整；
[0112]
示例性地，发射机构113安装于机械手臂114上，发射机构113的冰弹运动轨迹g1需与第二步进电机1142的旋转中心相交，以便第二步进电机1142旋转角度量的计算，如图12所示；第一步进电机1141负责机械手臂114水平面上旋转，第二步进电机1142负责机械手臂114垂直面上旋转，以实现发射系统左右上下的旋转射击。步进电机的角度量控制由上位机中智能瞄准算法模型通过plc进行控制。
[0113]
在一些实施场景中，根据调节数据对机械手臂进行调节分为两个步骤：第一步先计算第一步进电机的旋转量，第二步计算第二步进电机的旋转量；
[0114]
1)第一步进电机的旋转量计算：
[0115]
如图13和图14所示，a4为当前靶向目标点，a5为将要轰击的靶向目标点，a1、a2点为固定点(在作业期间位置不会变化，详情可参照上述实施例中的描述)，由此得到面a1a2a4、面a1a2a5两个平面，只需计算这两个平面的夹角就可以知道第一步进电机的旋转角度；
[0116]
当卸船机取料头停止，机械手臂114上的全球定位装置(定位机构116)空间位置固定，进而可以计算图13中a1、a2点的空间坐标数据，再加上已知的a4、a5点的空间坐标数据，就可以计算出两个面之间的夹角，即为第一步进电机的旋转角度。图13可以简化成图14中的几何图形；
[0117]
2)第二步进电机的旋转量计算
[0118]
如图15和图16所示，a3为靶向目标点，与固定点a1、a2可构成一个三角形，只需计算出m1夹角度数，就可以得到第二步进电机的旋转角度量；
[0119]
图15可以简化成图16中的三角形，通过已知的a1、a2、a3空间坐标数据，即可计算出下图三角形各边长度，进而计算角m1的度数。
[0120]
在本技术所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本技术实施例不再多加赘述。
[0121]
应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
[0122]
在本技术的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0123]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述船舱壁附着料清理系统安装于卸船机，所述船舱壁附着料清理系统包括清理弹发射装置和清理弹制造装置；所述清理弹发射装置包括供弹仓、智能感知机构、发射机构、机械手臂、固定底座和定位机构，所述供弹仓内部存储有清理弹，所述发射机构与所述供弹仓连接，在所述清理弹传送至所述发射机构的待击发位置时根据轰击指令进行发射；所述智能感知机构安装于发射机构、所述定位机构安装于所述固定底座，所述智能感知机构用于提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，所述定位机构用于提供位置数据，所述发射机构通过所述机械手臂安装于所述固定底座，所述固定底座安装于所述卸船机；所述清理弹制造装置与所述供弹仓连接，所述清理弹制造装置用于给所述供弹仓提供清理弹。2.根据权利要求1所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述机械手臂包括第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机和所述第二步进电机通过连杆连接，所述发射机构安装于所述第二步进电机，所述第一步进电机控制所述机械手臂水平面上的旋转，所述第二步进电机控制所述机械手臂垂直面上的旋转。3.根据权利要求1或2所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述清理弹发射装置还包括控制机构，所述控制机构分别与所述机械手臂、所述智能感知机构、所述发射机构、所述定位机构连接。4.根据权利要求2所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述发射机构包括炮管、高压气缸、电磁铁、第一电磁阀和第二电磁阀，所述高压气缸的出气口与所述炮管连接，所述高压气缸的进气口与输送气管连接，所述第一电磁阀设置于所述高压气缸的进气口与所述输送气管之间，所述第二电磁阀设置于所述高压气缸的出气口与所述炮管之间，所述电磁铁设置于所述高压气缸远离所述炮管的一端，所述高压气缸可沿所述炮管延伸方向移动。5.根据权利要求4所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述发射机构还包括第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关设置于所述电磁铁和所述高压气缸之间，所述第二行程开关设置于所述高压气缸和所述炮管之间。6.根据权利要求4所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述发射机构还包括弹簧，所述弹簧的一端连接所述高压气缸，所述弹簧的另一端连接所述炮管。7.根据权利要求1所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述智能感知机构包括相机和激光雷达，所述相机、所述激光雷达固定安装于所述固定底座。8.根据权利要求7所述的船舱壁附着料清理系统，其特征在于，所述智能感知机构还包括防护外壳，所述相机、所述激光雷达安装于所述防护外壳的内部。9.一种船舱壁附着料清理方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任一项所述的船舱壁附着料清理系统，所述船舱壁附着料清理方法包括：通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据；根据所述船舱壁三维空间数据和所述料面三维空间数据进行计算，获得待清理附着料三维空间数据；根据所述待清理附着料三维空间数据生成轰击路径数据；
根据所述轰击路径数据控制所述清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料。10.根据权利要求9所述的船舱壁附着料清理方法，其特征在于，所述通过智能感知机构获取待清理船舱的船舱壁三维空间数据和附着料料面三维空间数据的步骤，包括：通过智能感知机构扫描待清理船舱，获得船舱内部三维空间数据；根据船舱内部三维空间数据进行计算，若所述船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为规则连续线性变化，则判定区域为船舱壁三维空间数据；若所述船舱内部三维空间数据在第一维的固定坐标值下第二维、第三维的坐标值为无规则连续线性变化，则判定区域为船舱壁三维空间数据为附着料料面三维空间数据；所述轰击路径数据包括多个轰击靶向目标，所述根据所述轰击路径数据控制所述清理弹发射装置对船舱壁进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料的步骤，包括：遍历所述多个轰击靶向目标，并根据遍历到的所述轰击靶向目标进行如下处理：获取所述轰击靶向目标的目标坐标数据；根据所述目标坐标数据计算所述机械手臂的调节数据，根据所述调节数据对所述机械手臂进行调节，使所述发射机构发射的清理弹对准所述轰击靶向目标；控制所述发射机构对所述轰击靶向目标进行清理弹轰击，清理所述船舱壁的附着料。

技术总结
本申请实施例提供一种船舱壁附着料清理系统及方法，涉及船舶工程设备技术领域。该船舱壁附着料清理系统安装于卸船机，其中供弹仓内部存储有清理弹，发射机构与供弹仓连接，在清理弹传送至发射机构的待击发位置时根据轰击指令进行发射；智能感知机构安装于发射机构、定位机构安装于固定底座，智能感知机构用于提供附着料空间坐标数据和附着料图像数据，定位机构用于提供位置数据，发射机构通过机械手臂安装于固定底座，固定底座安装于卸船机；清理弹制造装置与供弹仓连接，清理弹制造装置用于给供弹仓提供清理弹。该船舱壁附着料清理系统可以实现提高清理效率、降低作业成本和作业风险的技术效果。业风险的技术效果。业风险的技术效果。


技术研发人员：张志勇 肖伟 罗小波
受保护的技术使用者：重庆赛迪奇智人工智能科技有限公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/3/7