符俊，王博強

（國能常州發(fā)電有限責任公司，江蘇 常州 213000）

清艙機無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。通過傳感器、智能算法等，可以實現(xiàn)自主導(dǎo)航、智能避障等功能。傳感器可以感知周圍環(huán)境，包括船艙內(nèi)物體的位置和狀態(tài)，以及與船艙內(nèi)人員和其他設(shè)備的交互信息。通過智能算法的處理和判斷，無人駕駛清艙機可以準確快速地完成清艙任務(wù)，提高工作效率，并且降低了人為操作可能引起的意外風險。因此，本文就全自動無人駕駛清艙機安全性、安全措施和方法進行闡述。分開來說，即卸料設(shè)備與運輸設(shè)備的避障、多種卸料設(shè)備之間的融合、多種卸料設(shè)備之間的互鎖、人員與設(shè)備的互鎖。

1 清艙機與卸船機的安全互鎖和融合

為了確保船艙余料清艙作業(yè)的安全性和高效性，清艙機與卸船機之間需要進行安全互鎖和融合。安全互鎖是指兩臺設(shè)備之間的聯(lián)動控制，只有在特定條件下才能進行操作，以避免可能的事故和損壞。

當卸船機開始卸載散料時，清艙機應(yīng)自動停止工作，并等待卸船機完成后再繼續(xù)操作，抑或清艙機在避開卸船機作業(yè)半徑區(qū)域進行清艙工作。其位置互鎖程序保護、傳感器直接檢測保護等兩種及以上的防碰撞保護手段，避免發(fā)生碰撞事故。

此外，卸船機和清艙機的融合也是提高作業(yè)效率的關(guān)鍵。通過優(yōu)化設(shè)備之間的協(xié)同工作，可以減少作業(yè)時間和人力成本。例如，清艙機可以根據(jù)卸船機的卸載速度和位置，智能調(diào)整自身的工作節(jié)奏和路徑，以最大程度地減少等待時間和重復(fù)移動。

具體措施如下。

1.1 位置互鎖功能-軟件計算檢測防碰撞

系統(tǒng)通過建立艙內(nèi)的XOY坐標平面并進行網(wǎng)格化，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：卸船機抓斗和清艙機在進入相鄰網(wǎng)格的危險閾值范圍內(nèi)時，結(jié)合卸船機抓斗的高度數(shù)據(jù)，及時停止運行，以確保安全。

1.2 直接傳感器檢測互鎖功能-雷達相向掃描檢測防碰撞

為了防止碰撞發(fā)生，卸船機部署了3D雷達來進行下方的掃描，以實時檢測清艙機的位置；同時，清艙機在頂部也部署了仰角可調(diào)的3D雷達，用于上方的掃描，以實時檢測抓斗的位置；一旦卸船機抓斗與清艙機的距離進入危險閾值范圍，系統(tǒng)會立即停止運行。

1.3 分區(qū)域作業(yè)規(guī)劃

為了提高清艙效率，系統(tǒng)需要設(shè)計一個合理的作業(yè)流程，使卸船機抓斗和清艙機的作業(yè)能夠高效協(xié)調(diào)。

在清艙機與卸船機抓斗交叉作業(yè)時，應(yīng)遵循以下規(guī)則：（1）分區(qū)域作業(yè)：將作業(yè)區(qū)域劃分，確定卸船機抓斗和清艙機的作業(yè)范圍和順序；（2）就近取料：根據(jù)就近原則，選擇離取料點更近的卸船機抓斗來進行作業(yè)；（3）兩點供料：根據(jù)需要，在兩個指定的地點進行供料。

對于艙內(nèi)自動作業(yè)，清艙機需要遵循以下局部軌跡規(guī)劃：（1）分析艙內(nèi)剩余料堆的分布和特點；（2）將整個清艙作業(yè)拆分成多個單次任務(wù)，通過推料或耙料路徑的最優(yōu)曲線來達到效率最優(yōu)的作業(yè)結(jié)果；（3）結(jié)合推、耙、鏟、裝等動作，實現(xiàn)各種動作的協(xié)調(diào)進行。

綜上所述，清艙機與卸船機的安全互鎖和融合是確保船艙余料清艙作業(yè)順利進行的重要因素。通過有效的聯(lián)動控制和協(xié)同工作，可以提高作業(yè)效率、降低風險，并實現(xiàn)更加安全可靠的清艙作業(yè)。

2 清艙機與船艙艙壁的避障

清艙機與船艙艙壁的避障是確保清艙作業(yè)順利進行的關(guān)鍵。為了避免清艙機與艙壁之間的碰撞，需要采用先進的避障技術(shù)。一種常見的方法是使用激光或雷達傳感器，通過掃描周圍環(huán)境來檢測障礙物的存在和位置。清艙機可以根據(jù)傳感器提供的信息，實時調(diào)整自身的路徑和速度，以避開障礙物。

另外，還可以結(jié)合計算機視覺技術(shù)，通過攝像頭等設(shè)備獲取圖像信息，并利用圖像處理算法識別艙壁的位置和形狀。清艙機可以根據(jù)這些信息進行路徑規(guī)劃，以便在接近艙壁時及時調(diào)整方向，避免與艙壁發(fā)生碰撞。

除了傳感器和計算機視覺技術(shù)，還可以利用機器學習算法，讓清艙機不斷學習和優(yōu)化避障策略。通過分析歷史數(shù)據(jù)和實時感知，清艙機可以逐漸提高避障的準確性和效率，從而更好地應(yīng)對復(fù)雜的工作環(huán)境。

關(guān)鍵技術(shù)點：實現(xiàn)船艙半密閉空間環(huán)境識別及3D重建。

對于船艙內(nèi)的半密閉空間，要實現(xiàn)清艙機的遠程控制功能，首先，需要對艙內(nèi)空間環(huán)境進行識別和3D重建。系統(tǒng)采用了3D激光雷達作為清艙機的掃描設(shè)備。然而，在船艙內(nèi)粉塵濃度高、煤炭潮氣大，甚至在雨霧天氣等惡劣環(huán)境中，粉塵顆粒、霧滴和水滴會對激光雷達的測量結(jié)果造成干擾。為了解決這個問題，系統(tǒng)采用了先進的數(shù)據(jù)處理算法，將這些干擾降低到最低程度，并且將微小粒子的影響“忽略”，準確描繪出船艙和料堆的真實輪廓。

要實現(xiàn)船艙半密閉空間環(huán)境識別及3D重建，關(guān)鍵在于有效濾波技術(shù)，以應(yīng)對粉塵等干擾因素。系統(tǒng)能夠通過這一技術(shù)，準確地識別出船艙內(nèi)部的環(huán)境信息，并將其轉(zhuǎn)化為3D模型。這一創(chuàng)新點使得清艙機能夠更加精確地進行清理工作，提高工作效率和質(zhì)量。同時，通過濾波技術(shù)的應(yīng)用，還可以進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能，提升對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。

隨著技術(shù)的發(fā)展，船艙半密閉空間環(huán)境識別及3D重建技術(shù)的研發(fā)改進，不斷推動清艙機的發(fā)展，為清艙工作提供更高效、更精準的解決方案。

綜上所述，清艙機與船艙艙壁的避障技術(shù)是保證清艙作業(yè)安全順利進行的關(guān)鍵因素。通過使用傳感器、計算機視覺技術(shù)和機器學習算法，清艙機可以有效地避免與艙壁碰撞，提高工作效率和安全性（圖1）。

圖1 船艙內(nèi)3D建模

3 清艙機與人的安全互鎖和避讓措施

建設(shè)遠程實景控制中心是一項嚴謹務(wù)實的任務(wù)，實現(xiàn)無人駕駛的同時，也能使操作人員更直觀的感覺置身現(xiàn)場，順利地完成清艙工作。

首先，需要在中控室建設(shè)一個遠程控制中心的軟硬件平臺。通過這個平臺，可以控制卸船流程中的各項設(shè)備，如抓斗卸船機和清艙機等。同時，還需要設(shè)計一個數(shù)據(jù)通信接口，將遠程控制中心和原有的輸煤程控中心連接起來，以確保卸船機、清艙機和輸料系統(tǒng)設(shè)備之間的聯(lián)鎖和控制融合。

其次，需要建設(shè)一個具備駕駛艙功能的遠程控制中心。這個駕駛艙需要集成無線AP、底層控制器（如搖桿、按鈕等直接控制端）和主控單元等重要組件。駕駛艙能夠顯示清艙機的第一視角實時視頻和艙內(nèi)環(huán)境，還可以顯示作業(yè)軌跡、360度全景環(huán)視影像等內(nèi)容，從而實現(xiàn)沉浸式的遠程控制駕駛功能。遠程實景控制中心搭建的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點體現(xiàn)在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院偷脱舆t性方面。為了保證視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)性，在搭建中會采用先進的傳輸技術(shù)；為了確?？刂茢?shù)據(jù)的可靠性和低延遲性，使用先進的控制技術(shù)。只有這樣，才能成功實現(xiàn)遠程實景控制中心的搭建，為各項工作提供有效的支持。

無人駕駛清艙機在與人員共同工作時，必須確保安全互鎖和避讓措施的實施。首先，清艙機配備高精度傳感器和智能識別系統(tǒng)，能夠及時發(fā)現(xiàn)人員的存在并進行識別。其次，清艙機需要與人員之間建立有效的通信系統(tǒng)，以便及時傳達指令和信息。在清艙作業(yè)過程中，如果有人員進入工作區(qū)域，清艙機應(yīng)立即停止運行，并發(fā)出警示信號，以確保人員的安全。此外，清艙機還應(yīng)具備靈敏的避讓能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化迅速調(diào)整路徑，避免與人員發(fā)生碰撞。通過這些安全互鎖和避讓措施的實施，可以最大程度地保障人員在清艙作業(yè)中的安全（圖2）。

圖2 人、卸船機、清艙機三點位置

4 結(jié)語

無人駕駛清艙機的設(shè)計和功能提供了一種高效、安全的解決方案，用于處理船艙余料清艙作業(yè)。通過與卸船機的安全互鎖和融合，可以實現(xiàn)作業(yè)過程的順暢進行，避免可能的事故和損失。同時，清艙機配備了先進的避障技術(shù)，能夠準確識別船艙艙壁等障礙物，以避免碰撞和損壞。此外，清艙機還采取了安全互鎖和避讓措施，確保與人員的安全交互，避免潛在的傷害風險。綜上所述，無人駕駛?cè)詣泳G色清艙機是一項具有廣闊應(yīng)用前景的技術(shù)創(chuàng)新，將為船艙余料清艙作業(yè)帶來更高效、更安全的解決方案。