智能物料搬运系统
技术领域
本发明涉及水下作业
技术领域
，具体为智能物料搬运系统。背景技术
近年来，随着我国科学技术的发展，水下作业逐渐增多，水下作业是一种特种作业，包括修建水下隧道、打捞沉船、生物及能源资源的勘探等在内的所有水下工程的总称，水下作业需要携带补氧设备，长时间工作后需要进行补氧，目前的补氧方式分为管道直接补氧和返回式补氧，管道直接补氧使用范围较小，不适用于深海作业，返回式补氧需要人员返回水面，影响工程的进度，因此，设计实用性强和自动搬运的智能物料搬运系统是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供智能物料搬运系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：智能物料搬运系统，包括包括自动补氧远程控制模块、补氧设备搬运模块和供氧设备远端定位模块，其特征在于：所述自动补氧远程控制模块包括采集记录模块、正常补氧模块、应急补氧模块、数据计算模块、逻辑判断模块、轨迹模拟模块，所述智能搬运模块包括声波信息模块、速度调整模块、位置调整模块、氧气补充模块，所述远端定位模块包括压力感应模块、设备定位模块、缺氧预警模块，所述远程控制模块、补氧设备搬运模块和远端定位模块各自通过无线连接。
根据上述技术方案，所述采集记录模块用于采集供氧设备的信息和记录供氧设备的压力值，所述正常补氧模块用于整个系统常规情况下的补氧控制，所述应急补氧模块用于处理紧急状况下系统资源的调配，所述数据计算模块用于对采集数据的计算，所述逻辑判断模块用于对各种计算结果进行分类并制定后续处理方案，所述轨迹模拟模块用于对制定的方案进行电脑模拟以确认其可行性，所述声波信息模块用于发射声波和采集声波数据，所述速度调整模块用于根据实际情况调整搬运的速度，所述位置调整模块用于根据实际情况调整搬运的位置，所述氧气补充模块用于对供氧设备消耗氧气的补充，所述压力感应模块用于感应供氧设备的实时压力情况，所述设备定位模块用于提供供氧设备的准确位置信息，所述缺氧预警模块用于提醒作业人员上岸补氧。
根据上述技术方案，所述智能物料搬运系统的运行包含以下步骤：
S1、水下作业前，使用采集记录模块采集并记录压力感应模块得到的供氧设备信息及初始压力，同时记录补氧设备搬运模块的位置信息；
S2、水下作业时，通过压力感应模块实时采集供氧设备使用情况数据，通过设备定位模块采集供氧设备的位置信息，并记录在采集记录模块中；
S3、数据计算模块根据采集记录模块中的数据进行计算；
S4、逻辑判断模块根据计算的结果分析数据，制定后续处理方案；
S5、根据处理方案通过轨迹模拟模块确认方案的可行性；
S6、通过正常补氧模块或应急补氧模块控制指定的补氧设备搬运模块向供氧设备远端定位模块运动；
S7、通过声波信息模块采集行进路途中的声波数据，并传递给数据计算模块，利用逻辑判断模块确认是否需要重新规划路线；
S8、到达供氧设备远端定位模块，根据设备定位模块提供的数据，通过氧气补充模块对氧气进行补充；
S9、补充完毕后，补氧设备搬运模块返回初始位置；
S10、重复S2-S9，可以实现供氧设备的循环补充。
根据上述技术方案，所述步骤S1-S2中供氧设备信息的采集方法如下：
S21、以自动补氧远程控制模块的位置为原点建立空间坐标系；
S22、采集记录补氧设备搬运模块的位置信息，用记号(Ajt，Bjt，Cjt)表示第j台补氧设备t时刻的位置；
S23、水下作业前，采集需要下水工作的供氧设备的信息，同时记录下该供氧设备的初始压力值,用记号Pi0表示第i台供氧设备的初始压力值；
S24、水下作业时，通过压力感应模块实时采集的供氧设备的压力值，同时通过定位模块采集供氧设备的位置信息，并记录在采集记录模块中，用记号Pit表示第i台供氧设备t时刻的压力值，用记号(Xit，Yit，Zit)表示第i台供氧设备t时刻的位置；
采用以上标记方法，可以定量的了解供氧设备的压力值和位置，以及补氧设备的位置，为下一步的计算做准备。
根据上述技术方案，所述步骤S3中数据计算模块的方法如下：
设定第i台供氧设备气压的安全阀值PA，其公式如下：
其中Vmax为补氧设备搬运模块运动的最大值，S为t时刻第j台补氧设备与第i台供氧设备之间的距离，其公式如下：
为供氧设备中氧气的平均使用速度，其公式如下：
其中ΔTk是指任一较短的时间段，ΔPk是指供氧设备在ΔTk内的压力变化，根据该方法，可以建立起供氧设备压力值和补氧设备位置之间的关系，提供定量的数据，为下一步的判断做准备。
根据上述技术方案，所述步骤S4中逻辑判断模块的判定方法如下：
S41、当Pit＞PA，供氧设备氧气充足，系统无需处理；
S42、当时，供氧设备氧气达到正常阀值，转入正常补氧模块处理；
S43、当供氧设备氧气达到较低的数值，转入应急补氧模块处理；
S44、当供氧设备氧气已达到危险值，转入缺氧预警模块提醒作业人员返回水面补氧；
通过分类和逻辑判断，避免单一模块执行，使各个模块协同工作，提高响应速度，缩短搬运补氧设备的时间。
根据上述技术方案，所述步骤S6中的应急补氧模块运行过程如下:
S61、当供氧设备氧气达到较低的数值，即时，转入应急补氧模块；
S62、当需要补氧，而所有补氧设备搬运模块都在工作时，转入应急补氧模块；
S63、当指定的补氧设备搬运模块在运送过程中发生故障时，转入应急补氧模块。
根据上述技术方案，所述步骤S62和S63中，转入应急补氧模块后，根据采集的数据，重新根据系统最新动态情况通过数据计算模块计算，使用逻辑判断模块调配整个系统的资源，并转入步骤S41-S44中，然后通过轨迹模拟模块确定最新的应急方案，设定系统的应急安全触发条件，进入优先处理通道，可以有效的防止供氧设备氧气耗尽，保护水下作业人员的人身安全。
根据上述技术方案，所述步骤S7中运行过程如下：
S71、补氧设备搬运模块根据指令向供氧设备远端定位模块移动，中途克服水阻力不停的利用速度调整模块调整速度，以达到系统设定值；
S72、利用声波信息模块不停的扫描和接收声波信息，以判断前方是否有障碍物，同时把信息传递给采集记录模块；
S73、如果前方没有障碍物，继续前进直到到达供氧设备远端定位模块，如果前方有障碍物，通过数据计算模块重新规划路线，利用位置调整模块避开障碍物，通过中转点到达供氧设备远端定位模块。
根据上述技术方案，所述步骤S73发现障碍物时重新规划路线的方法如下：
发现障碍时中间点的坐标为(X1，Y1，Z1)，重新规划路线时的中转点的坐标为(X2，Y2，Z2)，二者之间的关系为：
其中定义声波在水中的速度为1500m/s,R为所发现障碍物的最大直径尺寸，t为声波从传递到接受的总时间，δ为防止碰撞的补偿量，通过该设置，达到规避障碍物的效果。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明中，采集记录模块用于采集供氧设备的信息和记录氧气的压力，正常补氧模块用于整个系统常规情况下的补氧控制，应急补氧模块用于处理紧急状况下系统资源的调配，数据计算模块用于对采集数据的计算，逻辑判断模块用于对各种计算结果进行分类并制定后续处理方案，轨迹模拟模块用于对制定的方案进行电脑模拟以确认其可行性，声波信息模块用于发射声波和采集声波数据，速度调整模块用于根据实际情况调整搬运的速度，位置调整模块用于根据实际情况调整搬运的位置，氧气补充模块用于对对供氧设备消耗氧气的补充，压力感应模块用于感应供氧设备的实时压力情况，设备定位模块用于提供供氧设备的准确位置信息，缺氧预警模块用于提醒作业人员上岸补氧。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的防碰撞轨迹模拟示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：智能物料搬运系统，包括自动补氧远程控制模块、补氧设备搬运模块和供氧设备远端定位模块，其特征在于：自动补氧远程控制模块包括采集记录模块、正常补氧模块、应急补氧模块、数据计算模块、逻辑判断模块、轨迹模拟模块，智能搬运模块包括声波信息模块、速度调整模块、位置调整模块、氧气补充模块，远端定位模块包括压力感应模块、设备定位模块、缺氧预警模块，远程控制模块、补氧设备搬运模块和远端定位模块各自通过无线连接；
采集记录模块用于采集供氧设备的信息和记录供氧设备的压力值，正常补氧模块用于整个系统常规情况下的补氧控制，应急补氧模块用于处理紧急状况下系统资源的调配，数据计算模块用于对采集数据的计算，逻辑判断模块用于对各种计算结果进行分类并制定后续处理方案，轨迹模拟模块用于对制定的方案进行电脑模拟以确认其可行性，声波信息模块用于发射声波和采集声波数据，速度调整模块用于根据实际情况调整搬运的速度，位置调整模块用于根据实际情况调整搬运的位置，氧气补充模块用于对供氧设备消耗氧气的补充，压力感应模块用于感应供氧设备的实时压力情况，设备定位模块用于提供供氧设备的准确位置信息，缺氧预警模块用于提醒作业人员上岸补氧；
智能物料搬运系统的运行包含以下步骤：
S1、水下作业前，使用采集记录模块采集并记录压力感应模块得到的供氧设备信息及初始压力，同时记录补氧设备搬运模块的位置信息；
S2、水下作业时，通过压力感应模块实时采集供氧设备使用情况数据，通过设备定位模块采集供氧设备的位置信息，并记录在采集记录模块中；
S3、数据计算模块根据采集记录模块中的数据进行计算；
S4、逻辑判断模块根据计算的结果分析数据，制定后续处理方案；
S5、根据处理方案通过轨迹模拟模块确认方案的可行性；
S6、通过正常补氧模块或应急补氧模块控制指定的补氧设备搬运模块向供氧设备远端定位模块运动；
S7、通过声波信息模块采集行进路途中的声波数据，并传递给数据计算模块，利用逻辑判断模块确认是否需要重新规划路线；
S8、到达供氧设备远端定位模块，根据设备定位模块提供的数据，通过氧气补充模块对氧气进行补充；
S9、补充完毕后，补氧设备搬运模块返回初始位置；
S10、重复S2-S9，可以实现供氧设备的循环补充；
步骤S1-S2中供氧设备信息的采集方法如下：
S21、以自动补氧远程控制模块的位置为原点建立空间坐标系；
S22、采集记录补氧设备搬运模块的位置信息，用记号(Ajt，Bjt，Cjt)表示第j台补氧设备t时刻的位置；
S23、水下作业前，采集需要下水工作的供氧设备的信息，同时记录下该供氧设备的初始压力值,用记号Pi0表示第i台供氧设备的初始压力值；
S24、水下作业时，通过压力感应模块实时采集的供氧设备的压力值，同时通过定位模块采集供氧设备的位置信息，并记录在采集记录模块中，用记号Pit表示第i台供氧设备t时刻的压力值，用记号(Xit，Yit，Zit)表示第i台供氧设备t时刻的位置，采用以上标记方法，可以定量的了解供氧设备的压力值和位置，以及补氧设备的位置，为下一步的计算做准备；
步骤S3中数据计算模块的方法如下：
设定第i台供氧设备气压的安全阀值PA，其公式如下：
其中Vmax为补氧设备搬运模块运动的最大值，S为t时刻第j台补氧设备与第i台供氧设备之间的距离，其公式如下：
为供氧设备中氧气的平均使用速度，其公式如下：
其中ΔTk是指任一较短的时间段，ΔPk是指供氧设备在ΔTk内的压力变化，根据该方法，可以建立起供氧设备压力值和补氧设备位置之间的关系，提供定量的数据，为下一步的判断做准备；
步骤S4中逻辑判断模块的判定方法如下：
S41、当Pit＞PA，供氧设备氧气充足，系统无需处理；
S42、当时，供氧设备氧气达到正常阀值，转入正常补氧模块处理；
S43、当供氧设备氧气达到较低的数值，转入应急补氧模块处理；
S44、当供氧设备氧气已达到危险值，转入缺氧预警模块提醒作业人员返回水面补氧，通过分类和逻辑判断，避免单一模块执行，使各个模块协同工作，提高响应速度，缩短搬运补氧设备的时间；
步骤S6中的应急补氧模块运行过程如下:
S61、当供氧设备氧气达到较低的数值，即时，转入应急补氧模块；
S62、当需要补氧，而所有补氧设备搬运模块都在工作时，转入应急补氧模块；
S63、当指定的补氧设备搬运模块在运送过程中发生故障时，转入应急补氧模块；
步骤S62和S63中，转入应急补氧模块后，根据采集的数据，重新根据系统最新动态情况通过数据计算模块计算，使用逻辑判断模块调配整个系统的资源，并转入步骤S41-S44中，然后通过轨迹模拟模块确定最新的应急方案，设定系统的应急安全触发条件，进入优先处理通道，可以有效的防止供氧设备氧气耗尽，保护水下作业人员的人身安全；
步骤S7中运行过程如下：
S71、补氧设备搬运模块根据指令向供氧设备远端定位模块移动，中途克服水阻力不停的利用速度调整模块调整速度，以达到系统设定值；
S72、利用声波信息模块不停的扫描和接收声波信息，以判断前方是否有障碍物，同时把信息传递给采集记录模块；
S73、如果前方没有障碍物，继续前进直到到达供氧设备远端定位模块，如果前方有障碍物，通过数据计算模块重新规划路线，利用位置调整模块避开障碍物，通过中转点到达供氧设备远端定位模块；
步骤S73发现障碍物时重新规划路线的方法如下：
发现障碍时中间点的坐标为(X1，Y1，Z1)，重新规划路线时的中转点的坐标为(X2，Y2，Z2)，二者之间的关系为：
其中定义声波在水中的速度为1500m/s,R为所发现障碍物的最大直径尺寸，t为声波从传递到接受的总时间，δ为防止碰撞的补偿量，通过该设置，达到规避障碍物的效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
