[发明专利]一种基于视觉引导的海上登靠系统自动对接方法

权利要求书

1.一种基于视觉引导的海上登靠系统自动对接方法，其特征在于，该方法利用安装在平台前端的摄像头进行视觉引导，不断检测和修正海上平台的位置和接近距离，采用基于视觉引导的登靠系统自动对接方法将舷梯末端安全、平稳、准确放置到海上平台，其实现步骤如下：

步骤1：启动登靠系统电源，将六自由度并联平台到中机位，同时操控登靠系统的上平台三自由度舷梯从船体甲板的停机状态移动到朝向风机平台的初始位置；

步骤2：开启登靠系统的六自由度并联平台的姿态自动补偿，补偿海浪对船体姿态的影响；

所述的登靠系统的六自由度并联平台的姿态自动补偿方法，其特征是：

并联平台旋转变换矩阵为:

并联平台位姿变换矩阵为:

假设目标点相对于静平台初始点的位姿矩阵为T_s，则

假设，

姿态解算，则有：

其中:γ、α、β表示测量环节测量获得的姿态角度值；

步骤3：操控登靠系统的上平台三自由度舷梯接近风机平台登靠位，观察舷梯末端摄像头传送的图像，直到风机平台登靠点目标图像清楚；

步骤4：获得图像，并对图像进行视觉增强和去雾等图像预处理，为后期图像处理提供高质量的图像；

步骤5：初始化参量载入视觉识别模型，并启动识别代码，实现对风机平台上塔架及其悬挂的标志物进行识别；

步骤6：启动对目标位的跟踪和定位，实现目标的锁定；

步骤7：计算参考系下的坐标，输出控制坐标位。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导的海上登靠系统自动对接方法，所述的登靠系统，其特征在于：

登靠系统主要由混联机构、检测系统、运动控制系统和电气系统组成；混联机构由上平台三自由度舷梯和六自由度并联平台组成，是海浪主动补偿系统的执行机构，执行元件采用液压缸和液压马达，完成对海浪的运动补偿；检测系统用于检测船体的位置和姿态变化参数，以及混联机构的状态参数，为控制系统提供控制信息反馈；运动控制系统是根据检测系统检测的参数，通过模型解算和运动控制计算，为混联机构提供实时控制量，平稳安全控制执行机构；电气系统为整体机构提供稳定能源电力、人机信息对接和系统参数实时监控等工作；

混联机构由上平台三自由度舷梯和六自由度并联平台组成；上平台三自由度舷梯由具有伸缩功能的廊桥、俯仰机构、回转机构和操作平台组成；六自由度并联平台由六台铰支座与六台伺服油缸构成；上平台三自由度舷梯与六自由度并联平台之间通过铰支座组成；

上平台三自由度舷梯是一种串联机构形式，自下而上依次为回转机构、俯仰机构和伸缩功能的廊桥；上平台三自由度舷梯主要用于舷梯与风机平台的对接，能够补偿较大海浪和海平面在不同季节情况下六自由度并联平台无法补偿的空间位移和航向角度；回转机构具有360°全方位旋转角度，补偿廊桥在航向角度上偏差，以液压马达作为执行元件；俯仰机构能够补偿廊桥在俯仰角度上的偏差，采用双液压缸作为执行元件；伸缩功能的廊桥能补偿空间位移上的偏差，采用直流无刷电机加双向缆绳方式控制廊桥的伸缩；

六自由度并联平台主要执行机构为六台伺服油缸，在计算机控制下，六台伺服油缸协调同步的运动，驱动平台实现海浪主动补偿，并实时的进行故障检测与安全保护，实时的进行运动参数的测试与传输；六台伺服油缸的缸杆端与上铰支座铰接，上铰支座与运动平台下表面固连，伺服油缸缸底与下铰支座铰接，下铰支座与下平台上表面固连；下平台通过地脚螺栓与甲板固连，为运动补偿提供安全可靠的支撑。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导的海上登靠系统自动对接方法，所述的基于视觉引导的登靠系统自动对接方法，其特征在于：

首先注意场景中的目标物体、锁定目标物体、估计大概位置，这个过程主要是视觉识别和视觉估计；然后伸展手臂靠近目标物体，这个过程并不需要大量的视觉信息，只需要少量的视觉反馈信息进行比较和矫正，同时还有本体感知信息反馈；最后，在靠近目标物体后主要通过视觉反馈信息的引导，从而伸手进行精确对准，并完成后续的抓取过程；通过视觉识别技术寻找几何形状和颜色等特征信息，从而在视觉场景中选取一个或者多个感兴趣的目标物体，当锁定目标物体后在整个手眼协调过程中对目标物体进行实时视觉跟踪，并对目标物体的大小、深度等信息进行预估；当目标物体被锁定后，由前馈视觉控制登靠系统快速接近目标物体，在这个过程中根据间断的视觉反馈和本体感知反馈信息对轨迹进行细微的矫正；当登靠系统本体和目标物体都一可见并满足预先设定的视差条件的时候，即低值选择器LS判定为低值时，就利用视觉反馈控制来实现目标接近和精确对准。