Autonomous Loading Operations with a Shipboard Knuckle-boom Crane

Abstract

Dagens lasteoperasjoner er i stor grad en manuell prosess som utgjør en helserisiko for involvert mannskap. Med å øke graden av automasjon i hvert av systemene involvert i en lasteoperasjon, kan operasjonen optimaliseres og antall skader reduseres. For å kunne bidra med en økning av automasjon for lasteoperasjoner som foregår mellom havn og skip, presenterer oppgaven et fungerende kontroll system og en bond-graf modell bestående av et skip, kran, vaier og conteineråk.

Skipet i simuleringsmodellen er Revolt, som er et konsept for et kortdistanses autonomt lasteskip skapt av DNV AS. Videre er kranen brukt i oppgaven prosjektert av en tildigere masterstudent, og har tre frihetsgrader. Kranen er montert på midten av dekket på båten, og er koplet til en forenklet vaier og conteineråk.

Det integrerte systemet er implementert på modulært vis, og kan enkelt integreres med eksterne modeller. I tillegg, er kontrollsystemet styrt av en tilstandsmaskin med mulighet til å bytte mellom oppgaver i form av kran transport, svai kompensering, og senking av last.

Loading operations are a largely manual process which poses a health hazard for involved crew. Increasing the degree of automation for the systems involved can allow for mitigation of health hazards, and an increase in efficiency. In order to contribute to an increase in automation for the case of ship to shore loading, the thesis presents a functional control system and a bond-graph model composed of a ship, crane, wire and spreader.

The ship in the integrated model is the Revolt vessel, which is a concept for a short distance autonomous cargo ship created by DNV AS. Additionally, the crane used in the bond-graph model has three degrees of freedom and was created by an earlier masters student. The crane is mounted in the middle of the deck of Revolt, and is connected to a simplified wire and spreader mechanism.

The integrated system is implemented in a modular manner, and can be easily integrated or changed in order to suit the given case investigated by the modeler. Additionally, the control system is supervised by a finite state machine which is able to toggle between different modes of action such as crane transportation, sway compensation and wire lowering.