集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門裝置的研發(fā)與應(yīng)用

◎溫宏杰，王 磊，史緯琦，閆發(fā)宣，呂晗愷，陳厚斌，張國(guó)強(qiáng)，楊海龍

（山東港口集團(tuán)青島港董家口分公司，山東 青島 266000）

1 集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門裝置開發(fā)的目的意義

用翻箱器在岸邊通過大料斗直接進(jìn)行散貨市提裝箱作業(yè)，是港口常見的一種作業(yè)模式。常見的翻箱作業(yè)，多是在集裝箱裝滿物料后，需要人工進(jìn)行開關(guān)，并借助輔助工具。開關(guān)門人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，高空作業(yè)危險(xiǎn)性強(qiáng)，甚至有些集裝箱門開關(guān)非常吃力，容易造成人身傷害。

山東港口集團(tuán)青島港董家口分公司針對(duì)集裝箱門的開關(guān)門采用機(jī)器替代人工的想法研發(fā)了一套全自動(dòng)開關(guān)箱門系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完全替代人工進(jìn)行全自動(dòng)的集裝箱開關(guān)門，完成企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)高效、避免高空作業(yè)的要求。本發(fā)明可以解決人工勞動(dòng)強(qiáng)度和自身傷害等弊端，并提出一種全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體布局。

本文所談集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)開關(guān)箱門并鎖緊，實(shí)現(xiàn)翻箱作業(yè)自動(dòng)化，優(yōu)化裝箱作業(yè)工藝，能夠解放更多勞動(dòng)力，人員安全也能得到保障。

2 設(shè)計(jì)方案

基于一種市提裝箱使用的集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門系統(tǒng)，所述的裝箱為向集裝箱內(nèi)灌入物料。自動(dòng)開門系統(tǒng)有兩套完全相同的硬件部分和軟件部分組成。

硬件部分為鎖鼻翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鎖桿夾緊機(jī)構(gòu)、開鎖機(jī)構(gòu)、開門機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)、伺服頂升機(jī)構(gòu)、鎖鼻位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)（AI 視覺）、箱號(hào)識(shí)別系統(tǒng)（翻箱器專用識(shí)別）。

軟件部分為AI 深度成像技術(shù)、AI 自學(xué)習(xí)技術(shù)。實(shí)施案例中，兩個(gè)結(jié)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制，區(qū)別應(yīng)用于先開門后關(guān)，后開門先關(guān)的原則進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。全自動(dòng)開關(guān)箱門機(jī)顛覆性的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠適用集裝箱的各種變化，留有足夠的余量空間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，設(shè)計(jì)專用的開鎖鼻電機(jī)，能夠同時(shí)打開4 個(gè)鎖鼻。通過電氣、機(jī)械、液壓和傳感器的配合實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多方位感知，提高成功率。

通過安裝在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的開門系統(tǒng)，接受到開門指令后，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)先將鎖鼻翻轉(zhuǎn)至上方位置，當(dāng)AI 系統(tǒng)檢測(cè)到鎖鼻已經(jīng)在上方位置后，輸出一個(gè)IO 信號(hào)告知運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)鎖桿夾緊機(jī)構(gòu)握住開門把手，通過運(yùn)動(dòng)控制器的力矩模式驅(qū)動(dòng)開鎖機(jī)構(gòu)將鎖頭旋轉(zhuǎn)至開鎖的位置，當(dāng)傳感器輸出信號(hào)時(shí)，再驅(qū)動(dòng)開門機(jī)構(gòu)將集裝箱門打開。

關(guān)門操作和開門相反，先關(guān)閉箱門，手柄旋鎖機(jī)構(gòu)將箱門關(guān)閉，后通過鎖鼻旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將鎖鼻反轉(zhuǎn)至下方位置。系統(tǒng)操作完成之后，給翻箱器一個(gè)信號(hào)，至箱子平行于地面。

箱子在平行地面時(shí)，通過箱號(hào)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別箱子的號(hào)碼，經(jīng)過軟件合并后統(tǒng)一采集裝貨重量、箱號(hào)、操作人員等信息形成歷史數(shù)據(jù)保存。

下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行闡述。

仿照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，采用①開關(guān)門主機(jī)構(gòu)、②開鎖鼻機(jī)構(gòu)、③可上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)、④夾爪機(jī)構(gòu)、⑤旋轉(zhuǎn)軸鎖開鎖機(jī)構(gòu)、⑥撫平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、⑦撫平平移機(jī)構(gòu)、⑧旋轉(zhuǎn)鎖軸插銷機(jī)構(gòu)等組成，各機(jī)構(gòu)進(jìn)行配合，完成集裝箱門開關(guān)門。

圖1 外形尺寸示意圖

圖2 三維立體示意圖

圖3 各行程機(jī)構(gòu)示意圖

圖4 開關(guān)機(jī)構(gòu)機(jī)械示意圖

圖5 開關(guān)機(jī)構(gòu)三維示意圖

（1）①開關(guān)門主機(jī)構(gòu)，進(jìn)行開門機(jī)閉合動(dòng)作，使開門機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)能夠到達(dá)預(yù)定位置，緊貼集裝箱門。

（2）②開鎖鼻機(jī)構(gòu)，在動(dòng)作1 完成后開始進(jìn)行鎖鼻電機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作打開鎖鼻。

（3）③可上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行向上動(dòng)作，使夾爪機(jī)構(gòu)順利進(jìn)入扶手可夾持區(qū)域。

（4）④夾爪機(jī)構(gòu)，進(jìn)行夾爪動(dòng)作，夾緊扶手，同時(shí)⑤旋轉(zhuǎn)鎖軸插銷機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，插入旋轉(zhuǎn)鎖軸內(nèi)側(cè)。

（5）⑤旋轉(zhuǎn)軸鎖開鎖機(jī)構(gòu)，執(zhí)行伸出動(dòng)作，完成夾住的扶手帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖軸旋轉(zhuǎn)完成所有箱門的開鎖動(dòng)作。

（6）①開關(guān)門主機(jī)構(gòu)，進(jìn)行開門機(jī)主機(jī)構(gòu)與箱門緊密鎖在一起，同時(shí)箱門鎖全部打開，可以進(jìn)行開門動(dòng)作。

（7）⑥撫平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、⑦撫平平移機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要執(zhí)行⑥⑦機(jī)構(gòu)動(dòng)作，進(jìn)行撫平動(dòng)作。

（8）關(guān)門反之即可。整個(gè)工作流程是：1-2-3-4-5-6-7-8 進(jìn)行循環(huán)往復(fù)動(dòng)作即可。整個(gè)動(dòng)作均有控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，結(jié)合各傳感器信號(hào)進(jìn)行各個(gè)動(dòng)作的調(diào)整，完成開關(guān)箱門。

箱子在平行地面時(shí)，通過箱號(hào)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別箱子的號(hào)碼，經(jīng)過軟件合并后統(tǒng)一采集裝貨重量、箱號(hào)、操作人員等信息形成歷史數(shù)據(jù)保存。

3 效益分析

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是新型裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門系統(tǒng)安裝在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的開門系統(tǒng)后，接受到開關(guān)門指令后，能自動(dòng)進(jìn)行開關(guān)箱門，各機(jī)構(gòu)相互配合高效、準(zhǔn)確，不再需要工人登高手動(dòng)開關(guān)箱門，保障了作業(yè)安全，提升了作業(yè)效率，解放了更多的勞動(dòng)力。

該系統(tǒng)的建設(shè)按照以人為本的原則，系統(tǒng)投入使用后全面升級(jí)傳統(tǒng)作業(yè)模式，減少現(xiàn)場(chǎng)的裝卸作業(yè)工人，全程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，單條作業(yè)線可節(jié)省作業(yè)人員2 名。該系統(tǒng)全程借助于信息化監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)市提作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、快速化。針對(duì)疫情防控，可有效解決集裝箱與人員接觸，真正實(shí)現(xiàn)無人化零接觸，有效遏制國(guó)外輸入疫情。

4 結(jié)語

翻箱器應(yīng)用在市提碼頭散貨市提裝箱領(lǐng)域，使用范圍較廣，本文闡述的集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門，結(jié)合實(shí)際作業(yè)特點(diǎn)，綜合考慮人員安全、作業(yè)效率等因素，從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)一步優(yōu)化改造，保證市提翻箱作業(yè)效率的提升，也保證了人員的安全，節(jié)省更多的勞動(dòng)力，在實(shí)際投產(chǎn)使用后，取得了較為滿意的效果。實(shí)驗(yàn)表明，集裝箱自動(dòng)開關(guān)箱門效果較好，市提翻箱作業(yè)減少了人員的投入，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。