◎溫宏杰，王 磊，史緯琦，閆發(fā)宣，呂晗愷，陳厚斌，張國強，楊海龍

（山東港口集團青島港董家口分公司，山東 青島 266000）

1 集裝箱自動開關(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，需要人工進行開關(guān)，并借助輔助工具。開關(guān)門人員勞動強度大，效率低，高空作業(yè)危險性強，甚至有些集裝箱門開關(guān)非常吃力，容易造成人身傷害。

山東港口集團青島港董家口分公司針對集裝箱門的開關(guān)門采用機器替代人工的想法研發(fā)了一套全自動開關(guān)箱門系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完全替代人工進行全自動的集裝箱開關(guān)門，完成企業(yè)對于生產(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強度和自身傷害等弊端，并提出一種全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的整體布局。

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

2 設(shè)計方案

基于一種市提裝箱使用的集裝箱自動開關(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)機構(gòu)、鎖桿夾緊機構(gòu)、開鎖機構(gòu)、開門機構(gòu)、轉(zhuǎn)臂機構(gòu)、伺服頂升機構(gòu)、鎖鼻位置檢測機構(gòu)（AI 視覺）、箱號識別系統(tǒng)（翻箱器專用識別）。

軟件部分為AI 深度成像技術(shù)、AI 自學(xué)習(xí)技術(shù)。實施案例中，兩個結(jié)構(gòu)由運動控制系統(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)的原則進行運動控制。全自動開關(guān)箱門機顛覆性的機構(gòu)設(shè)計，能夠適用集裝箱的各種變化，留有足夠的余量空間進行自動調(diào)整，設(shè)計專用的開鎖鼻電機，能夠同時打開4 個鎖鼻。通過電氣、機械、液壓和傳感器的配合實現(xiàn)多點多方位感知，提高成功率。

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

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

箱子在平行地面時，通過箱號識別系統(tǒng)識別箱子的號碼，經(jīng)過軟件合并后統(tǒng)一采集裝貨重量、箱號、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 對本發(fā)明的具體實施方式進行闡述。

仿照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，采用①開關(guān)門主機構(gòu)、②開鎖鼻機構(gòu)、③可上下移動機構(gòu)、④夾爪機構(gòu)、⑤旋轉(zhuǎn)軸鎖開鎖機構(gòu)、⑥撫平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、⑦撫平平移機構(gòu)、⑧旋轉(zhuǎn)鎖軸插銷機構(gòu)等組成，各機構(gòu)進行配合，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 各行程機構(gòu)示意圖

圖4 開關(guān)機構(gòu)機械示意圖

圖5 開關(guān)機構(gòu)三維示意圖

（1）①開關(guān)門主機構(gòu)，進行開門機閉合動作，使開門機各個機構(gòu)能夠到達預(yù)定位置，緊貼集裝箱門。

（2）②開鎖鼻機構(gòu)，在動作1 完成后開始進行鎖鼻電機旋轉(zhuǎn)動作打開鎖鼻。

（3）③可上下移動機構(gòu)，執(zhí)行向上動作，使夾爪機構(gòu)順利進入扶手可夾持區(qū)域。

（4）④夾爪機構(gòu)，進行夾爪動作，夾緊扶手，同時⑤旋轉(zhuǎn)鎖軸插銷機構(gòu)進行動作，插入旋轉(zhuǎn)鎖軸內(nèi)側(cè)。

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

（6）①開關(guān)門主機構(gòu)，進行開門機主機構(gòu)與箱門緊密鎖在一起，同時箱門鎖全部打開，可以進行開門動作。

（7）⑥撫平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、⑦撫平平移機構(gòu)，根據(jù)需要執(zhí)行⑥⑦機構(gòu)動作，進行撫平動作。

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

箱子在平行地面時，通過箱號識別系統(tǒng)識別箱子的號碼，經(jīng)過軟件合并后統(tǒng)一采集裝貨重量、箱號、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，本實用新型發(fā)明的優(yōu)點和效果是新型裝箱自動開關(guān)箱門系統(tǒng)安裝在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的開門系統(tǒng)后，接受到開關(guān)門指令后，能自動進行開關(guān)箱門，各機構(gòu)相互配合高效、準(zhǔn)確，不再需要工人登高手動開關(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傳統(tǒng)作業(yè)模式，減少現(xiàn)場的裝卸作業(yè)工人，全程實現(xiàn)自動化，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，實現(xiàn)市提作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、快速化。針對疫情防控，可有效解決集裝箱與人員接觸，真正實現(xiàn)無人化零接觸，有效遏制國外輸入疫情。

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開關(guān)箱門，結(jié)合實際作業(yè)特點，綜合考慮人員安全、作業(yè)效率等因素，從結(jié)構(gòu)方面進一步優(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)省更多的勞動力，在實際投產(chǎn)使用后，取得了較為滿意的效果。實驗表明，集裝箱自動開關(guān)箱門效果較好，市提翻箱作業(yè)減少了人員的投入，降低了人員的勞動強度。