集裝箱自動開關箱門裝置的研發與應用

◎溫宏杰，王 磊，史緯琦，閆發宣，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 集裝箱自動開關箱門裝置開發的目的意義

用翻箱器在岸邊通過大料斗直接進行散貨市提裝箱作業，是港口常見的一種作業模式。常見的翻箱作業，多是在集裝箱裝滿物料后，需要人工進行開關，并借助輔助工具。開關門人員勞動強度大，效率低，高空作業危險性強，甚至有些集裝箱門開關非常吃力，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門采用機器替代人工的想法研發了一套全自動開關箱門系統。該系統能夠完全替代人工進行全自動的集裝箱開關門，完成企業對于生產高效、避免高空作業的要求。本發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構設計系統的整體布局。

本文所談集裝箱自動開關箱門系統可實現全自動開關箱門并鎖緊，實現翻箱作業自動化，優化裝箱作業工藝，能夠解放更多勞動力，人員安全也能得到保障。

2 設計方案

基于一種市提裝箱使用的集裝箱自動開關箱門系統，所述的裝箱為向集裝箱內灌入物料。自動開門系統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機構、鎖桿夾緊機構、開鎖機構、開門機構、轉臂機構、伺服頂升機構、鎖鼻位置檢測機構（AI 視覺）、箱號識別系統（翻箱器專用識別）。

軟件部分為AI 深度成像技術、AI 自學習技術。實施案例中，兩個結構由運動控制系統統一控制，區別應用于先開門后關，后開門先關的原則進行運動控制。全自動開關箱門機顛覆性的機構設計，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整，設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多點多方位感知，提高成功率。

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

關門操作和開門相反，先關閉箱門，手柄旋鎖機構將箱門關閉，后通過鎖鼻旋轉機構將鎖鼻反轉至下方位置。系統操作完成之后，給翻箱器一個信號，至箱子平行于地面。

箱子在平行地面時，通過箱號識別系統識別箱子的號碼，經過軟件合并后統一采集裝貨重量、箱號、操作人員等信息形成歷史數據保存。

下面結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5 對本發明的具體實施方式進行闡述。

仿照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5 系統結構形式，采用①開關門主機構、②開鎖鼻機構、③可上下移動機構、④夾爪機構、⑤旋轉軸鎖開鎖機構、⑥撫平旋轉機構、⑦撫平平移機構、⑧旋轉鎖軸插銷機構等組成，各機構進行配合，完成集裝箱門開關門。

圖1 外形尺寸示意圖

圖2 三維立體示意圖

圖3 各行程機構示意圖

圖4 開關機構機械示意圖

圖5 開關機構三維示意圖

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

（2）②開鎖鼻機構，在動作1 完成后開始進行鎖鼻電機旋轉動作打開鎖鼻。

（3）③可上下移動機構，執行向上動作，使夾爪機構順利進入扶手可夾持區域。

（4）④夾爪機構，進行夾爪動作，夾緊扶手，同時⑤旋轉鎖軸插銷機構進行動作，插入旋轉鎖軸內側。

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

（6）①開關門主機構，進行開門機主機構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撫平旋轉機構、⑦撫平平移機構，根據需要執行⑥⑦機構動作，進行撫平動作。

（8）關門反之即可。整個工作流程是：1-2-3-4-5-6-7-8 進行循環往復動作即可。整個動作均有控制器進行自動控制，結合各傳感器信號進行各個動作的調整，完成開關箱門。

箱子在平行地面時，通過箱號識別系統識別箱子的號碼，經過軟件合并后統一采集裝貨重量、箱號、操作人員等信息形成歷史數據保存。

3 效益分析

與現有技術相比，本實用新型發明的優點和效果是新型裝箱自動開關箱門系統安裝在翻轉機構的開門系統后，接受到開關門指令后，能自動進行開關箱門，各機構相互配合高效、準確，不再需要工人登高手動開關箱門，保障了作業安全，提升了作業效率，解放了更多的勞動力。

該系統的建設按照以人為本的原則，系統投入使用后全面升級傳統作業模式，減少現場的裝卸作業工人，全程實現自動化，單條作業線可節省作業人員2 名。該系統全程借助于信息化監控設備，實現市提作業流程標準化、快速化。針對疫情防控，可有效解決集裝箱與人員接觸，真正實現無人化零接觸，有效遏制國外輸入疫情。

4 結語

翻箱器應用在市提碼頭散貨市提裝箱領域，使用范圍較廣，本文闡述的集裝箱自動開關箱門，結合實際作業特點，綜合考慮人員安全、作業效率等因素，從結構方面進一步優化改造，保證市提翻箱作業效率的提升，也保證了人員的安全，節省更多的勞動力，在實際投產使用后，取得了較為滿意的效果。實驗表明，集裝箱自動開關箱門效果較好，市提翻箱作業減少了人員的投入，降低了人員的勞動強度。