CN104058261A - 集装箱自动化码头装卸系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱自动化码头装卸系统和方法，利用双小车和双平台桥式起重机对船上集装箱进行装卸，用普通集卡改装成的自动导航车，导航车上有金属磁探测器、GPS读写器、激光防撞系统、图像显示系统，导航车通过金属磁探测器沿着金属磁漆导航线行走，GPS读写器读地面的射频卡地址位置，激光防撞系统、图像显示系统对人和物进行防撞功能的测量，轨道式轮胎吊在吊运集装箱时用轨道行走，在转场时用轮胎行走，堆场内分导航车和外集卡车道，相互之间不干扰，外集卡进入码头时采用GPS读写器进行导航，通过以上设备的改进可将普通的集装箱码头改造为全自动的集装箱装卸码头。

Description

集装箱自动化码头装卸系统和方法

所属技术领域

本发明涉及自动化集装箱码头，特别涉及到集装箱在自动化装卸过程中设备的自动定位，自动移动，集装箱的自动装卸的系统和方法。

背景技术

目前自动化码头有以下几种方法实现，一种是由桥吊单平台双小车、AGV水平运输车、轨道吊来实现，一种是水平运输采用立体分配系统的自动化码头，一种是桥吊、跨运车来实现，以上儿种方法运输成本很高，比普通码头装卸效率低，所以在国内尚无实现集装箱码头的装卸自动化。在现有的集装箱装卸工艺基础上，实现集装箱的自动装卸，特别是集装箱锁头的装拆卸，轨道吊的转场，集卡的自动导航还没有先例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集装箱自动化码头装卸系统和方法。桥吊双平台双小车吊运集装箱装卸，在平台上能自动装卸锁头和箱号识别，通过双平台双小车能实现自动装卸过程中互不干扰，在堆场上自动化场地吊可用轨道式轮胎吊来实现；轨道式轮胎吊由轨道轮和轮胎轮组成，可自动行走、自动装卸、自动转场；自动化导航车采用普通集卡改造而成，该车能自动导航又能人工驾驶，堆场内采用双车道实现自动化导航车和外集卡进行分道行驶，防止导航车和外集卡的碰撞，自动化导航车采用金属磁漆导航材料刷在地面上作为行走基准线，并进行充磁，金属磁漆由油漆中加入金属粉和磁粉组成也可以加入一种材料组成，通过导航车上的金属探测器和磁探测器统称为金属磁探测器，根据测量磁场的大小控制导航车的行走方向，导航车可双拖架集装箱平板车也可拖单拖架平板车，平板车两边有多个防撞开关与导线连接，碰撞时能使导航车停驶，通过GPS读写器对进入堆场道口的导航车自动打开道口闸杆，GPS读写器、图像识别系统作为导航和定位的辅助手段，激光扫描防撞系统起到导航车的防撞作用，通过竹通集卡的以上改进实现自动导航；外集卡进入码头道口时，采用GPS读写器引导集卡进入场地装卸箱的位置，GPS读写器由射频读写器与GPS定位显示器组成。通过以上方法实现集装箱自动化码头的水平运输。

本发明为了解决上述技术问题而采用的技术方案，提供一种集装箱自动化码头的装卸方法，桥吊为双平台双小车结构，在桥吊上有2台小车分别在上梁和中梁上，2个平台分别在中梁下方前后横梁上，它们分别实现吊运集装箱的堆放、自动装卸锁头和箱号的识别，提高装卸集装箱的速度，装卸过程中，上、下吊具相互之间互相不干扰，当桥吊上梁上的上吊具吊运船上集装箱放入前平台时，中梁上的下吊具可以将后平台上的集装箱吊运放入自动导航车上，当上梁上的上吊具吊运船上的集装箱放入后平台时，中梁上的下吊具可以将前平台上的集装箱放入自动导航车上，实现集装箱在吊运过程中相互不干扰，上梁上吊具也可将吊运的集装箱直接放入导航车上，桥吊控制中心可以放在左右侧横梁上，内有操作系统和控制台和显示系统，控制中心通过小车上的摄像头和激光扫描定位装置自动控制吊具的吊运和防撞，在中梁下方的平台上有自动装拆锁头装置和箱号识别系统，在平台上完成拆装锁头和箱号识别，拆装锁头可以用机械手来实现自动拆装锁头，集装箱箱号数据传输到中控便于管理。

轨道式轮胎吊是堆场中的起重机，既能在轨道上行走又能在地面道路行走，在吊运集装箱装卸时在轨道上行走，在转场时用轮胎行走，当转场时轨道式轮胎吊行走到道路中间进行改变行走方式，在轨道轮胎吊上有4个压力柱，将轨道轮胎吊顶起，轮胎90度转向放下，压力柱缩回因轮胎底部高于轨道铁轮，这样轮胎通过电机驱动可以行走，改变了轨道吊在集装箱堆场内不能转场的状况，也可以将压力柱与轮胎做在一起直接顶起，进行直行和转向行走，在轨道式轮胎吊大梁下分2条车道，实现自动化导航车和外集卡分道运输，在道口中安装了道闸杆，通过GPS读写器发出道口闸杆开关，区别外来集卡和导航车是否能进入道口内。

轨道式轮胎吊的定位是通过输电架滑触线支架上的导板安装条形码，通过轨道轮胎吊上的条形码读码器采集数据位置，也可以用在滑触线支架上安装基准板，在轨道式轮胎吊上安装激光测距仪对基准板测量定位，提供给PLC控制轨道式轮胎吊精确吊运位置。

码头内的水平运输导航车采用集卡车头改进的自动导航车，在集卡的前后方各安装一台扫描仪和摄像头采集数据防止碰撞，由导航车上的金属磁探测器和摄像机探测地面金属磁漆导航线，行走规划路径，由GPS读写器辅助导航，通过微处理机来控制，集卡转向器上由方向编码电机控制方向，刹车和油门分别安装行程传感器控制速度和停车，防止碰撞。自动导航车通过切换能实现人工驾驶也能自动导航。在平板车上由多个防撞开关通过导线连接，如果碰撞导航车就停车，也可以安装超声波传感器。

金属磁漆的导航功能是在油漆中增加金属粉和磁粉也可以加入一种材料，刷在马路上再进行充磁，导航车上安装了一种金属磁探测器检测马路上的金属磁漆的路径和方向后传输给微处理机控制集卡方向器实现自动导航，用金属磁漆导航使用方便，不会因路面发生变化而偏离导航线，是一种创新的导航方法，是本发明的重要技术。

导航车的行走定位和位置是由GPS读写器和金属磁导航线来实现，定位是由GPS读写器读地面上的射频卡内的地址，射频卡可放在导航线地面上，外集卡在码头内的行走定位是由GPS读写器来实现，因为集装箱码头内装卸堆放集装箱位置GPS是不知道的，当外集卡进入码头时，箱位管理系统将装卸集装箱的位置通过射频读写器将集装箱堆放位置写入GPS读写器内，通过这种方法能准确地指引外集卡进入箱区进行装卸。

金属磁漆是在油漆中增加金属粉和磁粉，目的是能产生导电和磁场，将金属磁漆涂在道路上进行充磁，作为基准导航线，通过磁感应原理的大小，由金属探测器探测路面上的金属磁漆的路线来控制自动导航车和轨道式轮胎吊，沿着金属磁漆导航线方向行驶实现自动控制，该方法也可以用作其他AGV导航及高速公路上导航。

外集卡进入道口时，通过车牌图像识别系统和箱号识别系统，将管理系统的箱位信息由射频读写器将信息传输给外集卡上的GPS读写器，GPS读写器行箱位电子图，由GPS读写器导航系统指挥外集卡到达箱区的位置。目前一般GPS没有码头内的道路图，也没有集装箱箱位图，所以自动化码头根据码头的实际道路和堆场箱位图编写电子地图，创新一个GPS读写器。

木发明通过以下流程来实现，提高装卸效率，降低投入成本，可一步一步实现自动化控制。

1、外集卡进入码头流程

外集卡→码头道口(车箱号识别)→GPS读写器导航→堆场道闸口→堆放位置→装卸箱→出道口

2、导航车装卸作业流程

导航车→堆场道闸口→堆放位置→装卸箱→自动导航→桥吊下→装卸船

3、桥吊吊运集装箱流程

上吊具吊运集装箱到前平台(箱号识别、拆卸锁头)→中梁下吊具从后平台吊运集装箱到导航车，当上吊具吊运集装箱道后平台(箱号识别，拆卸锁头)→中梁下吊具从前平台吊运集装箱道导航车。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特征和优点，其中：

图1是本发明自动化码头平面布置图；

图2是本发明自动化导航车水平运输平面图；

图3是本发明桥吊双小车双平台装卸布置图；

图4是本发明场地吊自动转场平面图；

图5是本发明自动导航车结构平面图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

图中，道口(1)，箱号识别系统(2)，车牌识别系统(3)，场地道口(4)，射频读写器(5)，外集卡(6)，道口闸杆(7)，射频读写器(8)，激光扫描定位系统(9)，道口射频读写器(10)，外集卡车道(11)，道口闸杆(12)，轨道式轮胎吊(13)，外集卡GPS读写器(14)，自动导航车(15)，金属磁漆导航线(16)，导航车车道(17)，地面射频卡(18)，堆场道口(19)，图像识别系统(20)，激光扫描仪(21)，金属磁探测器(22)，GPS读写器(23)，无线终端(24)，图像摄像头(25)，桥吊控制中心(26)，行车编码器(27)，高度编码器(28)，后平台(29)，箱号识别系统(30)，自动装卸锁头装置(31)，集装箱(32)，前平台(33)，上吊具(34)，小车(35)，激光扫描仪(36)，激光定位系统(37)，下吊具(38)，中梁(39)，自动导航车(40)，桥吊(41)，轨道轮(42)，轮胎轮(43)，压力柱(44)，金属磁探测器(45)，激光扫描系统(46)，连动开关(47)，连动导线(48)，图像摄像头(49)，道路中间(50)，压力柱轮胎轮(51)。

图1是本发明自动化集装箱码头平面布置图，如图1所示，外集卡(6)进入道口(1)时，车牌识别系统(3)和箱号识别系统(2)对进入的外集卡进行识别，并与集装箱管理系统相结个，将装卸集装箱位置箱数据通过射频读写器(5)写入外集卡的GPS读写器(14)内，并在显示屏上显示，引导外集卡(6)进入堆场箱区道口位置图2中，外集卡车道(11)，道口射频读写器(10)读到外集卡(6)要进入箱区道口，道口闸杆(12)自动打开，外集卡(6)停到箱区位置，同时将信号传送给轨道式轮胎吊(13)，轨道式轮胎吊(13)根据管理系统的提供的数据，轨道式轮胎吊(13)自动导航到管理系统指定的堆场位置，将该箱装卸到外集卡(6)上位置，轨道式轮胎吊(13)和外集卡(6)的定位是由激光扫描对位系统测量数据，通过轨道式轮胎吊(13)上的射频读写器(8)写入外集卡GPS读写器(14)上，显示当前位置，由外集卡司机调整停车位置，结束任务后，外集卡GPS读写器(14)导航外集卡(6)到出口处，完成外集卡(6)的卸箱。

图2是本发明自动导航车水平运输平面图，图5是本发明自动导航车的结构平面图，如图2和图5所示，自动导航车(15)是码头内部专用车，当自动导航车(15)在道路上行走时，自动导航车(15)上的金属磁探测器(22)探测到金属磁漆导航线(16)，沿金属磁漆导航线(16)行走，图像识别系统(20)和GPS读写器(23)是辅助手段，激光扫描仪(21)起到防撞的作用，自动导航车(15)行走识别位置是由GPS读写器(23)读埋设在地面下的地面射频卡(18)内的地址信息决定的，通过自动导航车上的无线终端(24)传输给中控导航车控制中心，指挥自动导航车(15)装卸位置，当自动导航车(15)进入堆场道口(19)时，道口闸杆(7)自动打开，自动导航车(15)将沿着金属磁漆导航线(16)到达装卸位置，地面位置由地面射频卡(18)提供，当轨道轮胎吊(13)到达精确装卸位置时，轨道轮胎吊(13)上的激光扫描定位系统(9)对自动导航车(15)进行测量引导自动导航车(15)到达精确位置，传输方法是激光扫描定位系统(9)测量的数据给轨道轮胎吊(13)射频读写器(8)，由自动导航车(15)的GPS读写器(23)读轨道轮胎吊(13)射频读写器(8)上的定位数据来控制自动导航车(15)的精确的停车位置，装卸结束后，自动导航车(15)根据中控导航车控制中心的指令沿着金属磁漆导航线(16)规定线路进入图3桥吊(41)下，由桥吊(41)下的激光定位系统(37)对导航车(15)进行测量，数据传输给导航车(15)，导航车(15)自动停位。由中梁(39)上的下吊具(38)将集装箱装卸到前平台(33)，完成自动导航车(15)的自动行走的方法，当自动导航车(15)碰撞时，碰到连动开关(47)和连动导线(48)就停驶。

图3是桥吊双小车双平台装卸布置图，如图3所示，桥吊(41)吊起船上的集装箱(32)是通过小车(35)上的激光扫描仪(36)定位和图像摄像头(25)，由中梁(39)上的控制中心(26)控制上吊具(34)吊起船上的集装箱(32)，通过小车(35)行车编码器(27)和吊具高度编码器(28)和小车(35)上的激光扫描仪(36)确定堆放在后平台(29)上的放箱位置，放入后平台(29)后，由箱号识别系统(30)识别箱号传输给桥吊控制中心(26)，启动自动装卸锁头装置(31)拆卸锁头，当上吊具(34)离开后平台(29)时，下吊具(38)将后平台(29)上的集装箱放入自动导航车(40)，当上吊具(34)吊运集装箱放入后平台(29)时，下吊具(38)将前平台(33)上的集装箱放入自动化导航车(40)上，上吊具(34)、下吊具(38)分开装卸，提高效率，也可以将上吊具(34)上的集装箱直接放入自动导航车(40)上。

图4是本发明轨道式轮胎吊自动转场平面图，如图4所示，本轨道式轮胎吊(13)由轨道轮(42)、轮胎轮(43)，升降压力柱(44)和金属磁探测器(45)组成，当轨道轮胎吊(13)转场时，轨道轮(42)行走到道路中间(50)，压力柱(44)将轨道式轮胎吊(13)顶起，将四角上的轮胎轮(43)放下，超过轨道轮(42)高度，并且转向，收起压力柱(44)，驱动轮胎轮(43)转动，由4个激光扫描系统(46)和4个图像摄像头(49)对前后方的人和物体进行检测，提供控制系统，防止碰撞，通过安装在轨道式轮胎吊(13)上的金属磁探测器(45)探测沿金属磁漆导航线(16)向前移动，到达其他箱区轨道位置时，再将压力柱(44)顶起，收起轮胎轮(43)，收起压力柱(44)，使轨道轮(42)进入轨道，实现轨道式轮胎吊(13)转场功能。也可将压力柱轮胎轮(51)直接升降和转向。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其他种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围。

Claims (5)

1.集装箱码头自动化装卸系统，其特征在于，包括：

a.桥吊双小车双平台系统，该双小车分别在上横梁和中横梁上，双平台在中横梁下方，前后横梁上方，平台上能堆放集装箱，自动装拆集装箱锁头，侧面还有箱号识别系统能识别集装箱箱号，中梁上有激光定位系统和桥吊控制中心，小车上有激光扫描仪和图像摄像头，双小车控制可切换到桥吊控制中心控制，控制中心有操作系统和显示系统；

b.轨道轮胎吊系统，该轨道轮胎吊包括至少4个轨道轮、4个轮胎轮、4个压力柱，轮胎轮和压力柱可合成一组进行转向行走，并有激光扫描仪、GPS读写器、摄像头和条形码读写器；

c.平面运输导航系统，该系统包括：自动导航车，车上行激光扫描仪，金属磁探测器，GPS读写器，方向编码电机，图像以别器，无线终端，刹车、油门行程传感器和微处理器，平板车上有连动开关和连动导线，也可以用超声波传感器，平板车可以多车连接，地面上有金属磁漆导航线和射频卡，金属磁漆导航线由油漆或树脂与金属粉或磁粉组成，刷在地面上进行充磁，道口闸杆由GPS读写器控制，箱区内可分外集卡车道和自动导航车车道。

2.如权利要求1所述集装箱码头自动化装卸系统和方法，其特征在于桥吊双平台可以单平台，平台上拆卸锁头可以人工，上吊具吊运的集装箱可以直接放入自动导航车上，桥吊控制中心可远程控制。

3.如权利要求1所述集装箱码头自动化装卸系统和方法，其特征在于轨道轮胎吊可在轨道上行走，又可以转向90度用轮胎轮行走，在轨道轮胎吊上有4个压力柱，将轨道轮胎吊顶起，轮胎90度转向放下，压力柱缩回时，因轮胎底部高于轨道铁轮，这样轮胎通过电机驱动可以行走，改变了轨道吊在集装箱堆场内不能转场的状况，也可以将压力柱与轮胎做在一起直接顶起，进行直行和转向行走，用于转换箱区作业，激光扫描仪测量人和物控制大车行车防撞，GPS读写器行走定位，摄像头监控防撞，条形码读写器大车精确定位。

4.如权利要求1所述集装箱码头自动化装卸系统和方法，其特征在于自动导航车在普通的集卡上安装了导航防撞系统，通过切换可人工驾驶，导航车上激光扫描仪测量人和物，防止碰撞，金属磁探测器探测金属磁导航线，GPS读写器由射频读写器和GPS定位显示器组成，可读写数据，显示导航箱区位置，可将码头内的道路和箱区位置和集装箱的位置写入内存，也可读地面上射频卡的数据。

5.如权利要求1所述集装箱码头自动化装卸系统和方法，其特征在于金属磁漆可由油漆或树脂漆与金属粉组成，也可以由油漆或树脂漆与磁粉组成，也可以由油漆或树脂漆与金属粉和磁粉组成，刷在地面上充磁，作为金属磁漆导航线，金属粉组成的导航线可以不充磁。