CN112919161B - 一种集装箱锁钮自动拆装系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱锁钮自动拆装系统，包括码头营运系统、锁钮库控制系统、锁钮框、锁钮转运工具、锁钮库、自动拆装通道以及每个自动拆装通道对应的六轴机器人、机器人控制系统、集卡对位系统和锁钮取放设备。本发明能够利用六轴机器人模拟人手进行锁钮的拆装以及锁钮的流转，通过现代通信技术实现码头营运系统和机器人作业间的通信，借助锁钮库形成了锁钮的自动流转功能，从而使得机器人集群能够在生产作业指令下，自动把作业指令分解成机器人的连贯动作，模仿人拆装锁以及锁钮流转过程，真正意义上地实现了码头自动拆装锁钮功能。

Description

一种集装箱锁钮自动拆装系统

技术领域

本发明涉及集装箱锁钮自动拆装系统，属于港口装箱自动化技术领域。

背景技术

目前集装箱在船仓甲板上的固定主要是依靠安装在集装箱四个角件中的锁钮。这样当集装箱从码头吊运上船或从船上吊运至码头时都需要人工去装或拆锁钮。这种工作模式下，码头需要配备大量的锁钮工，浪费人力。在码头自动化改造过程中容易存在安全隐患，且人工作业效率低。因此设计设计出一款高效、稳定可靠的自动拆装集装箱锁钮机器人是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集装箱锁钮自动拆装系统，利用六轴机器人模拟人手进行锁钮的拆装以及锁钮的流转，通过现代通信技术实现码头营运系统和机器人作业间的通信，借助锁钮库形成了锁钮的自动流转功能，从而使得机器人集群能够在生产作业指令下，自动把作业指令分解成机器人的连贯动作，模仿人拆装锁以及锁钮流转过程，真正意义上地实现了码头自动拆装锁钮功能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集装箱锁钮自动拆装系统，所述自动拆装系统包括码头营运系统、锁钮库控制系统、锁钮框、锁钮转运工具、锁钮库、自动拆装通道以及每个自动拆装通道对应的六轴机器人、机器人控制系统、集卡对位系统和锁钮取放设备；

所述锁钮框用于承放新靠岸集装箱货轮的锁钮，锁钮转运工具根据用户发送的转运指令将锁钮框中不同类别的锁钮输送至各个锁钮库；码头内设置有至少一个自动拆装通道，自动拆装通道的进口处设置有车牌识别装置，每个自动拆装通道的两侧分别安装有两个六轴机器人，每个六轴机器人与所属自动拆装通道的机器人控制系统连接；

所述码头营运系统接收新靠岸集装箱货轮发送的装船/卸船作业任务，结合当前所有自动拆装通道的任务情况，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划，所述锁钮拆装作业计划至少包括拆装时间、负责拆装的自动拆装通道的编号、作业类型、锁钮类型和锁钮取/放目标库，作业类型包括拆锁作业和装锁作业两种，锁钮取/放目标库包括锁钮库和锁钮框；

所述码头营运系统将解析得到的对应集卡的车牌号和锁钮拆装作业计划下发至每个自动拆装通道的机器人控制系统和集卡对位系统，机器人控制系统响应于有集卡进入自动拆装通道并且车牌号匹配，调用集卡对位系统引导集卡停放在指定拆装区域，使四个六轴机器人分别位于集装箱的四角位置；再根据作业类型请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备从锁钮库中拿取指定类型的锁钮交由六轴机器人执行装锁作业，或者在六轴机器人执行拆锁作业后请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮存放至锁钮库或锁钮框。

进一步地，所述自动拆装通道的进口处和出口处各设置一个闸机，所述机器人控制系统响应于车牌识别装置反馈的集卡车牌号与该自动拆装通道的所有作业计划的车牌号均不匹配，开启出口处的闸机，使进入自动拆装通道的集卡移开。

进一步地，所述自动拆装通道的进口处安装有地感线圈，地感线圈通过机器人控制系统与车牌识别装置连接；当地感线圈探测到有带箱集卡即将驶入通道，反馈一电平信号至机器人控制系统，使机器人控制系统打开进口处的闸机，并且启动车牌识别装置对车牌进行识别。

进一步地，所述集卡对位系统包括安装在通道两侧的显示屏、网络通讯模块、导航定位装置和至少一个单线激光扫描仪；

所述通道两侧的显示屏用于显示当前自动拆装通道是否为空，以及当自动拆装通道为空时，用于显示指定拆装区域和六轴机器人的位置信息，以及集卡的当前位置信息；

所述至少一个单线激光扫描仪分布设置在自动拆装通道内，用于对进入自动拆装通道的集卡进行扫描，将扫描得到的激光数据通过网络通讯模块发送至集卡的驾驶系统，使集卡利用安装的导航定位装置执行停车操作。

进一步地，所述自动拆装系统还包括锁钮库管理系统；所述锁钮库管理系统分别与锁钮转运工具、锁钮库控制系统连接，根据锁钮转运工具和锁钮库控制系统反馈的锁钮存取信息，自动更新各个锁钮库的锁钮存量信息，并记录每个锁钮库中锁钮的存取作业过程信息。

进一步地，所述码头营运系统根据货轮的做箱计划计算得到当前货轮对应的锁钮使用计划和/或存储计划，当货轮的卸船作业数量大于装船作业数量时，根据卸船作业数量与装船作业数量之间的差额计算得到旁路作业计划；当六轴机器人执行旁路作业计划时，锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮直接存放至锁钮框。

进一步地，所述六轴机器人通过与锁钮尺寸匹配的夹具对锁钮进行拆装作业。

进一步地，所述码头营运系统结合待作业的所有货轮的做箱计划、当前所有自动拆装通道的任务情况和对应的夹具型号，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划；解析得到的锁钮拆装作业计划的总耗时最小，所述锁钮拆装作业计划的总耗时为集卡停放总时长、锁钮拆装作业总时长和夹具更换总时长之和。

进一步地，所述六轴机器人上安装有3D视觉定位模块；

所述3D视觉定位模块采用视觉定位技术获取六轴机器人坐标系下的锁钮位置坐标，六轴机器人根据锁钮位置坐标和作业类型计算得到夹具的动作指令，控制夹具执行装锁作业或拆锁作业。

本发明的有益效果在于：

(1)利用六轴机器人模拟人手进行锁钮的拆装以及锁钮的流转，通过现代通信技术实现码头营运系统和机器人作业间的通信，借助锁钮库形成了锁钮的自动流转功能，从而使得机器人集群能够在生产作业指令下，自动把作业指令分解成机器人的连贯动作，模仿人拆装锁以及锁钮流转过程，真正意义上地实现了码头自动拆装锁钮功能。

(2)通过3D视觉定位技术实现集装箱锁钮的快速精确定位，利用六轴机器人及智能夹具模拟人手进行锁钮的拆装，夹具可快速拆装，实现精准快速的锁钮作业，提高了货轮的卸货/装箱效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的集装箱锁钮自动拆装系统的结构示意图。

图2为本发明的自动拆装系统的工作流程图。

图3为机器人拆装锁钮流程图。

图4为锁钮出库流程图。

图5为锁钮入库流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

结合图1，本发明提及一种集装箱锁钮自动拆装系统，所述自动拆装系统包括码头营运系统、锁钮库控制系统、锁钮框、锁钮转运工具、锁钮库、自动拆装通道以及每个自动拆装通道对应的六轴机器人、机器人控制系统、集卡对位系统和锁钮取放设备。

所述锁钮框用于承放新靠岸集装箱货轮的锁钮，锁钮转运工具根据用户发送的转运指令将锁钮框中不同类别的锁钮输送至各个锁钮库；码头内设置有至少一个自动拆装通道，自动拆装通道的进口处设置有车牌识别装置，每个自动拆装通道的两侧分别安装有两个六轴机器人，每个六轴机器人与所属自动拆装通道的机器人控制系统连接。

所述码头营运系统接收新靠岸集装箱货轮发送的装船/卸船作业任务，结合当前所有自动拆装通道的任务情况，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划，所述锁钮拆装作业计划至少包括拆装时间、负责拆装的自动拆装通道的编号、作业类型、锁钮类型和锁钮取/放目标库，作业类型包括拆锁作业和装锁作业两种，锁钮取/放目标库包括锁钮库和锁钮框。

所述码头营运系统将解析得到的对应集卡的车牌号和锁钮拆装作业计划下发至每个自动拆装通道的机器人控制系统和集卡对位系统，机器人控制系统响应于有集卡进入自动拆装通道并且车牌号匹配，调用集卡对位系统引导集卡停放在指定拆装区域，使四个六轴机器人分别位于集装箱的四角位置；再根据作业类型请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备从锁钮库中拿取指定类型的锁钮交由六轴机器人执行装锁作业，或者在六轴机器人执行拆锁作业后请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮存放至锁钮库或锁钮框。

当集装箱货轮靠岸后，首先从船上吊下锁钮框至岸边。此时码头营运系统(TOS系统)根据货轮的做箱计划发出相应的锁钮作业信息给岸边的工作人员或者锁钮库控制系统(WCS系统)。岸边工作人员或锁钮库控制系统根据锁钮作业信息从锁钮框中分类取出锁钮至锁钮转运工具上，待转运工具装满后输送至各个锁钮库。锁钮库管理系统(WMS系统)根据转运工具提交的信息自动更新锁钮库的锁钮信息并保存至数据库系统。锁钮库管理系统(WMS)可以提供锁钮存放信息、作业批次的查询，以及锁钮库清库的等等功能。

集装箱码头通过规划设置机器人作业的自动拆装通道，每个通道的两侧分别安装两个机器人系统。通道的两端安装有闸机系统，并能够自动识别集卡车牌。当生产作业开始时，码头的营运系统TOS系统发送作业指令给到指定作业通道的机器人控制系统(ECS系统)。

ECS系统开启作业模式发送指令给集卡对位系统，集卡对位系统启动2D单线激光扫描仪监控作业通道，并通过安装在通道进出两侧的LED显示屏提醒集卡驾驶员准确停放车辆到机器人的拆装位置附近，停车位置可以控制在正负5厘米内。如果是自动驾驶集卡，则通过网络通信模式把激光跟踪数据发送给自动驾驶集卡，这样自动驾驶集卡根据激光数据来进行精确停车。当然自动驾驶集卡也可以在集卡自身的RTK+IMU结合高精度地图的导航的基础上来进行精确停车。

机器人控制系统通过TOS系统获取到即将作业的数据。如果是装锁作业系统通过WMS系统发送作业指令给WCS系统，WCS系统控制设备从锁钮库中取出锁钮送至六轴机器人。六轴机器人则等待集卡的到来。

当带箱集卡准备驶入通道时，如此时通道内已有集卡则在驶入端的LED显示屏上显示，请等待。如通道内为空，则当集卡压到地上的地感线圈时，系统自动抬杆并进行车牌识别。如果该车牌为当前TOS系统发出的作业车辆则系统启动集卡对位系统；如果只是过路车，则系统自动抬起行驶方向的前端闸机栏杆，集卡驶离通道。

当集卡驶入通道，集卡对位系统检测到有车辆驶入且为待作业车辆，在集卡进入通道后，进入端的闸机通过显示屏指引集卡驾驶员停放车辆到作业工位。在集卡停好后，系统通知电控系统执行装锁动作。六轴机器人自动运行到抓拍位，通过3D视觉定位模块进行集装箱角件的定位并输出到六轴机器人坐标系统。六轴机器人在获取到目标位置后，利用智能夹具进行自动装锁动作。当作业完成后通道打开闸机利用网络通信通知TOS系统作业完成，集卡自动驶离作业通道。

如果是拆锁作业，系统首先通过WMS系统得到待存放的锁钮库位，同时系统通知六轴机器人运行至抓拍位，系统等待中。

当集卡驶入通道后，集卡对位系统检测到有车辆驶入且为待作业车辆，通过显示屏指引集卡驾驶员停放车辆到作业工位。在集卡停好后，系统通知电控系统执行拆锁动作。3D视觉定位系统模块进行集装箱角件的定位，输出机器人的作业坐标。六轴机器人在获取到作业位置后，利用智能夹具进行自动拆锁动作。当作业完成后利用网络通信通知TOS系统作业完成，抬起闸机栏杆集卡驶离作业通道。

通过对WMS系统的设计，对锁钮类型及船名航次进行了保存。理论上来说系统可以支持多船次的同时作业。

由于船公司很多，且各个船公司采用的锁钮类型也各不相同，因此很难设计出一款能够符合所有要求的智能夹具。本系统采用快速更换夹具的模式，当不同船次不同作业时，系统可以利用预先设计好的夹具进行更换从而满足生产需求。优选的，码头营运系统结合待作业的所有货轮的做箱计划、当前所有自动拆装通道的任务情况和对应的夹具型号，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划；解析得到的锁钮拆装作业计划的总耗时最小，所述锁钮拆装作业计划的总耗时为集卡停放总时长、锁钮拆装作业总时长和夹具更换总时长之和。

所述码头营运系统根据货轮的做箱计划计算得到当前货轮对应的锁钮使用计划和/或存储计划，当货轮的卸船作业数量大于装船作业数量时，根据卸船作业数量与装船作业数量之间的差额计算得到旁路作业计划；当六轴机器人执行旁路作业计划时，锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮直接存放至锁钮框。

例如，当该航次作业主要是卸船作业，则机器人系统把该行次的作业定义为旁路作业。机器人在自动拆下锁钮后不再通过WCS系统进入WMS库。而是直接拆下丢至锁钮框中。

又例如，如果本航次作业既有装船又有卸船，但是卸船作业数量大于装船作业。这样TOS会自动计算当WMS的锁钮存储已经满足装船作业的锁钮后，拆锁自动切换到旁路操作，拆下来的锁自动进入锁钮框。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述自动拆装系统包括码头营运系统、锁钮库控制系统、锁钮框、锁钮转运工具、锁钮库、自动拆装通道以及每个自动拆装通道对应的六轴机器人、机器人控制系统、集卡对位系统和锁钮取放设备；

所述锁钮框用于承放新靠岸集装箱货轮的锁钮，锁钮转运工具根据用户发送的转运指令将锁钮框中不同类别的锁钮输送至各个锁钮库；码头内设置有至少一个自动拆装通道，自动拆装通道的进口处设置有车牌识别装置，每个自动拆装通道的两侧分别安装有两个六轴机器人，每个六轴机器人与所属自动拆装通道的机器人控制系统连接；

所述码头营运系统接收新靠岸集装箱货轮发送的装船/卸船作业任务，结合当前所有自动拆装通道的任务情况，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划，所述锁钮拆装作业计划至少包括拆装时间、负责拆装的自动拆装通道的编号、作业类型、锁钮类型和锁钮取/放目标库，作业类型包括拆锁作业和装锁作业两种，锁钮取/放目标库包括锁钮库和锁钮框；

所述码头营运系统将解析得到的对应集卡的车牌号和锁钮拆装作业计划下发至每个自动拆装通道的机器人控制系统和集卡对位系统，机器人控制系统响应于有集卡进入自动拆装通道并且车牌号匹配，调用集卡对位系统引导集卡停放在指定拆装区域，使四个六轴机器人分别位于集装箱的四角位置；再根据作业类型请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备从锁钮库中拿取指定类型的锁钮交由六轴机器人执行装锁作业，或者在六轴机器人执行拆锁作业后请求锁钮库控制系统控制锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮存放至锁钮库或锁钮框。

2.根据权利要求1所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述自动拆装通道的进口处和出口处各设置一个闸机，所述机器人控制系统响应于车牌识别装置反馈的集卡车牌号与该自动拆装通道的所有作业计划的车牌号均不匹配，开启出口处的闸机，使进入自动拆装通道的集卡移开。

3.根据权利要求2所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述自动拆装通道的进口处安装有地感线圈，地感线圈通过机器人控制系统与车牌识别装置连接；当地感线圈探测到有带箱集卡即将驶入通道，反馈一电平信号至机器人控制系统，使机器人控制系统打开进口处的闸机，并且启动车牌识别装置对车牌进行识别。

4.根据权利要求1所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述集卡对位系统包括安装在通道两侧的显示屏、网络通讯模块、导航定位装置和至少一个单线激光扫描仪；

所述通道两侧的显示屏用于显示当前自动拆装通道是否为空，以及当自动拆装通道为空时，用于显示指定拆装区域和六轴机器人的位置信息，以及集卡的当前位置信息；

所述至少一个单线激光扫描仪分布设置在自动拆装通道内，用于对进入自动拆装通道的集卡进行扫描，将扫描得到的激光数据通过网络通讯模块发送至集卡的驾驶系统，使集卡利用安装的导航定位装置执行停车操作。

5.根据权利要求1所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述自动拆装系统还包括锁钮库管理系统；所述锁钮库管理系统分别与锁钮转运工具、锁钮库控制系统连接，根据锁钮转运工具和锁钮库控制系统反馈的锁钮存取信息，自动更新各个锁钮库的锁钮存量信息，并记录每个锁钮库中锁钮的存取作业过程信息。

6.根据权利要求1所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述码头营运系统根据货轮的做箱计划计算得到当前货轮对应的锁钮使用计划和/或存储计划，当货轮的卸船作业数量大于装船作业数量时，根据卸船作业数量与装船作业数量之间的差额计算得到旁路作业计划；当六轴机器人执行旁路作业计划时，锁钮取放设备将拆卸下来的锁钮直接存放至锁钮框。

7.根据权利要求1所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述六轴机器人通过与锁钮尺寸匹配的夹具对锁钮进行拆装作业。

8.根据权利要求7所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述码头营运系统结合待作业的所有货轮的做箱计划、当前所有自动拆装通道的任务情况和对应的夹具型号，解析得到新靠岸集装箱货轮上每个集卡的锁钮拆装作业计划；解析得到的锁钮拆装作业计划的总耗时最小，所述锁钮拆装作业计划的总耗时为集卡停放总时长、锁钮拆装作业总时长和夹具更换总时长之和。

9.根据权利要求7所述的集装箱锁钮自动拆装系统，其特征在于，所述六轴机器人上安装有3D视觉定位模块；

所述3D视觉定位模块采用视觉定位技术获取六轴机器人坐标系下的锁钮位置坐标，六轴机器人根据锁钮位置坐标和作业类型计算得到夹具的动作指令，控制夹具执行装锁作业或拆锁作业。

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