自动化码头集装箱底锁检测方法研究

自动化码头集装箱底锁检测方法研究

摘要：本文提出一种通过在人工智能运输机器人（ART）上安装激光传感器的方法，可实时检测ART上集装箱带锁状态，将结果实时反馈至TOS系统，可实现动态调整ART是否进出锁站，提升装卸船生产效率，对于提升自动化码头的智能化运行具有重要的意义。

关键词：自动化码头；集装箱底锁；激光传感器；智能化运行

0引言

近年来，我国大型港口尤其是涉及集装箱运输的港口，纷纷建设了自动化码头，从而提高码头生产运行的效率。集装箱码头的自动化运营，并不是简单的提高单个设备的运行效率，而是港口生产过程中全要素的自动化连接。这样才能有效的提高港口的整体生产效率和生产力水平[1]。

传统的岸边集装箱装卸船流程中，每台岸桥通常会配备固定数量的锁站，负责对运输设备上等待装卸船的集装箱进行装拆连接锁[2]。自动化码头为提高集装箱码头装卸船效率及设备利用率，提出了一种考虑前置和后置缓冲区的地面解锁的态布置方案[3]，但在实际工作中，当按照既定的作业流程进行进出解锁站时，无底锁的集装箱也要通过解锁站，势必会导致锁站负载过高以及资源的浪费，不利于全流程智能化作业。

本文提出一种通过在ART上布置安装多组激光传感器的方法，用于感知ART 上集装箱底锁状态，将形成的集装箱底锁状态信号实时传输到作业系统，系统通过处理后从而进行智能化调度，决定是否规划当前ART车辆进出解锁站、进行拆装连接锁作业的路径，该装置的应用可极大的提高生产作业效率和减少锁站的负载。

1 整体方案设计

1.1设计需求

考虑到此方案应用于港口集装箱装卸作业，且需安装到运输车辆上，并保证

检测的精准度，因此该装置应至少满足以下原则：

1）传感器的检测精度要高，否则极易造成误检和漏检；

2）传感器的抗干扰性能要好，不能受到ART车体和周边环境影响；

3）传感器和控制器抗冲击和抗振动性性要好；

4）传感器和控制器尺寸不能太大，方便在ART车体上布置安装；

5）系统能够满足24小时全天候运行；

6）安装调试简单，保证能够快速实施部署和简化后期维护工作；

7）由于所需传感器数量较多，因此硬件成本要低，从而降低前期投入和后

期维护的成本。

1.2集装箱放置形式

在港口集装箱运输作业时，集装箱尺寸通常有三种：20尺、40尺、45尺。

因此需要ART上的该装置能够适应装载的集装箱类型有四种：单20英尺集装箱；双20英尺集装箱；单40英尺集装箱；单45英尺集装箱。

由于所有集装箱宽度是标准，因此集装箱底锁相对于ART在宽度方向上位置

是固定的，但由于不同的集装箱类型在ART上在水平方向上放置位置不同，因此

对于传感器的选用和安装应保证以下三点：

1）传感器的尺寸要小，不能干涉摘锁机械手的操作；

2）传感器的检测范围要满足所有箱型的检测需求；

3）传感器的检测方向应沿着ART水平方向。

1.3方案设计

1.3.1方案说明

综上述需求，本方案采用在ART上安装激光传感器为检测元件，每个底锁处

安装1个激光传感器（1台ART需安装8个激光传感器），安装位置和检测方向

如图1所示。

图1 传感器安装示意图

当激光传感器在设定的距离范围内动作即视为检测到锁头，所有激光传感器

输出开关量信号。检测信号接入小型PLC的I/O中，在PLC中对信号进行预处理，然后统一输出1个继电器信号（ON表示检测到锁头，OFF表示为检测到），该继

电器信号接入ART的车载控制器中，ART通过交互平台将该信号接入TOS调度系统，系统通过处理后，从而决定是否规划ART进出解锁站的路径。

1.3.2分项介绍

（1）检测元件

方案所选用的检测元件为激光传感器，检测距离可调，其具有检测精度高，响应速度快，尺寸小巧，高可靠性，安装调试方便等特点。

传感器安装位置如图2所示，传感器安装位置处的车体结构为镂空结构，因

此可以采用打孔安装的方式。

图2激光传感器在ART上的安装位置

（2）控制器

车载控制器采用西门子小型PLC（SMART200系统），该系列产品成熟可靠，

可满足苛刻的工业应用环境，PLC本体自带I/O和串口、以太网接口，可方便和

传感器及上位机建立连接，PLC编程简单，方便设计和后期升级维护。其主要功

能如下：

1）采集激光传感器的开关量信号，避免过多占用ART车载控制器上的I/O

输入点；

2）对采集的信号进行逻辑处理、时间滤波等，最大限度的避免误检和漏检；

3）对所有信号汇总后，统一输出一个信号即可，便于ART调度系统的程序

处理。

3 现场测试

3.1测试环境及方法

ART上分别放置单20尺、双20尺、单40尺、单45尺集装箱，集装箱放置

位置随机，水平方向上略有倾斜，采用70多种常见的不同锁头随机进行安装测试，包含最小尺寸的锁头和部分常规锁头。

测试采用人工的方式首先在岸桥下的集装箱下安装锁头，在每个锁头处，传

感器放置在统一的位置上，针对不同类型的集装箱放置方案，安装不同的锁头进

行测试。观察是否可以检测到锁头，且是否将带锁信息传输到TOS系统。

3.2测试结果

每种测试设置500次循环，其中随机安排20个循环不安装锁头的测试箱。

测试结果表面：当安装不同大小尺寸的锁头时，传感器均能有效检测到各种锁头，如图7-图9，其中图中红色点即为传感器检测点。

当没有集装箱没有锁头时，系统将不安排ART过锁站的路径，而是直达堆场。测试结果

如表1所示。

表1 测试结果表