上海国际港务(集团)股份有限公司尚东集装箱码头分公司

1 引言

集装箱扭锁拆装是码头现场作业生产中的重要环节，随着集装箱海运量的不断增长，船舶大型化趋势日渐明显，船舶在港口的单航次装卸量越来越大，传统人工拆装扭锁方式阻碍了码头作业效率的提升，发展应用自动拆装扭锁技术已成为集装箱码头未来的发展方向[1]。

2 自动拆装扭锁技术现状

目前，船用集装箱扭锁的使用情况十分复杂，扭锁具体构造在国际上没有统一的标准。根据我国相关标准，集装箱扭锁可以大致分为分体式、整体式、半自动式和全自动式。考虑到存在一些固定式连接锁，需要人工拆卸的集装箱扭锁至少有6大类共100余种。由于船公司间的竞争关系，不同船公司的集装箱扭锁形式往往不同；由于不同船舶的投产时间各不相同，以及不同船公司合营同一条航线等原因，同一航线不同船舶的集装箱扭锁形式也可能不同；甚至对于同一船舶来说，集装箱扭锁耗损后补充的扭锁未必与原来的扭锁相同，从而造成同一船舶上装有不同形式的集装箱扭锁。此外，由于加固要求不同，同一集装箱不同锁眼的扭锁形式也不尽相同。例如，对于甲板上方双20 ft集装箱来说，其外部两角的扭锁与内部两角的连接锁形式完全不同。由此可见，开发可以全兼容的自动化扭锁拆装装置的难度极大。

目前，国外多家公司均设计制造出概念自动化扭锁拆装装置，并进行了一系列工业试验。其基本原理相似，均采用机械臂模拟人手旋转扭锁的下部，通过连轴带动扭锁的上部，进而实现扭锁拆装。但是目前的自动化扭锁拆装技术尚不成熟，仅适用于70%左右的扭锁类型。

ZPMC自主研发的自动化扭锁拆装装置可灵活应用于自动化码头、常规跨运车码头、常规集卡码头等，具有自动化程度高、系统兼容性好、扩展功能强大、应用范围广等优点，可提高扭锁拆装作业过程中的安全性和作业效率，降低作业成本。系统采用柔性化智能机器人，可匹配多种尺寸型号的集装箱，同时可以根据扭锁型号的不同，自动更换夹具，以适应不同型号的扭锁拆装，使系统能处理目前市场上90%的扭锁。机器人拆装具有更高的智能性，能够自行判断解锁是否成功，避免了因拆锁失败集装箱被吊走导致的“挂舱”损坏。整体扩展功能强大，可与码头系统轻松对接，且产品维护成本较低(见图1)。

图1 ZPMC设计的自动拆装扭锁装置效果图

3 洋山深水港四期自动拆装扭锁技术改造

当前，洋山深水港四期自动化岸桥中转平台采用人工拆装扭锁模式，改造方向为：在自动化双小车岸桥的中转平台上安装扭锁自动拆装系统，使其在目前手工拆锁充分兼容的情况下，实现中转平台的扭锁自动化拆装。在扭锁拆卸环节实现无人化，节省人工；在扭锁安装环节尽可能地减少人工，改善作业环境，提高作业安全性。

综合分析，可在现有ZPMC技术方案的基础上进行改进，结合洋山深水港四期双小车岸桥中转平台的技术需求，继承并扩展系统设备的硬件，包括自动拆装装置、位置识别系统、传送带、集装箱搁架、扭锁框平移装置、电气房、换框行车以及控制系统等[2]。

(1)自动拆装装置。主要负责定位和跟踪目标物(集装箱扭锁)，并实现自动拆卸和安装，主要由夹具、浮动装置和机器人构成。

(2)位置识别系统。利用图像识别技术确定扭锁的位置和状态，提供相应的信号给机器人。

(3)传送带。实现扭锁的水平传输。拆锁环节，将机器人拆卸下的扭锁输送至扭锁框；装锁环节，将扭锁传送到指定位置，以便机器人顺利取锁。结构主要由扭锁盒、链条和伺服驱动系统组成。

(4)集装箱搁架。拆锁和装锁环节，集装箱静止放置于搁架上，因此需要重新制作新的集装箱搁架，替换目前中转平台上已有的台座。

(5)扭锁框平移装置。通过对扭锁框的前后左右平移，避免传送带传送的扭锁在框内局部堆积。前后方向的移动依靠链条驱动，左右方向的移动依靠电动推杆。

(6)电气房。主要用来布置系统的控制柜和机器人的控制柜。

(7)换框行车。采用3 t的单轨电动行车，行车轨道悬臂在平台海侧面，可以实现平台上和地面的扭锁框互换。为了安全，行车的轨道的悬臂部分，在非工作状态可以整体回缩至平台范围内。

(8)控制系统。采用西门子可编程逻辑控制器，主要负责岸桥主程序与拆锁机器人程序的信息交互。流程为：接受主程序拆装锁指令，传递开关信号与位置偏差信号给机器人完成拆装锁，同时操控皮带和扭锁框等辅助系统协同工作，并传递相关信号至主程序，包括具备故障显示、危险报警、功能提示和扩展端口等功能，便于工作人员管理。

4 洋山深水港四期自动拆装扭锁作业流程设计

4.1 卸船环节自动拆装扭锁作业流程设计

(1)集装箱从船上被起重机吊装到中转平台的集装箱搁架上。此过程需要检查起重机主吊具的作业模式(单20 ft、单40 ft、单45 ft和双20 ft)，并将相应的信号传给控制系统。

(2)位置识别系统检测集装箱在集装箱搁架上的位置，并提供位置信号给控制系统。

(3)控制系统根据位置信号和作业模式信号控制自动拆装装置，确定哪几个自动拆装装置需要动作，以及各自对应的目标位置。

(4)自动拆装装置的机器人根据控制系统信号找到目标位置。其中的浮动装置会弥补各环节的误差，保证夹具顺利夹持到目标物。夹具在夹持之后会对目标物进行拆卸，完成拆卸之后，机器人会根据预设的程序将目标物放置在传送带指定的位置。

(5)传送带将目标物传输至扭锁框上方，扭锁在自重的作用下自动落入下面的扭锁框内，扭锁框下面的扭锁框平移装置实时推动扭锁框水平移动，防止扭锁框的扭锁局部堆积。

(6)岸桥门架小车将集装箱从中转平台抓放至水平运输车辆上。同时，机器人会根据预设程序复位至待机状态，迎接下一个工作循环的到来。

4.2 装船环节自动拆装扭锁作业流程设计

(1)系统进入装船模式，在集装箱到来的过程中，装锁工作人员根据系统界面提示，选择所需型号的扭锁，手动将扭锁安装至传送带上，传送带将扭锁自动传送至对应位置。

(2)自动导引车(AGV ，Automated Guided Vehicle)将集装箱运送至岸桥尾部，由门架小车吊运至中转平台搁架上。此过程需要检查起重机主吊具的作业模式(单20 ft、单40 ft、单45 ft和双20 ft)，并将相应的信号传给控制系统。

(3)位置识别系统检测集装箱在集装箱搁架上的位置，并提供位置信号给控制系统。

(4)控制系统根据位置信号和作业模式信号控制自动拆装装置，确定哪几个自动拆装装置需要动作以及各自对应的目标位置。

(5)自动拆装装置的机器人从传送带上取下扭锁，并根据控制系统信号找到目标位置，将扭锁装入集装箱箱角。其中的浮动装置会弥补各环节的误差，保证扭锁被顺利装至目标位置。

(6)集装箱被主小车吊至船上，完成装船。同时，机器人会根据预设程序复位至待机状态，迎接下一个工作循环的到来[3-4]。

5 结语

针对当前自动拆装扭锁技术存在的问题，结合洋山深水港四期自动化双小车岸桥中转平台的机械条件和作业需求，提出了洋山深水港四期双小车岸桥中转平台自动拆装扭锁的改造方案，设计了自动拆装扭锁作业流程，为提高洋山深水港四期自动化集装箱码头的自动化水平和提升船舶装卸效率奠定了基础，对相关港口码头实现扭锁拆装自动化具有指导意义。