張守波，牟宗濤，楊新杭

（1.日照港股份有限公司第一港務分公司，山東日照 371100；2.北京匯力智能科技有限公司，北京 100070）

1 背景介紹

1.1 雙車翻車機卸船系統(tǒng)

日照港翻車機卸車線采用了貫通式雙車翻車機系統(tǒng)，系統(tǒng)設備包括定位車、推車機、夾軌器、翻車機本體等設備。翻卸火車車型為C64、C70、C80、C96系列敞車。

翻車機翻卸火車時，需要把整列火車按翻車機能力分組拆開（解列），然后推車機把車廂牽入翻車機平臺，翻車機旋轉(zhuǎn)翻卸車廂。推車機將下一組車廂牽入翻車機平臺時，同時把已完成卸車的空車推出翻車機。定位機則用于首次牽引重車到推車機接車位，等待人工解列后，推車機牽引2列重車進入翻車機，定位機范圍繼續(xù)牽引重車到待接車位，也即解列位。如此循環(huán)，完成快速翻卸任務，如圖1所示。

圖1 貫通式翻車機形式

目前，翻車機系統(tǒng)主要工作流程已基本實現(xiàn)自動化，但火車摘鉤仍然由人工完成。

翻車機系統(tǒng)人工摘鉤作業(yè)缺點比較突出（圖2）：①作業(yè)空間比較狹小，工人存在卷入運行設備危險；②火車來煤晝夜不停，工人長時間工作精力不足，夜間工作效率降低；③翻車機區(qū)粉塵很大，對工人健康產(chǎn)生不利影響；④工人需要在未中斷翻車機自動化作業(yè)程序的情況下，擇機快速完成握持車鉤手柄及解列動作，此時更容易出現(xiàn)人身傷亡事故。

圖2 翻車機人工摘鉤

日照港股份有限公司第一港務分公司南區(qū)1號翻車機系統(tǒng)由大連重工?起重集團有限公司生產(chǎn)。該系統(tǒng)卸車作業(yè)能力大約為60節(jié)/h。卸車系統(tǒng)為單機自動運行，也可進行就地操作，可調(diào)整為全線自動運行。

1.2 翻車機系統(tǒng)工作流程

翻車機系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3 翻車機工作流程

人工摘鉤位置設置在翻車機重車線和控制站之間，此處布置有吊掛式按鈕盒，當人工摘鉤完成后，工人通過按壓“摘鉤畢”按鈕確認摘鉤完成。此時，撥車機短時啟動牽引車廂完成車廂的完全摘鉤和分離。按鈕箱上設有撥車機點動前進和點動回撞按鈕，用于摘鉤分離不成功時的再次摘鉤作業(yè)。摘鉤作業(yè)時，夾輪器將重車列對應車輪夾緊。翻車機自動化程度低，需要人工實時參與作業(yè)，人工的工作強度大，存在安全隱患，而且翻車機卸煤區(qū)域煤塵嚴重，對作業(yè)人員身體健康產(chǎn)生不利影響。

2 車鉤形式

車鉤內(nèi)部結(jié)構(gòu)精巧（圖4），由于車廂類型不同，車鉤形式分為上作用式車鉤和下作用式車鉤（圖5、圖6）。

圖4 車鉤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖5 上作用式車鉤詳細部件

圖6 下作用式車鉤詳細部件

手柄位置分為高位和低位；手柄摘鉤動作也分為兩種：一種是旋轉(zhuǎn)摘鉤，另一種是上提后旋轉(zhuǎn)摘鉤。

3 摘鉤機器人作業(yè)過程

隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，機器視覺技術(shù)、多軸機械臂技術(shù)、激光雷達等人工智能技術(shù)在重工業(yè)場景下的應用日益廣泛。本項目定制研發(fā)多軸摘鉤機械臂，通過機器視覺和激光雷達檢測和識別目標手柄，融合多傳感手段進行智能狀態(tài)檢測和高精度伺服電機控制等功能，達到機械臂智能自動作業(yè)，實現(xiàn)自動摘鉤工作。

3.1 列車編號機器視覺識別

快速確定對應的摘鉤方式是摘鉤機器人快速完成摘鉤動作的技術(shù)關(guān)鍵。這個問題可以通過識別列車編號的不同類型而區(qū)分摘鉤方式和手柄樣式。

在機器人摘鉤前序特定位置安裝高清攝像頭，采用基于機器視覺的圖像識別技術(shù)，利用深度學習網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，訓練車號特征模型，最終實現(xiàn)了在復雜環(huán)境工況下車號特征的準確識別，功能完善，性能可靠。

3.2 機器人摘鉤

摘鉤機器人布置見圖7。

圖7 摘鉤機器人布置

摘鉤機器人配備多軸機械臂、智能視覺識別系統(tǒng)及高精度雷達，可以準確區(qū)分不同車型的車鉤情況，根據(jù)識別到的車鉤情況，應用不同的摘鉤策略，完成模擬人工拉手柄的摘鉤動作，實現(xiàn)火車車廂自動摘鉤，如圖8所示。

圖8 車鉤手柄雷達識別

摘鉤機器人通用性強，適用于各種類型敞車車廂，如C64、C70、C80、C96系列。其識別精準，具有找準車鉤精準動作，摘鉤時機合適；機型小巧，適用于狹小作業(yè)空間。

4 翻車機自動化系統(tǒng)

翻車機全自動化系統(tǒng)是將包括摘鉤機器人系統(tǒng)無縫用于翻車機自動卸車流程，并完善必要的監(jiān)控和檢測環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)了翻車機系統(tǒng)的全自動化卸車作業(yè)。

4.1 軟件升級

摘鉤機器人必須接到系統(tǒng)允許摘鉤指令后才能開始作業(yè)；首次摘鉤失敗后還應調(diào)動重牛回撞再二次摘鉤；摘鉤成功信號應反饋給翻車機控制系統(tǒng)。

上述功能的實現(xiàn)首先要求翻車機系統(tǒng)與摘鉤機器人建立數(shù)據(jù)通信，然后完善升級翻車機系統(tǒng)控制邏輯，以實現(xiàn)機器人與翻車機系統(tǒng)的動作流程配合。

4.2 安全生產(chǎn)防護系統(tǒng)

翻車機作業(yè)線全自動無人值守系統(tǒng)是一個有機的整體，除摘鉤外，還需將其他需要人工監(jiān)視的部分作業(yè)流程納入智能檢測與全自動控制。系統(tǒng)新增基于雷達檢測原理的翻車機內(nèi)重車定位保護、空車掛鉤未成功檢測，基于圖像識別的風管摘開狀態(tài)檢測、重牛輕牛沿線人員安全預警系統(tǒng)等，實現(xiàn)全面安全防護下的機器代人作業(yè)。

4.3 中控系統(tǒng)操作

摘鉤機器人檢測系統(tǒng)和交互界面位于翻車機中控室。其可以與機器人以及翻車機系統(tǒng)通信，確保機器人與翻車機系統(tǒng)協(xié)同工作，兩者融為一體。同時確保翻車機系統(tǒng)內(nèi)設備的主體地位，以翻車機系統(tǒng)正常工作為主。

5 在實際作業(yè)中注意的問題

翻車機摘鉤機器人系統(tǒng)目前已在日照港股份有限公司第一港務分公司南區(qū)1號翻車機線卸車作業(yè)中得到了實際應用，效果良好。

系統(tǒng)成功應用的前提除了選擇合適的高精度傳感器、設計合用的摘鉤策略、高效的軟件算法外，在實際工程應用中以下幾點值得注意：

（1）環(huán)境光線對機器視覺的干擾：系統(tǒng)應用了大量基于機器視覺的圖像識別技術(shù)，但現(xiàn)場環(huán)境光線情況復雜（白天的直射陽光、夜晚照明光線等成像無用光），將會降低系統(tǒng)的檢測、識別效果，軟件必須采取有效算法祛除基本成像光源之外光線對視頻數(shù)據(jù)的影響。

（2）雷達數(shù)據(jù)的有效處理：翻車機附近，煤粉濃度、濕度指標極高，煤粉顆粒、水汽等會對激光雷達的測量結(jié)果造成很大干擾。軟件必須采取有效的關(guān)聯(lián)濾波等智能篩選算法，“忽略”尺寸微小的粒子，描繪出粉塵后面的真實物體輪廓，將干擾減少到最小。

6 結(jié)束語

實踐證明，貫通式雙車翻車機系統(tǒng)投入列車編號識別系統(tǒng)、摘鉤機器人、中控系統(tǒng)，替代人工實現(xiàn)了重車自動摘鉤動作，實現(xiàn)了本質(zhì)安全，補全了翻車機全自動卸車流程中的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有力推動了人工智能技術(shù)在港口的應用，切實提高了港口管理水平。