【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集装箱堆场自动化集装箱交换，具体涉及一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统及工艺。
技术介绍
1、目前，自动化集装箱码头按空间布局分为垂直和平行码头布置两种方式，按堆场装卸方式分为端装卸和边装卸两种方式，其中端装卸是指集装箱水平运输设备在堆场端部进行交互而不进入堆场；边装卸是指集装箱水平运输设备进入堆箱区内任意贝位的边侧进行交互作业。按隔离方式分为空间和时空隔离两种方式，其中空间隔离通过物理围网手段实现自动化区和非自动化区的空间隔离，时空隔离则通过虚拟红绿灯实现自动化区和非自动化区时间和空间上的隔离。
2、现阶段，垂直式自动化集装箱堆场采用“堆场垂直布置+端装卸+空间隔离”组合作业的工艺方式已经非常成熟，也是到目前为止多数自动化码头普遍采用的工艺方案。但此种垂直端装卸模式将水平运输装卸箱及外集卡集疏运装卸点集中，装卸点相对少，导致陆侧交通组织较困难，同时堆场自动化轨道吊需带箱长距离输送集装箱，能耗高且装卸船作业及集疏运较难以互相支援，堆场自动化轨道吊会优先选择装卸船作业，导致集疏运收发箱作业效率较低。
3、水平式自动化集装箱堆场大多采用“堆场水平布置+边装卸+时空隔离”总体技术路线。外集卡（在堆场外侧进行集装箱运输的外部集装箱运输卡车）、内集卡（在堆场内进行集装箱调运的内部集装箱运输卡车）均可直接进入堆场任意贝位边侧进行装卸作业，堆场采用低速轨道吊不带箱运行，具有出箱点多、工程投资低、运营成本低、设备扩展性好等优点。但通过时空隔离技术控制，内外集卡存在交叉干扰，作业效率受到影响。>
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中自动化集装箱码头系统装卸效率受限且能耗高，外集卡收发箱位置不同，常常排队堵车的不足之处，提供一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统及工艺，通过将内外集卡作业完全隔离前提下实现一站式集装箱收发箱作业，既解决了端装卸作业工位不足及轨道吊兼顾装卸船和收发箱作业影响作业效率的问题，又解决了边装卸内外集卡交互的效率瓶颈，达到提升港区交通组织和生产运营效率，提高港区装卸系统的智能化水平，提高集装箱码头对外服务水平的目的，作业时间可压缩一半以上。
2、为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其包括堆场，堆场上与码头岸线相邻的一端设置有呈一字型紧靠堆场布置并垂直于码头岸线的交换区，交换区内沿远离堆场的方向依次设置为一排智能集装箱水平运输车工位、一排外集卡工位，智能集装箱水平运输车工位和外集卡工位的上方设置有一排交换设备，且智能集装箱水平运输车工位、外集卡工位背靠背布置在对应交换设备的两端；交换设备包括设置在外集卡工位与智能集装箱水平运输车工位之间的固定架，固定架上水平滑动安装有至少有一辆高架天车，高架天车通信连接有自动化控制模块，且高架天车能够位于对应外集卡工位处外集卡的上方和对应智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。基于此，由于本专利技术中交换区外集卡工位和智能集装箱水平运输车工位为背靠背布置，并可通过交换设备实现集装箱在内外集卡车盘之间的快速交换，以及由于交换设备在吊装交换时需要提升集装箱的作业高度比侧面吊装更低，其大大降低了吊装提升时所需能耗，整体布局更加合理，彼此间作业衔接更加紧密，有利于码头自动化设备高效完成作业任务，从而具有设计合理，使用方便有效等优势，并有效解决现有内外集卡运行交互的效率瓶颈。
3、进一步地，高架天车包括小车运行机构，小车运行机构包括小车架，小车架通过车轮和小车滑轨滑动安装在固定架的支撑横梁上，且小车架上设置有主升起机构，主升起机构通过钢丝绳缠绕机构连接有吊具上架，吊具上架能够位于外集卡工位处外集卡的上方和智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。这样本专利技术可通过自动化控制模块通过控制小车运行机构与主起升机构起升、钢丝绳缠绕机构来控制吊具上架移动至对应的车辆上方，并对对应的车辆进行集装箱抓取动作或集装箱放置动作，以完成集装箱的装卸、堆码和搬运工作。
4、进一步地，钢丝绳缠绕机构包括转动安装在小车架上的卷筒，卷筒的端部传动连接有旋转驱动机构，旋转驱动机构与自动化控制模块通信连接；卷筒的外侧通过钢丝绳压板固定有八根钢丝绳，八根钢丝绳两两一组，且四组的钢丝绳的绳头分别绕过对应的滑轮后通过螺旋扣斜向相交连接在吊具上架的四个侧边的中点处，同组钢丝绳中两根钢丝绳对应的两个滑轮与吊具上架上对应侧边的中心的连线构成的三角形为等腰三角形，四组钢丝绳形成的四个等腰三角形相等。这样由于本专利技术中的钢丝绳缠绕机构采用八绳缠绕结构，其可保证吊具上架受力均匀，从而避免其在吊装集装箱的过程中出现倾覆状况。此外，所述吊具上架可采用电动单箱吊具，以用于提升负载，并实现20ft和40ft集装箱切换；而且作为优选，所述吊具上架上可设置有微动机构，并通过该微动机构调整吊具上架位置与姿态，以实现吊具上架与集装箱或与车盘的快速对箱，且所述微动机构的工作调整行程优选设置为±20cm。
5、进一步地，自动化控制模块通信连接有集卡引导系统，集卡引导系统引导外集卡至外集卡工位停车到位；自动化控制模块还通信连接有rfid模块和ocr模块，rfid模块和ocr模块自动激活指令并校验实际作业箱号与预设收发箱方案是否一致，并能够在实际作业箱号与预设收发箱方案不一致时转人工干预。
6、进一步地，高架天车还设置有目标定位模块，目标定位模块包括安装在小车架下方的两个目标位置传感器、激光测距、可移动镜、两个伺服电机驱动器和一个中央处理器。且其可通过可移动镜调节视线，通过伺服电机控制可移动镜运动和激光测距摇篮运动，通过中央处理器处理计算和逻辑，然后将扫描的数据发送到自动化控制模块使用，以用于验证集装箱放下或拾取。另外，所述目标定位系统的典型任务包括：1、目标验证-验证车辆和集装箱的大小和位置；2、自动精细对准-天车控制器使用目标定位系统测量来精确地将吊具上架对准目标；3、工作完成验证-测量已着箱的集装箱的位置；4、障碍物检测-在穿越障碍物时检测障碍物。
7、进一步地，智能集装箱水平运输车工位和外集卡工位之间设置有隔离带，且该隔离带为20cm高的高台，以用于将内外集卡隔离开。
8、进一步地，智能集装箱水平运输车工位设有智慧充电系统，并通过该智慧充电系统对停放在该智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车进行充电处理。
9、进一步地，智慧充电系统包括安装在智能集装箱水平运输车外侧的取电小车受电器，还包括安装在智能集装箱水平运输车工位内的滑触线集电器。这样当智能集装箱水平运输车进入智能集装箱水平运输车工位进行收发箱作业时，可随智能集装箱水平运输车的行驶控制取电小车受电器从智能集装箱水平运输车外侧伸出，并使其依靠弹力与地面支架上安装的滑触线集电器进行可靠对接，从而实现智能集装箱水平运输车的充电；反之，当智能集装箱水平运输车作业完毕后行驶出交换区时，取电小车受电器可随智能集装箱水平运输车的行驶与滑触线集电器自然分离，从而结束充电过程，并使智能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，包括堆场；其特征在于，堆场上与码头岸线相邻的一端设置有呈一字型紧靠堆场布置并垂直于码头岸线的交换区，交换区内沿远离堆场的方向依次设置为一排智能集装箱水平运输车工位、一排外集卡工位，智能集装箱水平运输车工位和外集卡工位的上方设置有一排交换设备，且智能集装箱水平运输车工位、外集卡工位背靠背布置在对应交换设备的两端；交换设备包括设置在外集卡工位与智能集装箱水平运输车工位之间的固定架，固定架上水平滑动安装有至少有一辆高架天车，高架天车通信连接有自动化控制模块，且高架天车能够位于对应外集卡工位处外集卡的上方和对应智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。
2.根据权利要求1所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，高架天车包括小车运行机构，小车运行机构包括小车架，小车架通过车轮和小车滑轨滑动安装在固定架的支撑横梁上，且小车架上设置有主升起机构，主升起机构通过钢丝绳缠绕机构连接有吊具上架，吊具上架能够位于外集卡工位处外集卡的上方和智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。
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4.根据权利要求2所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，高架天车还设置有目标定位模块，目标定位模块包括安装在小车架下方的两个目标位置传感器、激光测距、可移动镜、两个伺服电机驱动器和一个中央处理器。
5.根据权利要求1所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，自动化控制模块通信连接有集卡引导系统，集卡引导系统引导外集卡至外集卡工位停车到位；自动化控制模块还通信连接有RFID模块和OCR模块，RFID模块和OCR模块自动激活指令并校验实际作业箱号与预设收发箱方案是否一致。
6.根据权利要求1至5任一所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，智能集装箱水平运输车工位和外集卡工位之间设置有隔离带。
7.根据权利要求1至5任一所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，智能集装箱水平运输车工位设有智慧充电系统。
8.根据权利要求7所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，智慧充电系统包括安装在智能集装箱水平运输车外侧的取电小车受电器，还包括安装在智能集装箱水平运输车工位内的滑触线集电器。
9.根据权利要求1至5任一所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，交换区外远离堆场的一侧设置有外集卡倒车区，交换区外靠近堆场的一侧设置有智能集装箱水平运输车活动区。
10.一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换工艺，其特征在于，应用根据权利要求1-9任一所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，并包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，包括堆场；其特征在于，堆场上与码头岸线相邻的一端设置有呈一字型紧靠堆场布置并垂直于码头岸线的交换区，交换区内沿远离堆场的方向依次设置为一排智能集装箱水平运输车工位、一排外集卡工位，智能集装箱水平运输车工位和外集卡工位的上方设置有一排交换设备，且智能集装箱水平运输车工位、外集卡工位背靠背布置在对应交换设备的两端；交换设备包括设置在外集卡工位与智能集装箱水平运输车工位之间的固定架，固定架上水平滑动安装有至少有一辆高架天车，高架天车通信连接有自动化控制模块，且高架天车能够位于对应外集卡工位处外集卡的上方和对应智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。
2.根据权利要求1所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，高架天车包括小车运行机构，小车运行机构包括小车架，小车架通过车轮和小车滑轨滑动安装在固定架的支撑横梁上，且小车架上设置有主升起机构，主升起机构通过钢丝绳缠绕机构连接有吊具上架，吊具上架能够位于外集卡工位处外集卡的上方和智能集装箱水平运输车工位的智能集装箱水平运输车的上方。
3.根据权利要求1所述的全封闭自动化集装箱堆场的内外集卡交换系统，其特征在于，钢丝绳缠绕机构包括转动安装在小车架上的卷筒，卷筒的端部传动连接有旋转驱动机构，旋转驱动机构与自动化控制模块通信连接；卷筒的外侧通过钢丝绳压板固定有八根钢丝绳，八根钢丝绳两两一组，且四组的钢丝绳的绳头分别绕过对应的滑轮后通过螺旋扣斜向相交连接在吊具上架的四个侧边的中点处，同组钢丝绳中两根钢丝绳对应的两个滑轮与吊具上架上对应侧边的中心的连线构成的三角形为等腰三角形，四组钢丝...
【专利技术属性】
技术研发人员：张连钢，张江南，王衍棣，张军，徐冠男，胡继龙，许海洋，张博，范江山，徐帅，韩立阳，刘杰，田国良，宋敏华，
申请(专利权)人：山东港口日照港集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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