梁益唯
西南科技大学制造科学与工程学院
摘要：厢式货车全自动装车系统的研究致力于提高快速装车系统的装车效率，提高运销能力及企业核心竞争力，降低装车成本，减少人员健康危害等。随着现代社会的发展，物流对运输的保障要求越来越高，我国急需成熟的集装箱自动装车技术，早日实现自动装车技术的产品化及推广运用。本课题的目的在于对现存的问题进行分析，完善现有技术，实现快速装车系统的全自动化协同作业，降低人员的劳动强度和对人员经验的依赖程度，提高装车的质量和效率，保证装车的一致性。
关键词：厢式货车;全自动装车系统;PLC;三维建模与仿真技术
一、前言
目前食品、饮料、药品、化妆品、服装、日用品等行业包装箱在货物装车运输环节所使用设备自动化水平相对较低，大多数处于半自动阶段。这种装车模式是传统的劳动密集型作业模式，存在装车效率低，工人劳动强度大，搬运费用高，耗费时间长，托盘损耗率高等缺点。可编程逻辑控制器PLC，用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线。本项目预计研发一套厢式货车全自动装车系统，其作用是提高货物集装箱装车的可控性、操作简便性、效率和数据可追溯性。厢式货车全自动装车系统通过基于三维建模、仿真优化、智能装备、信息化等先进技术的集成创新应用，构建一套安全可控、柔性化、自动化的厢式货车全自动装车系统，提高货物集装箱装车的可控性、操作简便性、效率和数据可追溯性。
二、厢式货车全自动装车总体设计
一套厢式货车全自动装车系统，包括硬件：机器人抓手、传输线、履带式小车、升降平台和软件：自动装车机器人软件、自动装车控制软件等多项设施。
自动装车字体设计如图1和图2所示，整个装车工作面长度约为30m（车长17m+升降平台<14.3m），宽度约3.5m，高度按照集装箱车高度可调，可调范围为±100mm。
（一）机器人抓手
采用两台ABB机器人，1#机器人用于拆垛，将码在木托盘（1200×1000mm）上的产品纸箱，逐一放在传输线上；2#机器人位于履带小车上，将产品纸箱堆码在集装箱车厢内。
（二）传输线
传输线采用多层伸缩结构，当履带机器人回收到升降平台上时，升降平台的整体长度小于14.3m，传输线一端固定在履带小车上，由履带小车牵引伸缩。
三、集装箱装车操作流程
（一）集装箱货柜车到位，前后左右偏差≤100mm；操作人员给出车辆到位信号，升降平台自动升降，使平台与车厢大致齐平；
（二）叉车将码垛托盘放在指定位置，前后左右偏差≤50mm；
（三）操作人员（如不是标准车厢，在触摸屏处设置相关参数）按下装车启动按钮；
（四）履带车带动传输带和机器人进入车厢，距离和视觉传感器引导履带车到位，并发出就位指令；
（五）传输线启动；
（六）卸垛机器人开始将产品箱从托盘上抓上传输线；卸完一个托盘，发出声光提示叉车取走托盘，然后再送来一个码垛托盘；
（七）产品箱到达履带车指定位置，发出到位指令；
（八）装车机器人从传输带上抓取产品箱，按规划的方式装车；
（九）每装完一排，履带车后退一个产品箱的尺寸；
（十）重复（7）至（10）步，直至装车完成，装车机器人归位，并发出完成指令；
（十一）传输线停止，卸垛机器人归位停止，履带车退回到安全位置；
四、厢式货车全自动装车系统的技术问题
（一）解决对机器人的精确控制与维护检修问题
利用可编程逻辑控制器PLC，用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线。同时具有很强的自我诊断能力，能随时查出自身的故障，并显示给技术人员，使技术人员能迅速检查、判断故障的原因。如果是PLC自身的原因，在维修时只需更换插入式模块及其它易损坏的部件即可，既方便又减少了影响生产的时间，便于整个系统的维护检修。
（二）解决全地形自装卸作业问题
在皮带传输线终端处安装有光电传感器检测产品箱位置，机器人上安装有视觉系统，用于控制机器人装车码垛，使用六轴机器人适应装车顶部的姿态变化要求，利用触摸屏设置相关参数，通过PLC的无线通讯模块传输到装车机器人端的PLC，履带小车端的机器人收集高度尺寸信息和小车两侧的传感器信息之后再开始自动堆码，使其动作灵活、操作方便、运行平稳、作业应用范围广，既可适应各种恶劣工作地形，又可在狭小的工作场地实施搬运工作，提高了装卸作业的平稳性和操作的方便性。
（三）解决集装箱出货装车全流程关键数据采集、控制、追溯的问题
在集装箱装车过程中，有很多数据需要采集、管控，例如产品箱的尺寸、重量，集装箱的长度、宽度、高度等等，当装车过程的参数都正常的情况下，才能保证最终装车的质量、效率。同时建立质量追溯系统，根据每个集装箱的标识码，随时追溯该集装箱装车过程中的各个关键参数。
五、厢式货车全自动装车系统方案
（一）工作原理及组成
一套厢式货车全自动装车系统，包括硬件：机器人抓手、传输线、履带式小车、升降平台和软件：自动装车机器人软件、自动装车控制软件等多项设施。
具体包括以下方面：
1.通过对集装箱装车操作流程研究分析，基于三维建模与仿真技术，对该系统进行工艺布局建模优化设计。
2.根据对集装箱装车流程研究分析，研发厢式货车全自动装车系统，包括硬件：机器人抓手、传输线、履带式小车、升降平台和软件：自动装车机器人软件、自动装车控制软件等多项设施，满足操作方便、布局合理、自动装车等要求。
3.建设集装箱装车全流程的安全数字化管控平台和追溯系统。
厢式货车全自动装车系统以提升集装箱的装车精准度、装车过程的安全性和高效性为目标导向，通过基于三维建模、仿真优化、智能装备、信息化等先进技术的集成创新应用，构建一套安全可控、柔性化、自动化的厢式货车全自动装车系统，提高货物集装箱装车的可控性、操作简便性、效率和数据可追溯性。
在整个系统中，以安全可控、便捷高效及集成应用为指导思想，打造机器人抓手、传输线、履带式小车、升降平台等核心设备装配自动化、数据管理信息化、现场管理可视化。全面提升集装箱装车过程的自动化、可管可控水平，提高生产效率和资源利用率，提升产品品质可靠性，降低生产成本。
（二）机器视觉技术
机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、 I/O卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。
在该技术上，机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的货物转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统。根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度。再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。
（三）移动式堆垛机械手
在该系统中，要以液压为驱动力，以PLC作为控制手段，以变频器作为调速方式。PLC是控制系统的核心，各种开关量、模拟量都与PLC的输入端相连，PLC输出端主要与要控制的电磁阀、接触器、报警信号等相连。各种逻辑控制全部在PLC内部实现，工作过程能在触摸屏上动态显示。缩径设备伺服电机控制系统电路图如图3所示。
（四）工业云与大数据
工业云体现了三种深度融合：以用户为核心的人、机、物、环境信息深度融合；数字化、网络化、智能化的深度融合；工业化与信息化的深度融合。根据系统的概念模型包含三部分：一个是智能制造的资源、能力和产品；第二就是工业云；第三个就是制造的全生命周期的应用。一个核心就是工业云的平台，有三类人员——服务的提供者、服务使用者和云的应用者。作为一个企业，可以兼顾三者。它就是一种“互联网（云）+智慧制造资源与能力”的人/机/物/环境/信息的智慧互联制造系统。
六、结束语
厢式货车全自动装车系统根据客户的要求进行设计制作的，本系统基于三维建模、仿真优化、智能装备、信息化等先进技术的集成创新应用，构建一套安全可控、柔性化、自动化的厢式货车全自动装车系统。一套厢式货车全自动装车系统，包括硬件：机器人抓手、传输线、履带式小车、升降平台和软件：自动装车机器人软件、自动装车控制软件等多项设施。硬件采用核心智能制造装备RB 460工业机器人，IRB 4600工业机器人，康耐视机器视觉，激光测距传感器，西门子PLC，机械手等。软件中云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心，基于超高计算能力的平台，并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。在机器人云化的过程中，需要无线通信网络具备了极低时延和高可靠的特征；工业云系统实质是一种基于泛在网络及其组合的、人/机/物/环境/信息深度融合的、提供智慧制造资源与智慧能力随时随地按需服务的智慧制造服务互联系统。它就是一种“互联网（云）+智慧制造资源与能力”的人/机/物/环境/信息的智慧互联制造系统。具有完全自主的知识产权，在现场生产中设备运行稳定可靠，控制精度较高，完全满足快速装车系统的全自动化协同作业。利用ＰＬＣ进行控制，提升了控制系统的可靠性，通过触摸屏进行人机对话，方便了操作，提高了快速装车系统的装车效率，降低人员的劳动强度和对人员经验的依赖程度，提高运销能力及企业核心竞争力。
参考文献
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作者简介：梁益唯（2000-10），女，汉族，四川德阳，本科在读，材料成型及控制工程。