全户外3D视觉系统破解港口集装箱加解锁难题

原标题：全户外3D视觉系统破解港口集装箱加解锁难题

全户外3D视觉系统，能在光照、温度变化较大的恶劣户外港口环境中连续作业，实现集装箱智能加解锁，大幅提升港口作业效率。

2021年10月17日，全球首个“智慧零碳”码头——天津港北疆港区C段智能化集装箱码头正式投产运营，创造了同等规模自动化集装箱码头建设的“中国速度”。

天津港以先进工艺设计、先进技术应用及先进设备配置，率先实现了现代化码头的自动化、无人化。自投产运行以来，人员部署率较同等岸线自动化集装箱码头降低了60%、建设投资减少了30%，减少集装箱作业倒运环节达50%，作业效率达到39自然箱/小时。在建设过程中，“集装箱地面智能加解锁站”是一大突破，它的实现破解了全球港口难题。

什么是加解锁呢？海运船舶停靠在港口后，需要通过运输车辆对满载货物的集装箱在港口内进行运输流转。集装箱从货船卸到运输车上在岸边转运时，需要拆掉其在船上用于固定的集装箱锁，称之为“解锁”。集装箱船在进行海运时为保证安全，需要用锁具将集装箱连成一体，集装箱从运输车准备装运到货船上时，需安装集装箱锁，称之为“加锁”。

集装箱地面智能加解锁站，采用多台工业机器人替换人工实现24小时连续作业，但面对百余种不同的锁具、集装箱到位不准、复杂的全户外环境以及码头对流转效率的严苛要求，对建设加解锁站提出了巨大挑战。

集装箱地面智能加解锁站实现难点

挑战1：锁具种类繁多

天津港同世界上200多个国家和地区的800多个港口保持航运贸易往来，来自全球不同国家、不同区域、不同运输公司的集装箱在此流转。因此，集装箱锁具类型多、结构形式不统一，已知的有分体式、整体式、半自动式和全自动式等6大类100余种锁型，这对自动装卸提出极大挑战。

挑战2：港口环境复杂

港口码头是全户外开阔环境，存在光照强烈、早晚光线变化多等复杂采光条件，普通视觉相机很难在全户外光照下使用。一年四季船运不断，随气候变化，存在正午高温、冬季低温及早晚大温差等复杂温度情况，且临海环境下气候潮湿、盐雾腐蚀等对电子设备正常运行不利，对视觉相机及系统的环境适应性提出了严峻挑战。

挑战3：作业强度大

在未进行自动化改造前，一个集装箱加解锁工位由至少两名码头工人共同完成，处理一个集装箱的平均耗时在1分钟，劳动强度大、锁具类型多、安装手势复杂，是自动化改造的难点。天津港集装箱航线已达到130余条，如果完全由人工完成，其工作强度可想而知，对工作效率将产生极大影响。

直面挑战，攻坚克难

为解决困扰港口自动化实现的难题，打通顺岸式集装箱码头全流程自动化作业的“堵点”，埃尔森与用户共同投入研发，开发集装箱地面智能加解锁站。

加解锁站引入了埃尔森ET系列全户外3D视觉系统，将3D视觉相机安装于机器人末轴、随机器人移动作业，通过3D相机扫描和系统软件运算识别、定位不同集装箱体角件，引导机器人完成锁具快速加解，使得加解锁站能够兼容全球不同航运公司的集装箱，真正实现智能化柔性生产。

3D视觉系统依靠获取实时的目标箱体空间坐标，还可有效纠正集装箱停靠到位偏差，降低集装箱进场停靠难度和限位机械装置投入成本，使得无人驾驶、水平运输机器人拖载集装箱转场得以实现。

埃尔森ET系列全户外3D视觉系统，为目前同行业中仅有的能在全户外实现长时间连续作业的视觉产品线。结合工站布局情况，为用户选配中小视野机型AT-S1000-04A-ET，机身轻便灵活，可引导机器人在紧凑环境下实现精准加解锁。

ET系列具备全户外光照适应性，线激光结构光成像方案在110000Lux光照度下依然可生产优质点云，强光照或早晚光照变化均可兼容，不同箱体颜色、喷涂、锈迹等均不影响成像。

ET系列为适应户外温度复杂特性，通过宽温设计将有效工作温度扩展至-20℃~+55℃，克服了视觉相机高温停机及低温起雾等难题，使得产品在一年四季、早中晚不同时段、高纬度北方港口均可使用。

ET系列针对港口气候采用三防设计，可防水、防盐雾、防霉菌，防护等级IP67，降低环境对电子元器件的侵蚀，延长临海环境下产品的使用寿命。

2023年一季度天津港集装箱吞吐量为504.7万标准箱，前文提到过，在未实现无人化升级前的港口，需要至少两名工人、耗时1分钟才能处理一件集装箱。进行改造后，一个工作站通过多台机器人搭配多态埃尔森ET系列全户外3D视觉系同时作业，将单箱识别速度从6秒压缩至3秒，整体加解锁流程从原来的1分钟/台降低至30秒/台，加解锁环节时效显著优化，进而提升了整个码头的流转速度和转运效率。

智能港口的运行就像生产车间的流水线，任何环节出现问题流线就会停止，进而影响整个码头的通畅，造成运营成本上升。在复杂气候条件和百余种不同锁具的挑战下，3D视觉系统的加解锁识别准确率高达95%以上，保障了全天候作业的流畅性。

智能加解锁站方案目前已在临海港口实现应用复制，机器人协同作业模式、3D视觉系统定位等技术的创新应用，为国内外集装箱码头自动化升级提供了宝贵经验，对同类型码头全流程自动化改造具有极高的借鉴价值，加速打造世界一流的智慧港口、绿色港口。

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