我国自动化集装箱码头建设起步较晚，但是随着我国“一带一路”建设的大力推进，港口作为“一带一路”战略版图上的重要环节，自动化集装箱码头必将是未来港口重点的发展方向。集装箱装卸自动化是提高港口运输效率的重要一环，目前已经实现激光扫描，岸桥自动抓取集装箱，AGV小车自动运输集装箱，但集装箱拆卸、安装转锁环节仍由人工装卸。这不仅降低了集装箱运输的效率，还加大了工人的劳动程度和危险性，所以集装箱的绑扎过程已经成为集装箱装卸效率的一个重要瓶颈。

丁建军、陈定方^[1]等人在大量调研的基础上，结合港口作业实际，采用工业机械手技术，构想出一种优化可行的集装箱转锁的装卸方案，并且初步实现机械手各机构以及运行、驱动与控制系统的设计，以取得集装箱转锁的装卸和开闭等辅助作业自动化的探索性研究成果。科远股份^[2]开发出了由4 个六关节机械手、2套机械手行走单元、可兼容多种锁头工装、免维护自动循环输送线、自动下锁机构、集装箱自动定位系统等组成的“全自动集装箱卸装锁系统”，真正实现集装箱装拆锁的全自动运行。

目前实现集装箱转锁自动化拆装，即把转锁从集装箱下角件孔取出这一过程，都是在岸边中转平台的机械手完成的。但是在集装箱船上对转锁的解锁这一领域的研究依是空白的，机械手仅能完成绑扎件装卸任务的一半。本次研究的就是针对于在集装箱船上完成集装箱转锁的拆装，为集装箱拆装转锁自动化提供新的思路，对集装箱装卸自动化生产线具有极大的社会意义和经济意义。

在绑扎件机械手轨迹规划方面，求取运动学逆解是进行轨迹规划的基础，其方法的选择具有重要意义。求取运动学逆解的传统方法主要分为三种：几何法、代数法和迭代法。先进的智能算法也随着智能信息处理技术的发展被用在了运动学逆解的求取上，例如遗传算法和神经网络。轨迹规划根据划分空间的不同，大致可以分为两大类：机械手的各个关节空间和末端所在的笛卡尔空间。前者只需通过各个关节的序列进行规划，而后者则是末端位置姿态的直接展现。轨迹规划算法众多，它的发展由最基本的三次多项式规划到五次多项式轨迹规划。五次多项式轨迹规划由于阶数较高。因而需要的初始条件也比较多，为6个，但是其可以满足加速度突变的要求。在五次多项式的基础上，数学家Niku 提出了用抛物线作为首尾过渡的轨迹规划算法。而这些方法都是针对点对点的轨迹。对于机器人的轨迹不是点到点而是一连串的路径点的集合时，这些轨迹规划就失去了光滑性。为了确保光滑性，贝塞尔等人提出了三次样条插值理论。Ude —群人提出了B样条曲线插值的算法，其具有三阶可导、可局部修改控制点及对称性的特点。在对关节进行插补运算时，所得到的规划曲线很平滑，既满足了速度和加速度连续的要求，又简便易于求取，是至今为止用的比较多的轨迹规划方法。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容及目标

本文的主要目标就是要在已有资料的基础上，结合港口作业实际，采用工业机械手技术，通过比较解析法、数值迭代法、几何法、提出一种根据“最短时间”为标准进行优化的的集装箱转锁的装卸方案，并且初步实现机械手各机构以及运行、驱动与控制系统的设计，以取得集装箱转锁的装卸和开闭等辅助作业自动化的探索性研究成果。本文以集装箱绑扎件机械手为研究载体，根据机械手的使用环境和需求，主要研究内容如下：充分了解分体式、整体式、半自动式和全自动式等常见集装箱转锁的作业原理后，通过运用几何法、代数法或迭代法等方法对的六自由度机械手进行运动学分析求解，得到机械手的运动学反解，再对六自由度机械手选取多项式插值法和B样条插值法等算法和机器人轨迹规划的相关理论完成轨迹规划，并对结果进行对比分析。最后完成对上述研究的仿真分析以及实际的控制。

2.2拟采用的技术方案及措施

（1）根据已有资料和预期达到的目标，针对其应用场景和所需实现的功能，分析机械手的机械结构组成。

（2）对机械手进行逆运动学分析，通过运用几何法、代数法或迭代法等方法，并对各种算法在MATLAB中进行求解，找出一种满足使用需求的算法。

（3）根据逆运动学解，对机械手的运动轨迹进行规划，利用MATLAB进行仿真实验，选择一种圆滑的轨迹曲线，保证机械手在运动过程中没有刚性冲击

[1] 丁建军,陈定方,周国柱, 等.集装箱转锁装卸机械手控制系统的设计[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2004,28(1):33-35. DOI:10.3963/j.issn.2095-3844.2004.01.010.