CN102458700A - 用于清洁货运集装箱内部的系统、工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于清洁ISO类型货运集装箱内部的工具(1)。工具包括框架(2)、机器人(1)，机器人(1)可移动地连接到框架并设有用于供应干冰的喷嘴(4)。机器人和喷嘴适于通过干冰爆破来清洁集装箱的内部。配置驱动单元(6)以在框架和集装箱的内部之间移动机器人。工具是便携式单元并具有允许适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车夹紧并搬运工具以使工具往返移动于待清洁集装箱的尺寸和设计。

Description

用于清洁货运集装箱内部的系统、工具及方法

发明领域

本发明涉及用于清洁ISO类型的货运集装箱内部的系统和工具。本发明还涉及用于清洁ISO类型的货运集装箱内部的方法。

现有技术

ISO集装箱，也称作装运集装箱或联运集装箱，用于货物的联合运输。其根据来自国际标准组织(ISO)的技术规范而制造并适合于多种运输方式诸如卡车、铁路和船。ISO集装箱以很多尺寸制造。标准集装箱为8英尺宽和6英寸高。最常见的长度是20英尺和40英尺。其它长度包括24、28、44、45、46、53和56英尺。存在ISO集装箱的多种基本形状。选择ISO集装箱的尺寸使其在存在于铁路和公路运输系统中的负载外形内。

使用后必须清洁集装箱。这经常在某一地点例如港口或后勤中心进行。许多集装箱在相同的地点处理。为了便于例如在运输设备诸如船、火车或货车与清洁站之间运输集装箱，开发了用于搬起并移动ISO集装箱的特别设计的卡车。

传统上，通过利用溶剂与高压冲洗的结合来清洁集装箱。这意味着清洁期间产生的废水被溶剂以及从集装箱除去的污物污染。这种清洁方法的缺点是产生了大量废水，这些废水必须被收集并净化以避免负面的环境影响。建立用于收集和净化废水的工厂的花费是庞大的。这种清洁方法的其他缺点是在清洁完毕之后需要很长时间来干燥集装箱。

通常由人手工操作高压冲洗来进行ISO集装箱的清洁。然而，从US5,624,745中了解到利用机器人来清洁诸如石化厂中或炼油厂中通常使用的具有小进入开口的大储罐。机器人设有铰接喷嘴，用于供应包括水和稀释剂诸如柴油的清洁介质。机器人封装在具有开口的腔中，开口具有一定尺寸并适合于附接到集装箱的进入开口。配置驱动单元以在腔和集装箱内部之间移动机器人。

来自其它领域的已知清洁方法是干冰爆破，也已知为CO2冰爆破。干冰爆破利用压缩空气来加速冰冻的二氧化碳(CO2)“干冰”颗粒至高速度。干冰颗粒以超声速加速，并在表面上产生微型爆炸以将不需要的物件从下方基片上提离。干冰爆破技术具有很多优点，例如，此技术环境友好并不含诸如溶剂或砂砾介质的二次污染物，其是清洁的并被认可用于食品工业，并可被使用而不会损坏活动的电气部件或机械部件或产生火灾。

WO9639277公开了用于除去流出管道中或来自弹药包装中的爆炸沉积物的方法。通过干冰爆破将爆炸物从管壁除去。利用持有喷嘴的机器人向管壁提供干冰。

发明目的及概述

本发明的目的是改进ISO类型集装箱的清洁以降低费用并提供环境更友好的清洁。

根据本发明的一个方面，此目的通过提供如权利要求1中限定的工具来实现。

该工具包括框架、可移动地连接到框架并设有用于供应清洁介质的喷嘴的机器人，以及配置为使机器人在框架与集装箱内部之间移动的驱动单元，且特征在于工具是便携式单元，工具具有允许适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车夹紧并搬运工具以使工具移动到待清洁集装箱以及从待清洁集装箱移动的尺寸和设计，所述清洁介质是干冰，且机器人和喷嘴适合于通过干冰爆破来清洁集装箱的内部。关于干冰意思是冰冻的二氧化碳。

利用冰爆破的优点是不需要溶剂。因为使用后干冰会蒸发，所以与利用溶剂与高压冲洗的组合相比，通过冰爆破的另一优点是废物的量大大降低。通过冰爆破的其他优点是不需要用于干燥的时间且是消毒的。根据本发明，清洁是由机器人自动进行的，其节省费用。经常有很多待清洁的集装箱，因此或者集装箱必须移动至清洁工具，或者清洁工具必须移动至集装箱。机器人很重，且因此很难用手移动工具。根据本发明，工具设计成允许适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车夹紧并搬运工具。这是有利的，因为用于移动集装箱的同一卡车可用于移动清洁工具，这意味着可利用现有的投入。将集装箱移动至清洁工具可引起后勤问题。利用根据本发明的工具，使用者可以选择将集装箱移动至清洁工具，或将清洁工具移动至将清洁的集装箱。另一个优点是工具无须装备用来移动工具的设备。这也节省了费用。

根据本发明的实施方案，框架包括封装机器人和驱动单元的壳体，壳体具有用于接收机器人的开口，并且驱动单元被配置以当壳体的开口面对集装箱的开口时在壳体内部和集装箱内部之间移动机器人。通常在户外进行集装箱的清洁。在此实施方案中，保护机器人免受来自周围环境的湿气、灰尘和沙，并因此可在艰难环境下用于户外。

根据本发明的实施方案，壳体被确定尺寸并设计为ISO集装箱。典型的ISO集装箱具有矩形横截面的伸长的壳体，且在壳体的一个短边提供集装箱的开口。优选地，壳体由ISO集装箱制成。通过将机器人和驱动器放置于ISO集装箱中或被确定尺寸并设计为ISO集装箱的壳体中，保护机器人免受来自环境的湿气和灰尘，可实现关于温度和湿度的对于机器人的合适环境条件，且可通过为移动ISO集装箱而设计的传统卡车来处理和移动工具。另一个优点是可以利用适合于运输ISO集装箱的现有海洋、铁路和公路运输系统来运输工具。另一个优点是购买ISO集装箱并将其作为外壳使用比较便宜，替代了设计并生产用于清洁工具的特定设计的外壳。

根据本发明的实施方案，外壳开口的尺寸被设定以附接到集装箱的进入开口，且工具包括用于使外壳开口附接到集装箱开口的设备。典型的ISO集装箱具有矩形横截面的进入开口。此实施方案能够在集装箱和工具之间密封附接，以阻止清洁期间有害废物泄漏到环境中。

根据本发明的实施方案，外壳的开口设有门，且外壳设计为当门关闭时密封地封装机器人，以保护机器人免受周围环境伤害并实现关于机器人的合适环境条件，诸如合适的温度和湿度。

根据本发明的实施方案，工具包括干冰产生单元，其配置为产生干冰并为喷嘴提供干冰，且干冰产生单元位于外壳内。即使适当地冷却，干冰也会很快蒸发，因此干冰不能存储多于约24小时。根据此实施方案，工具设有用于立即产生清洁所需干冰的必要设备。因此不必存储干冰。此工具不依赖于来自外部的干冰的传递。此实施方案的优点是工具成为自主的。

根据本发明的实施方案，工具包括用于对机器人、驱动单元并对干冰产生单元提供电力的电力单元，且电力单元位于壳体的内部。此工具不依赖通过来自工具外部的电缆来传递的电力。此实施方案的优点是工具成为自主的且易于移动，因为在工具和远程电源之间无需连接电缆。

根据本发明的实施方案，所述电力单元被配置以基于矿物燃料来产生电力，例如柴油，且干冰产生单元被配置以接收来自电力单元的废气并重新使用废气的二氧化碳以用于产生干冰。此实施方案是环境友好的，因为来自电力产生单元的废气的CO₂被重新使用以用于产生干冰。

根据本发明的实施方案，工具包括通风管道，用于将从干冰清洁中产生的废物从集装箱输送到工具，通风管道具有配置于壳体开口中的入口端，且管道位于壳体的内部。收集来自清洁的废物并输送至例如设有用于存储废物的存储器的工具。这是可能的，因为来自冰爆破清洁的废物量小。此实施方案进一步增进了环境的友好。

根据本发明的实施方案，机器人是具有至少四个旋转轴的传统工业机器人。不需要特定设计的机器人，相反利用通常的多用途工业机器人并编程以进行冰爆破。

根据本发明的另一个方面，此目的通过提供如权利要求13中所限定的方法来实现。

该方法包括：提供包括框架、机器人和驱动单元的清洁工具，机器人可移动地连接到框架并具有用于供应包括干冰的清洁介质的喷嘴，驱动单元配置为相对框架移动机器人；通过为夹紧并搬运ISO类型货运集装箱而设计的卡车来夹紧工具的框架；驱动搬运工具的卡车至待清洁的集装箱；通过驱动单元将机器人移动到集装箱的内部；并通过机器人沿着程序化的清洁路径移动喷嘴，同时通过干冰爆破来清洁集装箱的内部。

根据本发明的实施方案，框架包括封装机器人和驱动单元的壳体，壳体具有尺寸设定成附接到集装箱的进入开口的开口，卡车将工具移动至壳体开口面对集装箱开口的位置，且该方法包括使壳体的开口附接到集装箱的开口。

根据本发明的另一个方面，此目的通过提供如权利要求15限定的用于清洁ISO类型货运集装箱内部的系统来实现。

该系统包括清洁工具，清洁工具包括框架、机器人和驱动单元，机器人可移动地连接到框架并设有用于供应清洁介质的喷嘴，驱动单元配置为使机器人在框架与集装箱的内部之间移动。清洁介质含有干冰且机器人适于通过干冰爆破来清洁集装箱的内部，该系统还包括适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车，工具是便携式单元，且壳体具有允许所述卡车夹紧并搬运清洁工具以便将清洁工具移动至待清洁集装箱的尺寸和设计。

附图简述

现将通过本发明不同实施方案的描述并参考附图对本发明进行更详细的解释。

图1以略微从上方看到的透视图显示了根据本发明的实施方案用于清洁货运集装箱内部的工具。

图2显示了略微从下方看到的图1所示工具的透视图。

图3显示了根据本发明另一实施方案用于清洁货运集装箱内部的工具。

图4显示了用于使壳体开口附接到集装箱开口的设备的实例。

图5显示了根据本发明的实施方案用于清洁货运集装箱内部的系统。

图6显示了将清洁工具移动至待清洁集装箱的卡车。

图7显示了集装箱清洁期间的工具。

发明优选实施方案详述

图1和图2显示了根据本发明的实施方案用于清洁货运集装箱内部的工具1。工具1包括框架2，框架2具有允许适合于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车夹紧并搬运工具的尺寸和设计。优选地，框架的外部尺寸应该相应于ISO集装箱的外部尺寸。特别重要的是，工具的宽度并不远大于ISO集装箱的宽度。而且，框架应该设计成以便卡车可以用标准化的夹紧工具夹紧集装箱。工具还包括可移动地连接于框架2并设有用于喷射干冰的喷嘴4的机器人3。机器人和喷嘴适于通过干冰爆破来清洁集装箱的内部。

在此实施例中，框架2设有装配于顶部的轨道8。可选择地，轨道可安装在框架的底板上。工具还包括配置为在框架的内部和待清洁的集装箱的内部之间移动机器人的驱动单元6。在此实施例中，驱动单元6包括连接到机器人并配置为相对于梁8可移动的伸长的保持装置9。驱动单元还包括用于驱动机器人相对框架的移动的马达10。保持装置9具有基本上相应于壳体2内部长度的长度。这是有利的，因为壳体的长度相当于待清洁的集装箱的长度，且因此在清洁期间机器人可达到集装箱的内部。保持装置9设有配重11以补偿机器人的重量。搬运机器人3的保持装置9沿着壳体2的纵向轴线可移动地配置。

在此实施例中，框架2设计为封装机器人3和驱动单元6的伸长的壳体。壳体在其一个短边内设有开口12并具有一定的尺寸以便机器人可以通过开口在壳体的外部和内部之间移动。开口12设有门14。门可打开270度且因此允许到集装箱开口的密封连接。壳体设有用于接收卡车夹紧工具的夹子并用于使壳体附接到夹紧工具的设备15。在此实施方案中，设备15是一套三孔，每套孔配置于壳体顶部的一个转角。卡车的夹紧工具包括具有钩的相应设置的夹子。在夹紧期间，钩插入孔中并旋转夹子以便钩锁于孔中。在此实施方案中，壳体2设有用于连接到供电电缆的电连接件。电力例如从卡车供应至工具。在此实施方案中，壳体由ISO集装箱构成，例如，具有20ft或40ft的长度。此ISO集装箱具有矩形横截面和具有矩形横截面的开口。

在此实施例中，机器人3是具有三个主轴和三个腕部轴线的传统工业机器人。通常称为机器人的底座的静止脚支持关于第一轴可旋转的机架。机架支持关于第二轴可旋转的第一臂。第一臂支持关于第三轴可旋转的第二臂。第二臂支持关于第四、第五和第六轴可旋转的腕部。腕部支持喷嘴4。由机器人控制器控制机器人3的移动。优选地，机器人控制器位于壳体2的内部。优选地，驱动单元6和相应地机器人3相对壳体2的水平移动也通过机器人控制器控制。

图3显示了根据本发明的另一个实施方案的清洁工具20和待清洁的集装箱24。相应于图1和图2中所示实施方案元件的元件以与如上实施方案的相应元件相同的参考数字给出。工具20包括设有适于干冰爆破的喷嘴4的机器人3和壳体2。驱动单元6被配置以在壳体2的内部和集装箱24的内部之间移动机器人3。图3显示在集装箱内处于清洁状态同时通过干冰爆破清洁集装箱的机器人。在此实施方案中，保持装置9设有用于方便在集装箱和壳体之间移动机器人的支撑轮26。然而，还可能具有多于一个的支撑轮。

通过位于壳体2内部的机器人控制器30来控制机器人3。机器人控制器30是传统的机器人控制器并包括用于控制机器人的移动和喷嘴4的相应移动的软件。壳体2的顶部22设计为与适于夹紧并搬运ISO集装箱的卡车夹紧装置的界面。在此实施方案中，工具包括用于向机器人3、驱动单元的马达10及向干冰产生单元34提供电力的电力单元32。电力单元32位于壳体2的内部。电力单元32例如是电池、燃料电池，或基于化石燃料产生电力的发电设备。在此实施方案中电力单元是基于柴油产生电力的发电设备。

在此实施方案中，工具还包括配置为产生干冰(即冻结的二氧化碳)并为喷嘴提供干冰的干冰产生单元34。干冰产生单元34位于壳体2的内部。干冰产生单元34包括CO₂的存储器。干冰产生单元还包括用于将干冰以超音速传递至待清洁集装箱的壁的压缩机36。在此实施例中，电力单元32包括柴油机。柴油机产生包括二氧化碳的废气。二氧化碳从废气中分离并通过管道38导入干冰产生单元34。干冰产生单元被配置以接收来自电力单元的二氧化碳并利用二氧化碳产生除存储的CO₂以外的干冰。因此，来自柴油机的CO₂在干冰产生单元中被重新使用。由干冰产生单元34产生的干冰通过柔性管(未显示)转移至喷嘴4。由电力单元32产生的电力供给至机器人控制器30、至驱动单元的马达10、压缩机32并至干冰产生单元34。机器人控制器30连接到机器人3并对机器人供电。可选择地，可以使用预制的干冰。

工具还包括设有风扇41的通风管道40，用于将源自干冰清洁的废物从集装箱24输送至工具20。通风管道40具有配置在壳体的开口12中的入口44和出口46。例如，出口46连接到用于保留废物的存储单元48，诸如可拆卸的袋。管道和袋位于壳体的内部。管道40例如通过第二底板42的安装配置在工具的壳体中。集装箱24的开口以及壳体2的开口12设有风箱54a-b以使开口彼此密封连接。工具包括用于使壳体2的开口附接到集装箱24的开口的设备50a-b。集装箱设有相应的附接设备52a-b。图4更详细地显示了附接设备的实施例。在此实施例中，工具的附接设备包括相对工具的壳体可移动配置的可旋转夹紧臂50a，且集装箱24设有具有适于接收可旋转夹紧臂的伸长的开口52a的空间。这是用于ISO集装箱的附接设备的通常类型。

图5-7显示了用于清洁ISO集装箱24内部的系统。集装箱24具有用于接收货物的进入开口。系统包括如关于图1和图2所述的清洁工具20。系统还包括为夹紧并搬运ISO类型的货运集装箱而特别设计的卡车60。卡车60包括设有车轮和马达的基底结构。基底结构设有两对向上突出的元件：一对前部元件64a和一对后部元件64b。成对元件之间的距离相应于集装箱的宽度或比集装箱的宽度大一点，以使前部和后部元件64a-b接收集装箱24。卡车还设有夹紧工具62。夹紧工具62相对元件64a-b并相应地相对地面垂直可移动地配置。夹紧工具62设有为夹紧并附接到集装箱24而设计的至少四个夹子65。夹子65例如是如图4中显示的相同类型。夹子65包括相对夹紧工具和集装箱24的顶部可移动配置的可旋转夹紧臂，且清洁工具的壳体2设有具有适于接收可旋转夹紧臂的伸长的开口15的空间。此卡车60设计成用于夹紧并移动ISO集装箱24。根据本发明，相同的卡车60还用于夹紧和运输清洁工具1。

图5显示了移向清洁工具1的卡车60。当卡车到达清洁工具时，移动夹紧工具62以使其在清洁工具的顶部上。降低夹紧工具直到夹子的夹紧臂可插入清洁工具壳体的开口15中。当夹紧臂插入开口中时，夹紧臂旋转约90度且夹子被锁定。如图6所示，当清洁工具附接于卡车的夹紧工具并从地面抬起时，卡车在朝向待清洁集装箱24的方向上移动清洁工具。待清洁集装箱的门和清洁工具壳体的门被打开。卡车移动清洁工具以便清洁工具的开口面对集装箱24的开口。此后，卡车移动清洁工具至与集装箱接触且开口彼此附接。机器人通过驱动单元从清洁工具的内部移动至集装箱24的内部。如图7所示，当机器人在集装箱24的内部时，机器人通过集装箱内部干冰的爆破开始清洁。根据适合于进行集装箱内部清洁的预编程路径来移动机器人。清洁期间，驱动单元沿着集装箱的长度轴线移动机器人以便清洁全部集装箱。

当清洁结束时，机器人移回清洁工具20的内部，且卡车60将清洁工具移动至下一个待清洁的集装箱，或者如果所有的集装箱已清洁，则将清洁工具移回工具的存储位置。当集装箱的清洁结束时，相同的卡车可用于将清洁的集装箱移至交通工具诸如火车或船用于进一步的运输。

本发明不限于所公开的实施方案，而是可在所附权利要求的范围内变化和修改。例如，在上述实施方案中，壳体设有封装机器人的壁，并从而实现关于湿气和温度的用于机器人的合适条件。在可选的实施方案中，可具有没有壁的框架，或仅有少许壁，或仅有顶部，但没有壁。然而，此结构仅适于室内使用。图5-7中公开的卡车是跨运车类型的卡车。然而，卡车可以是各种类型，例如，集装箱操作机、堆叠机、叉车和自动堆叠起重机。

Claims (15)

1.一种用于清洁ISO类型货运集装箱的内部的工具(1；20)，该集装箱具有用于接收货物的进入开口，所述工具包括：

框架(2)，

机器人(1)，所述机器人(1)可移动地连接到所述框架并设有用于供应清洁介质的喷嘴(4)，

驱动单元(6)，所述驱动单元(6)配置为使所述机器人在所述框架和所述集装箱的所述内部之间移动，其特征在于，

所述工具是便携式单元，

所述工具具有允许适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车夹紧并搬运所述工具以使所述工具移动到待清洁的集装箱以及使所述工具从待清洁的集装箱移动的尺寸和设计，

所述清洁介质是干冰，且

所述机器人和所述喷嘴适于通过干冰爆破来清洁所述集装箱的所述内部。

2.根据权利要求1所述的工具，其中所述框架设计为封装所述机器人(1)和所述驱动单元(6)的壳体(2)，所述壳体具有用于接收所述机器人的开口(12)，且所述驱动单元配置为当所述壳体的所述开口面对所述集装箱的所述开口时使所述机器人在所述壳体的内部和所述集装箱的内部之间移动。

3.根据权利要求2所述的工具，其中所述壳体(2)被确定尺寸并设计为ISO集装箱。

4.根据权利要求2或3所述的工具，其中所述壳体(2)是伸长的，所述壳体具有矩形横截面，且所述壳体的开口具有矩形横截面并设置在所述壳体的一个短边内。

5.根据权利要求4所述的工具，其中所述壳体(2)包括用于附接到所述卡车的夹紧工具的设备(15)。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的工具，其中所述壳体的所述开口(12)被设定尺寸以附接到所述集装箱的所述进入开口，且所述工具包括用于使所述壳体的所述开口附接到所述集装箱的所述开口的设备(50a-b)。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的工具，其中所述壳体的所述开口(12)设有门(14)，且所述外壳设计为当所述门关闭时密封地封装所述机器人，以使所述机器人免受周围环境伤害。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的工具，其中所述工具包括配置为产生干冰并向所述喷嘴(4)提供干冰的干冰产生单元(34)，且所述干冰产生单元位于所述壳体(2)的内部。

9.根据权利要求8所述的工具，其中所述工具包括用于向所述机器人(1)、所述驱动单元(6)并向所述干冰产生单元(34)提供电力的电力单元(32)，且所述电力单元位于所述壳体(2)的内部。

10.根据权利要求9所述的工具，其中所述电力单元(30)配置为基于矿物燃料来产生电力，且所述干冰产生单元(34)设置为接收来自所述电力单元的废气并重新使用所述废气的二氧化碳以用于产生所述干冰。

11.根据权利要求2-10中任一项所述的工具，其中所述工具包括用于将源自干冰清洁的废物从所述集装箱输送至所述工具的通风管道(40)，所述通风管道具有配置于所述壳体的所述开口内的入口(44)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中所述机器人是具有至少四个旋转轴的工业机器人。

13.一种用于清洁ISO类型货运集装箱(24)的内部的方法，所述集装箱(24)具有用于接收货物的进入开口，其中所述方法包括：

提供清洁工具(1)，所述清洁工具(1)包括框架(2)、机器人(1)和驱动单元(6)，所述机器人(1)可移动地连接到所述框架并具有用于供应包括干冰的清洁介质的喷嘴(6)，且所述驱动单元(6)配置为相对所述框架移动所述机器人，

通过为夹紧并搬运ISO类型货运集装箱而设计的卡车(60)夹紧所述工具的所述框架，

驱动搬运所述工具的所述卡车至待清洁的集装箱，

通过所述驱动单元将所述机器人移动到所述集装箱的内部，以及

通过所述机器人沿着程序化清洁路径移动所述喷嘴，同时通过干冰爆破来清洁所述集装箱的内部。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述框架(2)包括封装所述机器人和所述驱动单元的壳体，所述壳体具有开口，所述壳体的所述开口被设定尺寸以附接到所述集装箱的所述进入开口，所述卡车将所述工具移动至所述壳体的所述开口面对所述集装箱的所述开口的位置，且所述方法包括使所述壳体的所述开口附接到所述集装箱的所述开口。

15.一种用于清洁ISO类型货运集装箱的内部的系统，所述集装箱具有用于接收货物的进入开口，所述系统包括清洁工具(1)，所述清洁工具(1)包括框架(2)、机器人(1)和驱动单元(6)，所述机器人(1)可移动地连接到所述框架并设有用于供应清洁介质的喷嘴(6)，所述驱动单元(6)配置为使所述机器人在所述框架与所述集装箱的内部之间移动，其特征在于，

所述清洁介质是干冰，且所述机器人适于通过干冰爆破来清洁所述集装箱的内部，

所述系统还包括适于夹紧并搬运ISO类型货运集装箱的卡车(60)，

所述工具是便携式单元，且

所述壳体具有允许所述卡车夹紧并搬运所述清洁工具以将所述清洁工具移动至待清洁的集装箱的尺寸和设计。

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