CN105397825B - 周转箱用的侧提底托式搬运机械手及搬运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种周转箱用的侧提底托式搬运机械手及搬运方法，机械手包括基座、插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构，插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构分别设于基座上。其搬运方法是先通过侧提机构将周转箱的一侧抬高，使周转箱底部出现倾斜空隙；然后插入底托机构插入倾斜空隙中，承托于周转箱底部；再通过压合钩边机构勾住周转箱上与侧提机构相对的一侧，同时压紧周转箱的顶面；此时周转箱的上下左右四面被固定，再通过机器人手腕运动实现周转箱的搬运。本发明是针对通用周转箱的特点而进行设计的，可实现从垛堆的面层中稳定抓取每个周转箱并搬离至指定地方，实现塑料周转箱卸垛的自动化，代替现有的人工搬运方式，有效提高生产效率。

Description

周转箱用的侧提底托式搬运机械手及搬运方法

技术领域

本发明涉及产品包装箱的贮运周转技术领域，特别涉及一种周转箱用的侧提底托式搬运机械手及搬运方法。

背景技术

在果蔬采摘后的商品化处理中，自动生产线日益普及，而且逐渐开始应用机器人技术，例如机器视觉分选等技术。但是，在果蔬的后道包装工序中，包括装箱、码垛、卸垛和搬运等，目前还是大量采用人工辅助的方式。

果蔬的包装方式中，目前主要是采用塑料周转箱和纸箱两种，两者所占的分量最多。果蔬装箱后，必须要进行码垛，形成一定数量的立方体组合，如此才能方便搬运、装车、储存。传统的码垛作业，需要人工叉车辅助，现在可以采用工业机器人，使码垛效果更理想。

至于卸垛，同样是一项繁琐的劳动，目前也以人工为主，从整齐堆叠的包装箱组合体中，一箱一箱把产品取下搬离。

采用工业机器人进行卸垛是一个可选项，但必须针对不同的包装箱配套合适的机械手。按目前已有的技术，可以采用真空吸附式机械手实现纸箱产品的卸垛，但对于塑料周转箱，还没有合适的机械手可选用。因为周转箱码垛之后，形成一个组合立方体，相互紧靠，间隙微小(如图1～3所示)，普通的夹持式机械手根本难以插入抓取。同样的状况下，纸箱可采用真空吸附提取，但不适用于带有孔眼和面盖的塑料周转箱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种周转箱用的侧提底托式搬运机械手,该机械手可以实现准确稳定地抓取面层的独立箱体，并快速搬离垛堆，从而实现塑料周转箱卸垛的自动化，有效提高生产效率。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述机械手实现的周转箱用的侧提底托式搬运方法。

本发明的技术方案为：一种周转箱用的侧提底托式搬运机械手，包括基座、插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构，插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构分别设于基座上；搬运周转箱时，侧提机构嵌于周转箱上部边沿的一侧，插入底托机构承托周转箱的底部，压合钩边机构勾住周转箱上部边沿的另一侧。

所述插入底托机构包括托架、托架摆动组件、底托板和底托板升降组件，托架设于基座的一侧并与基座相垂直设置，托架上部设置托架摆动组件，托架下部设置底托板和底托板升降组件，托架摆动组件驱动托架在竖直面内进行摆动，底托板升降组件驱动底托板进行上下移动。

所述托架摆动组件包括第一气缸、第一直线导轨和第一导杆，第一气缸固定于基座顶面，第一气缸的末端与托架上部的中心处铰接，第一气缸两侧分别设置第一导杆，托架上部的两端分别与相应的第一导杆连接，各第一导杆分别设于相应的第一直线导轨内；

所述底托板升降组件包括第二气缸、第一直线轴承和第二导杆，底托板设于托架下方，托架下部的中心处设置第二气缸，第二气缸的末端与底托板的中部连接，第二气缸两侧分别设置第二导杆，底托板的两端分别与相应的第二导杆连接，各第二导杆上端分别设置第一直线轴承。

所述托架为门框型结构，包括上横梁、下横梁和两个侧杆，上横梁与下横梁之间通过两个侧杆固定连接，托架摆动组件与上横梁连接，底托板升降组件设于下横梁上，底托板设于下横梁下方；

所述底托板为叉状结构，包括一个固定横杆和若干个叉杆，固定横杆顶部与底托板升降组件连接，若干个叉杆分别与固定横杆连接，且并排分布于固定横杆的同一侧面上。

所述侧提机构包括第一支架、支板、侧提板、提钩、提钩纵向移动组件和提钩横向移动组件，第一支架上部与基座固定连接，第一支架下部设置提钩纵向移动组件，支板、侧提板、提钩和提钩横向移动组件均设于第一支架下方，支板顶部与提钩纵向移动组件连接，提钩横向移动组件固定于支板上，侧提板一侧与提钩横向移动组件连接，侧提板另一侧分布有多个提钩，提钩数量可根据周转箱的实际尺寸及重量进行设置。其中，提钩纵向移动组件驱动支板、侧提板、提钩和提钩横向移动组件整体进行上下移动，从而调节提钩所处的高度；提钩横向移动组件驱动侧提板和提钩进行横向移动，从而调节提钩所处的水平位置。

所述提钩纵向移动组件包括第三气缸、第三导杆和第二直线轴承，第三气缸固定于第一支架下部的中心处，第三气缸的末端与支板顶部的中心处连接，第三气缸两侧分别设置第三导杆，支板顶部的两端分别与相应第三导杆的下端连接，各第三导杆的上端分别设置第二直线轴承；

提钩横向移动组件包括第四气缸、第四导杆和第三直线轴承，侧提板平行设于支板的一侧，第四气缸固定于支板的中部，第四气缸的末端与侧提板的中部连接，第四气缸两侧分别设置第四导杆，第四导杆的一端通过第三直线轴承与支板连接，第四导杆另一端与侧提板连接。

所述压合钩边机构包括第二支架、联接组件、压板、压板纵向移动组件、钩边板、边钩和边钩横向移动组件，第二支架上部与基座固定连接，第二支架下部设置压板纵向移动组件，压板纵向移动组件通过联接组件与压板连接，钩边横向移动组件设于压板顶面，钩边板与压板相互垂直设置，钩边板一侧与钩边横向移动组件相连接，钩边板另一侧分布有多个边钩。其中，压板纵向移动组件驱动联接组件、压板、钩边板、边钩和边钩横向移动组件整体进行上下移动，从而调节压板和边钩所处的高度；边钩横向移动组件驱动钩边板和边钩进行横向移动，从而调节边钩的水平位置。

所述联接组件包括联接块和联接架，联接架为框架式结构，联接架底部与压板顶面固定连接，联接架顶部的两侧分别设置联接块，边钩横向移动组件位于联接架内；

压板纵向移动组件包括第五气缸、第五导杆和第四直线轴承，第五气缸固定于第二支架下部的中心处，第五气缸的末端与联接架顶部的中心处连接，第五气缸两侧分别设置第五导杆，第五导杆的下端与联接块连接，第五导杆的上端设置第四直线轴承；

边钩横向移动组件包括第六气缸、第六导杆和第二直线导轨，第六气缸固定于压板的顶面，第六气缸的末端与钩边板的中部连接，第六气缸两侧分别设置第六导杆，各第六导杆的末端分别与钩边板的两端连接，各第六导杆分别设于相应的第二直线导轨内。

所述基座为长方形的框架式结构，基座顶部通过联接座外接机器人手腕；插入底托机构中的托架摆动组件设于基座顶部，插入底托机构中的托架、底托板和底托板升降组件均设于基座的下方，侧提机构和压合钩边机构也设于基座的下方。

本发明通过上述机械手可实现一种周转箱用的侧提底托式搬运方法，具体为：由外接的机器人手腕带动整个机械手运动至待搬运的周转箱处；先通过侧提机构将周转箱的一侧抬高，使周转箱底部出现倾斜空隙；然后插入底托机构插入倾斜空隙中，承托于周转箱底部；再通过压合钩边机构勾住周转箱上与侧提机构相对的一侧，同时压紧周转箱的顶面；此时周转箱的上下左右四面被固定，再通过机器人手腕运动实现周转箱的搬运。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本侧提底托式搬运机械手及搬运方法是针对通用周转箱的特点而进行设计的，将该机械手配套通用的工业机器人，可以从垛堆的面层中稳定抓取每个周转箱，并搬离至指定地方，从而实现塑料周转箱卸垛的自动化，代替现有的人工搬运方式，有效提高生产效率。

本侧提底托式搬运机械手针对果蔬包装搬运的卸垛工作而设计，不但克服了传统人工辅助方式低效率高劳动强度的缺陷，而且彻底解决了塑料周转箱采用机器人卸垛的难题。该机械手的装置结构精简而紧凑，可调性强，可适用多种规格的塑料周转箱。

本侧提底托式搬运机械手通过设置插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构，在搬运时对周转箱上部相对的两侧进行夹紧，通过承托住其底部，可保证搬运动作的运行稳定，有效避免周转箱掉落等现象，机械手运行可靠、抓取准确。

附图说明

图1为周转箱码垛后的状态示意图。

图2为图1的A方向视图。

图3为图1的B方向视图。

图4为本侧提底托式搬运机械手的结构示意图。

图5为图4的C方向视图(基座下方的其他部件未示出)。

图6为图4中D方向上插入底托机构的结构示意图。

图7为图6中D方向上侧提机构的结构示意图。

图8为图6中E方向上提钩及侧提板的结构示意图。

图9为图6中D方向上压合钩边机构的结构示意图。

图10为本侧提底托式搬运机械手搬运周转箱的工作过程示意图。

其中，各标号所表示的部件为：1-基座，2-联接座，3-第一气缸，4-第一直线导轨，5-第一导杆，6-托架，7-第二气缸，8-第一直线轴承，9-第二导杆，10-底托板，11-第三气缸，12-第二直线轴承，13-第一支架，14-第三导杆，15-支板，16-第四导杆，17-第四气缸，18-第三直线轴承，19-侧提板，20-提钩，21-第五导杆，22-第五气缸，23-第四直线轴承，24-第二支架，25-联接块，26-联接架，27-压板，28-第六气缸，29-第二直线导轨，30-第六导杆，31-钩边板，32-边钩，33-周转箱。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种周转箱用的侧提底托式搬运机械手，如图4～9所示，该侧提底托式搬运机械手的主体由三大部分组成，分别是插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构。所有零部件均以基座为基础进行装配，基座为长方形框架结构，其顶部为联接座，机械手整体通过联接座外接机器人手腕。其中，各组成部分的具体结构包如下：

(1)插入底托机构：

插入底托机构主要由第一气缸、第一直线导轨、第一导杆、托架、第二气缸、第一直线轴承、第二导杆、底托板等组成。

第一气缸安装在基座上表面的中间位置，其两侧分别安装一套第一直线导轨，平行布置。第一气缸的活塞轴端部与托架的上横梁中部铰支联接，托架的上横梁两侧各装配一支与第一直线导轨配合的第一导杆。

第一气缸动作时，可拉动或推动托架沿第一直线导轨的方向水平移动。

托架是一个门框型结构，其上横梁与第一气缸联接，而在其下横梁的中部则安装有第二气缸。第二气缸的左右对称安装有第一直线轴承及与其配合的第二导杆。

底托板是叉状结构，由若干支叉杆和一支固定横杆组成。如图6所示，若干支叉杆(图示为4支)平行定距布置，端部均固定联接在横杆上。底托板的横杆中部铰支联接第二气缸的活塞轴，两侧装配第二导杆。

因此，第二气缸动作时，可驱动底托板上下升降。

(2)侧提机构：

侧提机构主要由第三气缸、第二直线轴承、第一支架、第三导杆、支板、第四导杆、第四气缸、第三直线轴承、侧提板、提钩等组成。

如图4及图7所示，第三气缸安装在第一支架中部，其左右对称安装有第二直线轴承及与其配合的第三导杆。

支板上部中间与第三气缸的活塞轴端部铰支联接，上部两侧装配第三导杆。

第三气缸动作时，可驱动支板上下升降。

支板中部，水平安装有第四气缸，两侧对称安装第三直线轴承及与其配合的第四导杆。侧提板左侧面中部与第四气缸的活塞轴端部铰支联接，两侧装配第四导杆；右侧面排列装配若干个提钩(图示为3个)。

第四气缸动作时，可推拉侧提板水平左右移动。

(3)压合钩边机构

压合钩边机构主要由第五导杆、第五气缸、第四直线轴承、第二支架、联接块、联接架、压板、第六气缸、第二直线导轨、第六导杆、钩边板、边钩等组成。

如图1及图9所示。第五气缸安装在第二支架中部，其左右对称安装有第四直线轴承及与其配合的第五导杆。

联接块中部与第五气缸的活塞轴端部铰支联接，两侧装配第五导杆。联接架与联接块固定联接成一体。联接架下方装配有水平布置的压板。

压板的上表面中间位置安装有第六气缸，第六气缸两侧平行安装第二直线导轨及与其配合的第六导杆。

钩边板中部与第六气缸的活塞轴端部铰支联接，两侧装配第六导杆。钩边板的下方排列装配若干个边钩(图示为3个)。

由上述可见，当第五气缸动作时，可驱动压板及其上的机构上下升降；当第六气缸动作时，可驱动钩边板水平左右移动。

上述侧提底托式搬运机械手通过联接座与机器人手腕联接，被机器人驱动进行工作，其工作过程如图10所示，具体为：

(1)机械手被机器人驱动接近周转箱垛堆，在面层目标周转箱位置定位。机器人静止不动，机械手待命。

(2)机械手获得指令，侧提机构动作。第四气缸推动提钩靠近周转箱的翻边下方，如图中所示动作①；当提钩接触周转箱时，第三气缸动作，拉动提钩上升，从侧面把周转箱提升，倾斜成一定的角度，如图中所示动作②。(根据实际情况，可控制提钩钩住周转箱翻边或钩住侧面的提手孔)

(3)插入底托机构动作。第一气缸启动，拉动底托板，由左至右水平移动，插入周转箱倾斜的底部，直至接触箱底为止，如图中所示动作③。

(4)插入底托机构与压合钩边机构同时动作。第二气缸启动，拉升底托板，抬起周转箱一定的高度，如图中所示动作④；与此同时，第五气缸启动，推动压板压合周转箱表面，如图中所示动作⑤。

(5)压合钩边机构动作。第六气缸启动，拉动边钩由右至左水平运行，直至接触周转箱的箱边为止，并处于钩紧箱体的状态，如图中所示动作⑥。

至此，目标周转箱已被机械手单独抬离垛堆，并被稳固夹持。其后，机器人开始动作，驱动机械手把箱体搬运至指定的地方。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，包括基座、插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构，插入底托机构、侧提机构和压合钩边机构分别设于基座上；搬运周转箱时，侧提机构嵌于周转箱上部边沿的一侧，插入底托机构承托周转箱的底部，压合钩边机构勾住周转箱上部边沿的另一侧；

压合钩边机构包括第二支架、联接组件、压板、压板纵向移动组件、钩边板、边钩和边钩横向移动组件，第二支架上部与基座固定连接，第二支架下部设置压板纵向移动组件，压板纵向移动组件通过联接组件与压板连接，钩边横向移动组件设于压板顶面，钩边板与压板相互垂直设置，钩边板一侧与钩边横向移动组件相连接，钩边板另一侧分布有多个边钩。

2.根据权利要求1所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述插入底托机构包括托架、托架摆动组件、底托板和底托板升降组件，托架设于基座的一侧并与基座相垂直设置，托架上部设置托架摆动组件，托架下部设置底托板和底托板升降组件，托架摆动组件驱动托架在竖直面内进行摆动，底托板升降组件驱动底托板进行上下移动。

3.根据权利要求2所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述托架摆动组件包括第一气缸、第一直线导轨和第一导杆，第一气缸固定于基座顶面，第一气缸的末端与托架上部的中心处铰接，第一气缸两侧分别设置第一导杆，托架上部的两端分别与相应的第一导杆连接，各第一导杆分别设于相应的第一直线导轨内；

所述底托板升降组件包括第二气缸、第一直线轴承和第二导杆，底托板设于托架下方，托架下部的中心处设置第二气缸，第二气缸的末端与底托板的中部连接，第二气缸两侧分别设置第二导杆，底托板的两端分别与相应的第二导杆连接，各第二导杆上端分别设置第一直线轴承。

4.根据权利要求2所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述托架为门框型结构，包括上横梁、下横梁和两个侧杆，上横梁与下横梁之间通过两个侧杆固定连接，托架摆动组件与上横梁连接，底托板升降组件设于下横梁上，底托板设于下横梁下方；

所述底托板为叉状结构，包括一个固定横杆和若干个叉杆，固定横杆顶部与底托板升降组件连接，若干个叉杆分别与固定横杆连接，且并排分布于固定横杆的同一侧面上。

5.根据权利要求1所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述侧提机构包括第一支架、支板、侧提板、提钩、提钩纵向移动组件和提钩横向移动组件，第一支架上部与基座固定连接，第一支架下部设置提钩纵向移动组件，支板、侧提板、提钩和提钩横向移动组件均设于第一支架下方，支板顶部与提钩纵向移动组件连接，提钩横向移动组件固定于支板上，侧提板一侧与提钩横向移动组件连接，侧提板另一侧分布有多个提钩。

6.根据权利要求5所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述提钩纵向移动组件包括第三气缸、第三导杆和第二直线轴承，第三气缸固定于第一支架下部的中心处，第三气缸的末端与支板顶部的中心处连接，第三气缸两侧分别设置第三导杆，支板顶部的两端分别与相应第三导杆的下端连接，各第三导杆的上端分别设置第二直线轴承；

提钩横向移动组件包括第四气缸、第四导杆和第三直线轴承，侧提板平行设于支板的一侧，第四气缸固定于支板的中部，第四气缸的末端与侧提板的中部连接，第四气缸两侧分别设置第四导杆，第四导杆的一端通过第三直线轴承与支板连接，第四导杆另一端与侧提板连接。

7.根据权利要求1所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述联接组件包括联接块和联接架，联接架为框架式结构，联接架底部与压板顶面固定连接，联接架顶部的两侧分别设置联接块，边钩横向移动组件位于联接架内；

压板纵向移动组件包括第五气缸、第五导杆和第四直线轴承，第五气缸固定于第二支架下部的中心处，第五气缸的末端与联接架顶部的中心处连接，第五气缸两侧分别设置第五导杆，第五导杆的下端与联接块连接，第五导杆的上端设置第四直线轴承；

边钩横向移动组件包括第六气缸、第六导杆和第二直线导轨，第六气缸固定于压板的顶面，第六气缸的末端与钩边板的中部连接，第六气缸两侧分别设置第六导杆，各第六导杆的末端分别与钩边板的两端连接，各第六导杆分别设于相应的第二直线导轨内。

8.根据权利要求2所述周转箱用的侧提底托式搬运机械手，其特征在于，所述基座为长方形的框架式结构，基座顶部通过联接座外接机器人手腕；插入底托机构中的托架摆动组件设于基座顶部，插入底托机构中的托架、底托板和底托板升降组件均设于基座的下方，侧提机构和压合钩边机构也设于基座的下方。

9.根据权利要求1～8任一项所述机械手实现的周转箱用的侧提底托式搬运方法，其特征在于，由外接的机器人手腕带动整个机械手运动至待搬运的周转箱处；先通过侧提机构将周转箱的一侧抬高，使周转箱底部出现倾斜空隙；然后插入底托机构插入倾斜空隙中，承托于周转箱底部；再通过压合钩边机构勾住周转箱上与侧提机构相对的一侧，同时压紧周转箱的顶面；此时周转箱的上下左右四面被固定，再通过机器人手腕运动实现周转箱的搬运。