CN108161960A - 一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具，包括夹持旋锁装置，且固定设于机器人的机械手上，该夹具还包括防过载补偿装置；防过载补偿装置包括固定机架、弹性浮动装置；防过载补偿装置通过固定机架与机械手相连；弹性浮动装置一端固定在固定机架上，另一端与夹持旋锁装置固定相连；弹性浮动装置上设有两个位置传感器，分别位于弹性浮动装置自然伸长状态位置处及弹性行程中间位置处；弹性浮动装置的自然伸长状态为夹持旋锁装置不受外力作用下对弹性浮动装置的自然受力状态；位置传感器分别与机器人的控制装置通讯相连。本发明通过防过载补偿装置及时发现装卸锁作业过程中的意外情况，减少甚至避免发生机器人过载。

Description

一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具

技术领域

本发明涉及一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具，具体涉及一种搭载于工业机器人末端可任意移动的，用于集装箱旋锁卸装的夹具装置。

背景技术

随着自动化设备在港口码头的越来越普及，其中集装箱旋锁的卸装也逐步也开始由自动化设备替代人工，而在实现自动化的过程中工业机器人以其优异灵活性、可靠性被广泛使用，但工业机器人只是起到位置转移的作用，更为重要和关键的是装于机械手末端的用来实施具体拆装作业的夹具。由于目前国际上流通的集装箱旋锁的种类繁多加之码头卸装集装箱旋锁工况的复杂性，对实施拆装锁夹具的可靠性有着非常高的要求。

当出现采用夹具进行锁具装卸时候一旦出现意外情况导致机器人过载，会使得机器人停在过载位不动，而解除这个过载通常需要几分钟甚至十几分钟的时间，这会使得整个卸装锁作业停止，从而影响码头卸装作业效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够及时发现锁具装卸过程中的意外情况、防止出现机器人过载问题的夹具。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具，包括夹持旋锁装置，且固定设于机器人的机械手上，该夹具还包括防过载补偿装置；所述防过载补偿装置包括固定机架、弹性浮动装置；所述防过载补偿装置通过固定机架与所述机械手相连；所述弹性浮动装置一端固定在所述固定机架上，另一端与夹持旋锁装置固定相连；所述弹性浮动装置上设有两个位置传感器，分别位于弹性浮动装置自然伸长状态位置处及弹性行程中间位置处；所述弹性浮动装置的自然伸长状态为所述夹持旋锁装置不受外力作用下对弹性浮动装置的自然受力状态；所述位置传感器分别与机器人的控制装置通讯相连。

进一步的，弹性浮动装置采用浮动气缸。浮动气缸的缸体固定安装在固定机架上，夹持旋锁装置与缸径相连。两个位置传感器分别位于浮动气缸完全伸出状态位置处及行程中间位置处。当浮动气缸完全伸出状态位置处的位置传感器有信号时，指示夹具正常工作；当浮动气缸完全伸出状态位置处的位置传感器的信号消失，而行程中间位置处的位置传感器出现信号时，指示出现意外情况（如锁的类型不符或检测出现误差等），此时机器人控制装置控制机器人停止运行并按原路径返回，从而有效保护机器人和夹具，同时避免出现机器人过载后停留在干涉位影响装卸码头效率。同时两个位置传感器的设置，也防止正常作业中由于机械手运动速度过快导致完全伸出状态位置处位置传感器信号的短暂消失，避免误判。

进一步的，防过载补偿装置还包括导向装置；所述导向装置设于所述固定机架上；所述夹持旋锁装置通过导向装置可上下自由滑动地设于所述固定机架上。

进一步的，导向装置采用直线导轨副；两个直线导轨副的导轨平行固定在所述固定机架的左右两端；所述夹持旋锁装置包括安装架、夹持装置和旋锁装置；所述夹持旋锁装置通过安装架与两个直线导轨副的滑块固定相连，且通过所述安装架与弹性浮动装置相连；所述夹持装置和旋锁装置分别固定在所述安装架上。

进一步的，夹持装置包括夹紧气缸、夹紧连杆、浮动销轴、浮动压头；所述夹紧气缸固定设于所述安装架上；所述夹紧气缸的两端夹紧头分别与对应的夹紧连杆一端相连；所述夹紧连杆另一端设有凹槽，凹槽内设有对应的浮动压头，且夹紧连杆该端还设有垂直贯穿所述凹槽的销孔，浮动压头对应位置处也设有对应的销孔；所述浮动销轴设于对应的销孔内。

进一步的，夹紧连杆的凹槽与对应的浮动压头之间具有间隙。

浮动压头可沿浮动销轴自由旋转，同时通过凹槽的设置，使得浮动压头可进行一定限度的上下串动，由此当出现旋锁的两个被夹紧面不平行或出现破损等情况时，浮动压头会自适应的旋转及上下浮动以贴合被夹紧面，保证夹持装置可以牢靠的夹持住旋锁。

进一步的，旋锁装置包括伺服电机、联轴器、旋锁扭头；所述伺服电机固定在所述安装架上；所述旋锁扭头通过所述联轴器与伺服电机相连；所述旋锁扭头包括安装板和平行于安装板两侧的旋锁板；所述旋锁扭头通过安装板与所述联轴器固定相连；所述旋锁板中间设有U型槽。

由于不同旋锁的锁芯形状差异较大，且大都呈现中间“胖”两边“瘦”的形式，此前出现的扭头为了兼容不同胖瘦的锁芯需要时常更换。而本发明扭头采用框架形结构，使得中心为空腔设计，加上两侧的U型槽口，能够适应更多旋锁锁芯的形状，大大提高了其兼容性及适应性。

进一步的，夹具还包括防拉锁绳卡死装置；所述防拉锁绳卡死装置包括挡板安装座和可调节拉锁绳挡板；所述挡板安装座固定设于所述固定机架上；所述可调节拉锁绳挡板安装于所述挡板安装座上，当进行装锁时，所述可调节拉锁绳挡板与锁具的拉锁绳相抵触。通过可调节拉锁绳挡板限制装锁过程中拉锁绳向外伸出，从而避免拉锁绳由于重力作用垂落至下方的凹槽里而导致的拉锁绳卡死情况。

进一步的，夹具还包括检测定位装置；所述检测定位装置固定设于所述夹具的外表面上，且与机器人的控制装置通讯相连。将检测定位装置直接安装在夹具表面，对锁孔的定位更加精确，夹具对旋锁的装卸也更加精准。

进一步的，弹性浮动装置的弹性行程最末端（即其收到外力的极限位置）还设有一个位置传感器，该位置传感器与机器人的控制装置通讯相连。通过行程末端的位置传感器信号传递，判断该防过载补偿装置是否失效。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过防过载补偿装置及时发现装卸锁作业过程中的意外情况，减少甚至避免发生机器人过载。

2、同时防过载补偿装置还可以有效的保护机器人及夹具，避免多次因意外状况导致的对机器人及夹具的硬性碰撞，可以有效的提供设备的稳定性及使用寿命。

3、防拉锁绳卡死装置巧妙的解决了装锁作业下由于拉锁绳卡死导致装锁失败的问题。

4、中间镂空的U型槽扭头大大提高了夹具的兼容性。

5、将检测装置设置在夹具上（机器人末端）可以使得对集装箱锁孔定位的可靠性及便利性大大。

附图说明

图1为本发明高可靠性夹具的结构示意图；

图2为图1中防过载补偿装置的结构示意图；

图3为图2中防过载补偿装置的剖视图；

图4为图1中夹持旋锁装置的结构示意图；

图5为图4中夹持装置的结构示意图；

图6为图4中旋锁装置的结构示意图；

图7为图5中浮动压头与夹紧连杆的连接示意图；

图8为图7中A-A向剖视图；

图9为图6中扭头的结构示意图；

图10为图1中防拉锁绳卡死装置的安装示意图；

图11为旋锁的结构示意图。

图中，1-机器人末端法兰，2-防过载补偿装置，3-夹持旋锁装置，4-防拉锁绳卡死装置，5-检测装置，6-旋锁，2-1-固定机架，2-2-浮动气缸，2-3-直线导轨副，3-1-安装架，3-2-夹持装置，3-3-旋锁装置，3-2-1-夹紧气缸，3-2-2-夹紧连杆，3-2-3-浮动销轴，3-2-4-浮动压头，3-3-1-伺服电机，3-3-2-联轴器，3-3-3-高适应性旋锁扭头，4-1-挡板安装座，4-2-可调节拉锁绳挡板，6-1-锁体，6-2-锁芯，6-3-拉锁绳，6-4-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明涉及的一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具，包括防过载补偿装置2、夹持旋锁装置3、防拉锁绳卡死装置4、检测定位装置5；其中防过载补偿装置2一边通过机器人末端法兰1与机械手相连，一边与夹持旋锁装置3相连；防拉锁绳卡死装置4安装于夹持旋锁装置3上；检测定位装置5也安装于夹持旋锁装置3上。

如图2、图3所示，固定机架2-1与机器人末端法兰1固定连接，浮动气缸2-2的缸体固定安装在固定机架2-1上，浮动气缸2-2的缸径与安装架3-1相连，两个直线导轨副2-3的导轨与固定机架2-1固定连接，两个直线导轨副2-3的滑块与安装架3-1固定连接，三个位置传感器2-4置于浮动气缸2-2上；工作时当夹持旋锁装置3受到外力并克服浮动气缸2-2的出力时，夹持旋锁装置3相对机器人末端法兰1可以实现上下浮动，从而使得浮动气缸2-2上的位置传感器2-4出现信号变化可以指导机器人1沿原路径返回避免发生碰撞及过载。

具体地，浮动气缸2-2上有三个位置传感器2-4，分别位于其满行程的首末位置以及行程中间位置，在夹具正常工作时浮动气缸为完全伸出状态其中最上端的传感器有信号，当出现作业过程中由于锁的类型不符或者检测出现误差等意外情况时，会出现机器人向程序指定位置运行中出现夹持旋转装置与外界干涉现象，此时机器人会持续向指定位置运行并克服浮动气缸出力，浮动气缸回缩，机器人则继续往指定方向运行，直至浮动气缸中间位置传感器有信号，此时机器人会停止运行并按原路径返回，从而有效的保护机器人、夹具，同时避免机器人过载后停在干涉位置影响装卸码头效率。而当弹性浮动装置的弹性行程最末端（即其收到外力的极限位置）处的位置传感器信号出现信号时，则表明该防过载补偿装置已经失效或者。

如图4所示，夹持旋锁装置3包括安装架3-1、夹持装置3-2、旋锁装置3-3；其中夹持装置3-2及旋锁装置3-3安装于安装架3-1上。

如图5所示，夹持装置3-2包括夹紧气缸3-2-1、夹紧连杆3-2-2、浮动销轴3-2-3、浮动压头3-2-4；其中夹紧气缸3-2-1的缸体固定安装于安装架3-1上，夹紧气缸3-2-1的两端夹紧头与夹紧连杆3-2-5固定连接。

如图7、图8所示，浮动销轴3-2-3安装于夹紧连杆3-2-2上，浮动压头3-2-4的旋转孔与浮动销轴3-2-3配合，可沿浮动销轴3-2-3自由摆动；同时浮动压头3-2-4的摆动角度及上下限位由夹紧连杆3-2-2的凹槽所限位。浮动压头3-2-4置于夹紧连杆3-2-2的凹槽中沿浮动销轴3-2-3可自由旋转，同时凹槽限制了浮动压头3-2-4上下方向的串动及沿浮动销轴3-2-3的旋转角度可控以保证可以准确夹持旋锁6的两个面（结合图10），在夹持装置夹紧旋锁6时，由浮动压头3-2-4的两个面与旋锁6的被夹紧面接触，当出现旋锁6的两个被夹紧面不平行或者出现破损等情况时，浮动压头3-2-4会自适应的旋转以贴合被夹紧面，保证夹持装置可以牢靠的夹持住旋锁。

如图6所示，旋锁装置3-3包括伺服电机3-3-1、联轴器3-3-2、高适应性旋锁扭头3-3-3，其中伺服电机3-3-1安装于安装架3-1上，联轴器3-3-2一端与伺服电机3-3-1的输出轴相连，另一端与高适应性旋锁扭头3-3-3相连。结合图9，本发明中的高适应性旋锁扭头3-3-3采用中间镂空的U型槽结构，中间的镂空可以适应更多旋锁锁芯的形状，大大提高了其兼容性及适应性。

如图10所示，防拉锁绳卡死装置4包含可调节拉锁绳挡板4-2、挡板安装座4-1；其中挡板安装座4-1置于固定机架2-1上，可调节拉锁绳挡板4-2安装于挡板安装座4-1上，可实现位置调节；如图11所示，装锁工况下，拉锁绳6-3是自由状态，旋转锁芯6-2时，拉锁绳6-3会逐渐往外伸出，此过程中有一定的几率会出现拉锁绳6-3由于重力作用垂落至下方的凹槽6-4里，此时会导致拉锁绳6-3卡死，从而使得锁芯6-2无法回到原始状态，装锁工作失败，可调节的拉锁绳挡板4-2可以挡住拉锁绳向外伸出，从而避免拉锁绳6-3掉入凹槽卡死锁芯6-2。

如图1、10所示，检测集装箱锁孔的检测装置5置于机器人末端，具体到载体即为本发明夹具上，检测方式包含对于集装箱底角三个面的检测，分别为集装箱底角的正面、侧面、底面；再根据此三个面的坐标计算出锁孔位置，所述的检测手段不限于某种特定的检测方式，可以是但不限于激光测距、声波测距、视觉检测、机械探测等方式。

Claims (10)

1.一种用于装卸集装箱锁具的高可靠性夹具，所述夹具包括夹持旋锁装置，且固定设于机器人的机械手上，其特征在于：所述夹具还包括防过载补偿装置；所述防过载补偿装置包括固定机架、弹性浮动装置；所述防过载补偿装置通过固定机架与所述机械手相连；所述弹性浮动装置一端固定在所述固定机架上，另一端与夹持旋锁装置固定相连；所述弹性浮动装置上设有两个位置传感器，分别位于弹性浮动装置自然伸长状态位置处及弹性行程中间位置处；所述弹性浮动装置的自然伸长状态为所述夹持旋锁装置不受外力作用下对弹性浮动装置的自然受力状态；所述位置传感器分别与机器人的控制装置通讯相连。

2.根据权利要求1所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述弹性浮动装置采用浮动气缸。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述防过载补偿装置还包括导向装置；所述导向装置设于所述固定机架上；所述夹持旋锁装置通过导向装置可上下自由滑动地设于所述固定机架上。

4.根据权利要求3所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述导向装置采用直线导轨副；两个直线导轨副的导轨平行固定在所述固定机架的左右两端；所述夹持旋锁装置包括安装架、夹持装置和旋锁装置；所述夹持旋锁装置通过安装架与两个直线导轨副的滑块固定相连，且通过所述安装架与弹性浮动装置相连；所述夹持装置和旋锁装置分别固定在所述安装架上。

5.根据权利要求4所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述夹持装置包括夹紧气缸、夹紧连杆、浮动销轴、浮动压头；所述夹紧气缸固定设于所述安装架上；所述夹紧气缸的两端夹紧头分别与对应的夹紧连杆一端相连；所述夹紧连杆另一端设有凹槽，凹槽内设有对应的浮动压头，且夹紧连杆该端还设有垂直贯穿所述凹槽的销孔，浮动压头对应位置处也设有对应的销孔；所述浮动销轴设于对应的销孔内。

6.根据权利要求5所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述夹紧连杆的凹槽与对应的浮动压头之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述旋锁装置包括伺服电机、联轴器、旋锁扭头；所述伺服电机固定在所述安装架上；所述旋锁扭头通过所述联轴器与伺服电机相连；所述旋锁扭头包括安装板和平行于安装板两侧的旋锁板；所述旋锁扭头通过安装板与所述联轴器固定相连；所述旋锁板中间设有U型槽。

8.根据权利要求1所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述夹具还包括防拉锁绳卡死装置；所述防拉锁绳卡死装置包括挡板安装座和可调节拉锁绳挡板；所述挡板安装座固定设于所述固定机架上；所述可调节拉锁绳挡板安装于所述挡板安装座上，当进行装锁时，所述可调节拉锁绳挡板与锁具的拉锁绳相抵触。

9.根据权利要求1所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述夹具还包括检测定位装置；所述检测定位装置固定设于所述夹具的外表面上，且与机器人的控制装置通讯相连。

10.根据权利要求1所述的高可靠性夹具，其特征在于：所述弹性浮动装置的弹性行程最末端还设有一个位置传感器，该位置传感器与机器人的控制装置通讯相连。