CN112429031A - 一种矿车摘挂钩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种矿车摘挂钩的方法，所述方法依靠自动摘挂钩装置实现，所述装置包括支架、移动抓取组件、PLC控制器和位置传感器；矿车由钢丝绳牵引上升到指定位置后停止运行，通过摄像头采集图像信息，进行精确定位，然后移动抓取组件动作进行摘钩动作，需要挂钩时，通过摄像头采集图像信息，进行精确定位，移动抓取组件动作进行挂钩动作。本发明所述自动摘挂钩装置结构简单，使用方便，不影响矿车的正常运行，利用摄像头采集图像信息进行定位，定位精确，本发明所述摘挂钩的方法依靠自动摘挂钩装置可以自动完成摘钩和挂钩的所有动作，减少了人工、减轻了劳动强度，提高了运输工作的安全性和运输效率。

Description

一种矿车摘挂钩的方法
【技术领域】
本发明涉及斜井矿车技术领域，具体涉及一种矿车摘挂钩的方法。
【背景技术】
地下开采矿山中，常规的开拓方式包括竖井、斜井、平巷开拓或联合开拓等，其中斜 井开拓是常用的一种开拓方式；在斜井中通常采用矿车进行运输作业，且通常将多个矿车 串接后借由牵引装置带动钢丝绳牵引矿车运行，矿车通常采用插销与钢丝绳的钩环固定连 接，当矿车被牵引至指定的地点时，需要摘取插销以实现钢丝绳与矿车间的分离。现有技 术中都是由专门的摘挂钩的工人一手拿插销，一手拿钢丝绳钩环，迅速拔下插销，并将钢 丝绳扔到轨道的一侧，防止压坏钢丝绳；但是，人工摘取插销增大了劳动强度，如果摘钩 不及时或矿车行驶速度过快会引起人车碰撞事故，威胁人身安全；另外，如果不及时将钢 丝绳扔到轨道的一侧，钢丝绳会碾入矿车下压坏。
【发明内容】
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于，提供一种矿车摘挂钩的方法，所述方法 依靠自动摘挂钩装置实现，减少人工、减轻劳动强度、提高运输工作的安全性和运输效率。
本发明采用如下技术方案：一种矿车摘挂钩的方法，所述方法依靠自动摘挂钩装置实 现：
所述装置包括支架、移动抓取组件、PLC控制器和位置传感器，所述支架固定在矿车 运行轨道的上方，包括水平设置的矩形框架以及竖直固定在矩形框架底部的多根支撑柱；
所述移动抓取组件包括Y轴移动组件、X轴移动组件和Z轴移动组件；
所述Y轴移动组件包括Y轴框架，所述Y轴框架长度方向的两端分别滑动连接在矩形 框架的两个长度边上；
所述X轴移动组件包括X轴固定板，所述X轴固定板长度方向的两端分别滑动连接在 Y轴框架的两个长度边上；
所述Z轴移动组件包括Z轴固定框，Z轴固定框固定在X轴固定板的顶部，其内竖直滑动连接一Z轴支架，所述Z轴支架的下端固定连接一夹持机构，所述夹持机构的后方固 定设置一插销摘取机构，所述Z轴支架的下方侧面固定设置一摄像装置；
所述位置传感器设置在矿车运行轨道的侧面，与PLC控制器信号连接，监测矿车的运 行位置；
所述方法包括如下步骤：
(1)矿车由钢丝绳牵引至指定位置后，位置传感器接收信号，将信号传输至PLC控制器，PLC控制器发出指令使得矿车停止运行；
(2)矿车停止运行后，PLC控制器发出指令，控制移动抓取组件运动到矿车停止位置， 并通过摄像装置采集图像信息，根据图像信息确定需要摘挂的钢丝绳钩环及插销的具体位 置；
(3)确定具体位置后，夹持机构及插销摘取机构动作，进行摘钩或挂钩动作；
(4)摘钩或挂钩动作完成后，移动抓取组件运行到矩形框架宽度方向的中间位置等候 指令。
优选地，所述矩形框架的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一Y轴齿条， 所述Y轴框架长度边的外侧底部沿其长度方向间隔设置三块固定板，中间的固定板上固定 设置一Y轴马达，两端的固定板上分别固定设置一轴承座，Y轴马达的输出轴向下与一减 速机连接，减速机输出轴的两端分别穿过轴承座，固定连接一Y轴齿轮，两个Y轴齿轮分别与Y轴齿条相啮合，通过Y轴马达驱动Y轴框架在矩形框架顶部移动。
优选地，所述矩形框架的顶部、Y轴齿条的外侧分别固定设置一Y轴导轨，Y轴框架长度方向的两端底部分别固定设置一Y轴滑块，通过Y轴滑块与Y轴导轨滑动连接，防止 运动过程中Y轴齿轮与Y轴齿条脱离。
优选地，所述Y轴框架的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一X轴齿条， 所述X轴固定板的侧面顶部长度方向的中间位置固定设置一X轴马达，X轴固定板的顶部 长度方向的两端分别固定设置一轴承座，X轴马达的输出轴向下与一减速机连接，减速机 输出轴的两端分别穿过两端的轴承座固定连接一X轴齿轮，两个X轴齿轮分别与X轴齿条相啮合。
优选地，所述Y轴框架的顶部、X轴齿条的外侧分别固定设置一X轴导轨，X轴固定板的底部长度方向的两端、宽度方向的中间位置分别固定设置一X轴滑块，通过X轴滑块 与X轴导轨滑动连接，防止运动过程中X轴齿轮与X轴齿条脱离。
优选地，所述Z轴支架的侧面沿其高度方向固定设置一Z轴齿条，所述Z轴固定框的侧面固定设置一Z轴马达，所述Z轴马达的输出轴穿过Z轴固定框的侧壁固定连接一Z轴 齿轮，所述Z轴齿轮与Z轴齿条相啮合，通过Z轴马达带动Z轴支架沿X轴框架上下运动。
优选地，所述Z轴支架宽度方向的两侧面沿其高度方向固定设置一Z轴导轨，所述Z轴马达固定框宽度方向的两侧面分别竖直设置一滑槽，所述Z轴支架通过Z轴导轨与Z轴 滑槽滑动连接，防止Z轴齿轮与Z轴齿条脱离。
优选地，所述移动抓取组件设置有两套，分别通过Y轴框架滑动连接在矩形框架长度 方向的两侧，两套移动抓取组件可同时动作，分别摘挂矿车运行方向的前端和后端的钢丝 绳钩环。
优选地，所述插销摘取机构包括一竖直气缸，所述竖直气缸固定设置在Z轴支架内， 且其活塞杆向下穿过Z轴支架的底部固定连接一固定块，所述固定块的下表面固定设置一 旋转气缸，所述旋转气缸的旋转盘的下端固定连接一手指气缸，所述手指气缸用于抓取插 销，所述旋转气缸用于插销的锁死和解锁。
优选地，所述手指气缸的手指为扁平手指型，其两个手指的下端分别固定连接一加长 指，用于夹紧插销。
优选地，所述夹持机构包括夹爪气缸，所述夹爪气缸的两个夹爪竖直向下设置，两个 夹爪的端部分别固定设置一夹紧套，夹紧套的内侧分别相对设置一凹槽，所述凹槽的形状 与钢丝绳钩环的外表面相配合，将钢丝绳钩环夹紧。
优选地，所述自动摘挂钩装置还包括设置于两条轨道中间的由伺服液压马达驱动的自 动推车机，推送矿车至指定位置。
优选地，所述摄像装置包括工业相机和图像处理系统，所述工业相机的拍摄端竖直向 下，进行图像采集，所述图像处理系统与工业相机及PLC控制器连接，接收工业相机发来 的照片图像，通过图像处理和分析对矿车上的钢丝绳钩环和插销进行精确定位，并通过PLC 控制器控制移动抓取组件进行摘钩或挂钩操作。
优选地，所述PLC控制器分别与移动抓取组件、位置传感器、推车机信号连接，控制这 些设备的启停，实现整套装置的自动化运行，实现自动摘挂钩作业；所述装置还包括与PLC 控制器连接的远程计算机，所述远程计算机包括显示器、存储器，用于摘挂钩过程的实施 监控和记录。
优选地，步骤(3)中所述的摘钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构将钢丝绳钩 环夹紧，手指气缸将插销夹住，旋转气缸动作，将插销旋转出矿车的防脱圈，竖直气缸动作将插销提升。
优选地，步骤(3)中所述的挂钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构将钢丝绳钩 环插入矿车前端，竖直气缸动作将插销插入矿车防脱圈，旋转气缸动作，将插销旋转锁死， 夹持机构和手指气缸恢复原状。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明所述摘挂钩的方法依靠自动摘挂钩装置实现，可以自动完成摘钩和挂钩的所有 动作，减少了人工、减轻了劳动强度，提高了运输工作的安全性和运输效率；
本发明所述自动摘挂钩装置利用摄像装置采集图像信息进行定位，定位精确，且移动 抓取组件设置有两套，两套组件可以同时动作，进一步提高了工作效率；
本发明所述自动摘挂钩装置结构简单，使用方便，且不影响矿车的正常运行。
【附图说明】
图1是本发明所述自动摘挂钩装置的结构示意图一；
图2是本发明所述自动摘挂钩装置的结构示意图二；
图3是Y轴移动组件部分的结构示意图；
图4是图1中A部分放大示意图；
图5是图1中B部分放大示意图；
图6是Z轴移动组件的结构示意图；
图7是Z轴移动组件的俯视图；
图8是夹持机构的结构示意图；
1-支架；101-矩形框架；102-立柱；2-Y轴移动组件；201-Y轴框架；202-Y轴齿条；203-Y 轴马达；204-Y轴齿轮；3-X轴移动组件；301-X轴固定板；302-X轴齿条；303-X轴马达；304-X轴齿轮；401-Z轴固定框；402-Z轴支架；403-Z轴马达；404-Z轴齿条；405-Z轴齿轮； 5-夹持机构；501-夹爪气缸；502-夹紧套；6-插销摘取机构；601-竖直气缸；602-固定块； 603-旋转气缸；604-手指气缸；7-摄像装置；8-摄像装置固定块；9-位置传感器；10-矿车； 11-矿车防脱圈；12-插销；13-钢丝绳钩环；14-矿车运行轨道；141-上行轨道；142-下行轨 道；15-推车机。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明用以下具体实施例进行 说明，但绝非仅限于此。以下所述为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理 解为对本发明的限制，应当指出的是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替 换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供了一种自动摘挂钩的装置，包括支架1、移动抓取组件、PLC控制器和位置传感器9，所述支架1包括矩形框架101，所述矩形框架101水平设 置，矩形框架101的底部竖直固定设置多根支撑柱102，所述支架1通过支撑柱102固定 在矿车运行轨道14上，且矩形框架101的两个长度边分别位于上行轨道141和下行轨道 142的两侧；
所述移动抓取组件包括Y轴移动组件2、X轴移动组件3和Z轴移动组件4；
所述Y轴移动组件2包括Y轴框架201，所述Y轴框架201长度方向的两端分别滑动连接在矩形框架101的两个长度边上；
所述X轴移动组件3包括X轴固定板301，所述X轴固定板301长度方向的两端分别滑动连接在Y轴框架201的两个长度边上；
所述Z轴移动组件4包括Z轴固定框401，所述Z轴固定框401固定在X轴固定板的 顶部，其内滑动连接一Z轴支架402，所述Z轴支架4的下端固定连接一夹持机构5，所述 夹持机构5的后方固定设置一插销摘取机构6，所述Z轴支架的下方侧面固定设置一摄像 装置7；
所述位置传感器9设置在矿车运行轨道的侧面，用于监测矿车的位置，所述位置传感 器9与PLC控制器信号连接；本实施例中所述位置传感器设置有6个，分别设置在矿车运行轨道的侧面。
如图3所示，所述矩形框架101的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一Y 轴齿条202，所述Y轴框架201长度边的外侧底部沿其长度方向间隔设置三块固定板，中间的固定板上固定设置一Y轴马达203(BMS-F6系列液压马达)，两端的固定板上分别 固定设置一轴承座，Y轴马达的输出轴向下与一减速机(PW-FH伺服直角行星减速机)连 接，减速机输出轴的两端分别穿过轴承座固定连接一Y轴齿轮204，两个Y轴齿轮204分 别与Y轴齿条202相啮合；通过Y轴马达203驱动Y轴框架201在矩形框架101顶部移动；
作为优选，所述矩形框架101的顶部、Y轴齿条的外侧分别固定设置一Y轴导轨，Y轴框架长度方向的两端底部分别固定设置一Y轴滑块，通过Y轴滑块与Y轴导轨滑动连接，防止运动过程中Y轴齿轮与Y轴齿条脱离。
如图4所示，所述Y轴框架201的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一X轴齿条302，所述X轴固定板301的侧面顶部长度方向的中间位置固定设置一X轴马达303(BMS-F6系列液压马达)，X轴固定板301的顶部长度方向的两端分别固定设置一轴承座，X轴马达的输出轴向下与一减速机(PW-FH伺服直角行星减速机)连接，减速机输出轴的 两端分别穿过两端的轴承座固定连接一X轴齿轮304，两个X轴齿轮304分别与X轴齿条 302相啮合；
作为优选，所述Y轴框架的顶部、X轴齿条的外侧分别固定设置一X轴导轨，X轴固定板的底部长度方向的两端、宽度方向的中间位置分别固定设置一X轴滑块，通过X轴滑 块与X轴导轨滑动连接，防止运动过程中X轴齿轮与X轴齿条脱离。
如图6所示，所述Z轴支架402的侧面沿其高度方向固定设置一Z轴齿条403，所述Z轴固定框401的侧面固定设置一Z轴马达404(GM1液压摆缸马达)，所述Z轴马达404 的输出轴穿过Z轴固定框401的侧壁固定连接一Z轴齿轮405，所述Z轴齿轮405与Z轴 齿条403相啮合，通过Z轴马达带动Z轴支架沿X轴框架上下运动；
作为优选，所述Z轴支架宽度方向的两侧面沿其高度方向固定设置一Z轴导轨，所述 Z轴马达固定框宽度方向的两侧面分别设置一滑槽，所述Z轴支架通过Z轴导轨与Z轴滑槽滑动连接，防止Z轴齿轮与Z轴齿条脱离。
如图8所示，所述夹持机构5包括夹爪气缸501，所述夹爪气缸501的两个夹爪竖直向下设置，两个夹爪的端部分别固定设置一夹紧套502，夹紧套的内侧分别相对设置一凹槽，所述凹槽的形状与钢丝绳钩环的外表面相配合，将钢丝绳钩环13夹紧；
如图5～7所示，所述插销摘取机构6包括竖直气缸601，所述竖直气缸601固定设置在Z轴支架内，且其活塞杆向下穿过Z轴支架的底部固定连接一固定块602，所述固定块 602的下表面固定设置一旋转气缸603，所述旋转气缸603的旋转盘的下端固定连接一手指 气缸604。
作为优选，所述手指气缸604的手指为扁平手指型，其两个手指的下端分别固定连接 一加长指，用于夹紧插销。
作为优选，所述自动摘挂钩装置还包括两套分别设置于矿车上行轨道141中间和下行 轨道142中间的由伺服液压马达驱动的自动推车机15，推送矿车至指定位置。
如图5所示，所述Z轴支架4的侧面通过摄像装置固定块8固定连接一摄像装置7，所述摄像装置7包括工业相机和图像处理系统，所述工业相机的拍摄端竖直向下，所述图像处理系统在本实施例中具体为安装于研华工控机的ProSinht智能视觉软件，实现图像采集、图像处理和分析、控制和通信作用，所述图像处理系统与工业相机及PLC控制器连接，接收工业相机发来的照片图像，通过图像处理和分析对矿车上的钢丝绳钩环和插销进行精确定位，并通过PLC控制器控制移动抓取组件进行摘钩或挂钩操作。
基于工控机的机器视觉系统在其他领域如汽车装配流水线等技术中的应用已经非常成 熟，而本发明首次将摄像机定位、图像处理技术应用于钢丝绳钩环的摘挂和插销的使用操 作中，配合移动抓取组件实现自动摘挂钩作业，避免了人工摘挂钩的安全问题，降低了操 作人员劳动强度。
作为优选，所述移动抓取组件设置有两套，分别通过Y轴框架滑动连接在矩形框架长 度方向的两侧，两套移动抓取组件可同时动作，分别摘挂矿车运行方向的前端和后端的钢 丝绳钩环。
作为优选，所述矿车自动摘挂钩装置还包括PLC控制器，PLC控制器分别与移动抓取组 件、位置传感器、推车机信号连接，控制这些设备的启停，实现整套装置的自动化运行， 实现自动摘挂钩作业；所述装置还包括与PLC控制器连接的远程计算机，所述远程计算机包 括显示器、存储器，用于摘挂钩过程的实施监控和记录。
实施例2
利用实施例1所述自动摘挂钩的装置进行摘挂钩的方法，矿车由井底运行到井口时进 行摘钩动作(即在上行轨道141上进行摘钩动作)，当由井口向下运行时进行挂钩动作(即 在下行轨道142上进行挂钩动作)；具体包括以下步骤：
(1)矿车由钢丝绳牵引至指定位置后(±200mm范围)，位置传感器9在指定位置 向PLC控制器发出信号，PLC控制器发出指令使得矿车停止运行；
(2)矿车停止运行后，PLC控制器发出指令，控制移动抓取组件运动到钢丝绳钩环抓 取位置，并通过摄像装置采集图像信息，根据图像信息确定需要摘挂的钢丝绳钩环及插销 的具体位置；
(3)确定具体位置后，夹持机构5及插销摘取机构6动作，进行摘钩或挂钩动作；
(4)摘钩或挂钩动作完成后，移动抓取组件运行到矩形框架宽度方向的中间位置等候 指令。
作为优选，步骤(3)中所述的摘钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构5将钢丝绳钩环夹紧，手指气缸604将插销夹住，旋转气缸603动作，将插销旋转出矿车防脱圈11， 竖直气缸601动作将插销12提升，完成一次摘钩动作；摘钩动作完成后夹持机构5夹着钢 丝绳钩环13，插销摘取机构6夹着插销12，运行到矩形框架宽度方向的中间位置等候挂钩 指令。
作为优选，步骤(3)中所述的挂钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构5将钢丝绳钩环13插入矿车前端，手指气缸604将插销12放置在矿车防脱圈11的上方，竖直气缸 601动作将插销12插入矿车防脱圈11，旋转气缸603动作旋转插销12锁死，夹持机构5 和插销摘取机构6恢复原状。

Claims (10)

1.一种矿车摘挂钩的方法，其特征在于，所述方法依靠自动摘挂钩装置实现，所述装置包括支架、移动抓取组件、PLC控制器和位置传感器，所述支架固定在矿车运行轨道的上方，包括水平设置的矩形框架以及竖直固定在矩形框架底部的多根支撑柱；
所述移动抓取组件包括Y轴移动组件、X轴移动组件和Z轴移动组件；
所述Y轴移动组件包括Y轴框架，所述Y轴框架长度方向的两端分别滑动连接在矩形框架的两个长度边上；
所述X轴移动组件包括X轴固定板，所述X轴固定板长度方向的两端分别滑动连接在Y轴框架的两个长度边上；
所述Z轴移动组件包括Z轴固定框，Z轴固定框固定在X轴固定板的顶部，其内竖直滑动连接一Z轴支架，所述Z轴支架的下端固定连接一夹持机构，所述夹持机构的后方固定设置一插销摘取机构，所述Z轴支架的下方侧面固定设置一摄像装置；
所述位置传感器设置在矿车运行轨道的侧面，与PLC控制器信号连接；
所述方法包括如下步骤：
(1)矿车由钢丝绳牵引至指定位置后，位置传感器接收信号，将信号传输至PLC控制器，PLC控制器发出指令使得矿车停止运行；
(2)矿车停止运行后，PLC控制器发出指令，控制移动抓取组件运动到矿车停止位置，并通过摄像装置采集图像信息，根据图像信息确定需要摘挂的钢丝绳钩环及插销的具体位置；
(3)确定具体位置后，夹持机构及插销摘取机构动作，进行摘钩或挂钩动作；
(4)摘钩或挂钩动作完成后，移动抓取组件运行到矩形框架宽度方向的中间位置等候指令。
2.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述移动抓取组件设置有两套，分别通过Y轴框架滑动连接在矩形框架长度方向的两侧。
3.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述矩形框架的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一Y轴齿条，所述Y轴框架长度边的外侧底部沿其长度方向间隔设置三块固定板，中间的固定板上固定设置一Y轴马达，两端的固定板上分别固定设置一轴承座，Y轴马达的输出轴向下与一减速机连接，减速机输出轴的两端分别穿过两端的轴承座，固定连接一Y轴齿轮，两个Y轴齿轮分别与Y轴齿条相啮合。
4.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述Y轴框架的两个长度边的顶部沿其长度方向分别固定设置一X轴齿条，所述X轴固定板的侧面顶部长度方向的中间位置固定设置一X轴马达，X轴固定板的顶部长度方向的两端分别固定设置一轴承座，X轴马达的输出轴向下与一减速机连接，减速机输出轴的两端分别穿过两端的轴承座固定连接一X轴齿轮。
5.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述Z轴支架的侧面沿其高度方向固定设置一Z轴齿条，所述Z轴固定框的侧面固定设置一Z轴马达，所述Z轴马达的输出轴穿过Z轴固定框的侧壁固定连接一Z轴齿轮，所述Z轴齿轮与Z轴齿条相啮合。
6.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述夹持机构包括夹爪气缸，所述夹爪气缸的两个夹爪竖直向下设置，两个夹爪的端部分别固定设置一夹紧套，夹紧套的内侧分别相对设置一凹槽，所述凹槽的形状与钢丝绳钩环的外表面相配合。
7.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述插销摘取机构包括一竖直气缸，所述竖直气缸固定设置在Z轴支架内，且其活塞杆向下穿过Z轴支架的底部并固定连接一固定块，所述固定块的下表面固定设置一旋转气缸，所述旋转气缸的旋转盘的下端固定连接一手指气缸。
8.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述摄像装置包括工业相机和图像处理系统，所述工业相机的拍摄端竖直向下，所述图像处理系统与工业相机及PLC控制器连接。
9.根据权利要求1所述摘挂钩的方法，其特征在于，所述自动摘挂钩装置还包括设置于两条轨道中间的自推车机，所述推车机与PLC控制器信号连接。
10.根据权利要求7所述摘挂钩的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的摘钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构将钢丝绳钩环夹紧，手指气缸将插销夹住，旋转气缸动作，将插销旋转出矿车的防脱圈，竖直气缸动作将插销提升；步骤(3)中所述的挂钩动作具体为：确定具体位置后，夹持机构将钢丝绳钩环插入矿车前端，手指气缸将插销带到矿车防脱圈的上方，竖直气缸向下动作将插销插入矿车防脱圈，旋转气缸动作，将插销旋转锁死，夹持机构和手指气缸恢复原状。
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