CN211491578U - 一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，包括：机械手运动结构和机械手部结构；机械手运动结构主要由滚珠丝杠结构、十字模组和二级伸缩板组成；滚珠丝杠结构主要由底板、编码器、丝杠和直线滑轨组成；十字模组主要由立柱、直线模组和滑块组成；滚珠丝杠结构与十字模组形成直线坐标三轴运动方式；机械手运动结构包括机械手部后端结构和机械手前端手爪结构，机械手部后端结构主要由斜插气缸、摆动气缸、摆动臂和摆动气缸固定架组成；机械手前端手爪结构主要由摘钩臂、直线气缸、气缸支撑板、第一摘钩板、弹簧和单轴气缸组成。本实用新型安全，可实现机器人完成自动摘钩工作，摘钩的成功率高。

Description

一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构

技术领域

本实用新型涉及铁路摘钩机器人技术领域，尤其涉及一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构。

背景技术

目前我国编组站货运编组提钩工作都是由人工完成的，其基本作业形式是：提钩人员手持调车作业计划单，沿着推峰路线，随着推峰列车小跑，边走边记车辆通过数，待压钩动作完成后手握提钩杆并迅速提起，然后护钩员凭经验估计车钩分开的位置(即分钩点处在峰顶平台或压钩坡的位置)，当所提钩车到达分钩点时，压紧的车钩便在钩车自身重力的驱动下自动开启，完成提钩工作。

人工提钩工况复杂、劳动强度大、安全事故发生率高，风、霜、雨、雪、雾等恶劣天气，会损毁提钩人员手中的调车作业单，致使解体车辆排序紊乱，溜放编码顺序与预订计划不符，造成错钩、漏钩的现象，即便一些大型编组站采用了大屏幕和广播辅助提钩人员作业的方式，但部分提钩错误依然无法完全避免。为了排除错钩、漏钩等错误，需要抽调各个岗位上的工作人员对本次解体涉及的所有股道逐次排查，直至找到错钩车辆，在推峰机车的辅助下，拉回推峰段，重新进行编组作业，从而降低了驼峰解体效率。

综合国内外各自动提钩技术研究结果，可以发现，国外研究的成果并不能直接拿来用于我国编组站使用，而我国研究的成果又不适用于现场需要，部分成果由于成本、技术等原因而没有研究出成果或没有广泛应用。综合来看，自动提钩技术实现上主要具有以下难点。

(1)车辆车钩结构形式不同。我国车辆的种类繁杂，车钩的形式也很多，尚未形成统一标准，车辆自身的钩把和钩舌形式各异，车辆提钩把手的位置也不是固定的。车钩形式问题使得机器人不能通过简单重复的机械动作完成摘钩，给摘钩机械手进行摘钩动作造成了一定的困难。

(2)车辆车钩状态不同。我国铁路有一部分使用次数较多的车辆存在车钩变形的问题，这种车辆在与其它车辆连接时，常需使用铁丝等加固材料辅助捆绑，一般提钩力和方向不易将其拉开，给机器人自动提钩增加了难度。

(3)车辆在运动过程中难以保持稳定。由于提钩作业中，车辆和提钩作业人员均需要保持相对地面运动，因此车钩摘取动作时机难以把控：如果过早摘钩，车辆行进过程中钩舌会自然下落，使得车辆再一次连接，如果过迟摘钩，摘钩动作受到外界干扰导致车钩把手目标丢失，易出现摘钩失败的情况。

(4)单次提钩动作时间较短。完成提钩作业的有效区域长度范围一般是 5-8m，列车行进的速度一般为3-7km/h，在这种情况下，外勤提钩作业员进行一次摘钩动作的时间只有3-5秒，利用机器人代替人在如此短的时间内完成准确的提钩存在一定的技术难度。

(5)提钩动作完成空间狭小。列车车辆之间的间距比较小，一般在1.2m 左右，同时在车辆的连接处还存在着闸制动杆、风管路接头、制动踏板等其他结构，自动提钩系统不能像一般工厂内机器人那样具有较大自由活动空间。这要求提钩机器人必须能够准确的判断到车辆间隙，并在小空间内通过伸缩手臂完成车钩识别和提钩动作，在技术上存在一定的难度。

(6)钩车编组较为复杂。由于钩车编组组合复杂，从单车辆构车以至整列车为一钩，因此，提钩点的位置变化范围很大。同时，列车的车辆数组合随机性很大，要求提钩点来回变化，提钩并不是在某一固定地点发生的，实际作业中提钩点的变化范围可能在10m以上。这种情况使得提钩自动化技术存在较大的难点。

综合分析国内外各类编组站驼峰自动提钩机器人与装置，研究重点主要是能够解决现场提钩复杂情况的需要，同时满足现场作业条件，具体来看，主要有以下几点。

(1)与列车运动保持同步性

为了完成提钩工作，提钩作业人员或机器人应与列车相对静止以便进行作业，因此提钩机器人要完成对运动着的列车进行提钩，前提条件是保证火车提钩机器人与火车运动同步。如果同步性高的话就相当于是对静止的列车进行提钩，这样才能保证提钩的准确性。因此在设计提钩机器人行走机构时应注重设计提钩机器人与列车协同系统。

(2)提钩动作的平稳性

在设计机器人时，无论设计何种形式的提钩机械手，都应在提钩过程中保持一个相对平稳的工作状态，否则机器手臂产生振动或者冲击将影响整个提钩动作。这就要求提钩机械手安装在一个运动相对平稳的载体上。这个载体在将机械手送至提钩位置的过程中以及在提钩动作进行过程中必须能够保持一定的平稳性。因此在设计这个载体时就要考虑到它在运动过程中是否满足平稳性的要求。

(3)提钩动作的快速性

列车提钩是对推峰行进过程中的列车进行提钩，这是一个时间间隔很短的过程。所以要求火车提钩机器人在一个时间相对较短的范围内准确识别车钩，并且完成提钩动作，同时还要迅速将提钩机械手收回，以便为下一钩做好准备。这样，在设计提钩机器人具体结构时应考虑到其快速性和灵活性。

(4)整体系统结构简单化、模块化

提钩机器人为多关节联动机器人，各部分在工作过程中相互影响。在进行本体结构设计时，结构应该尽量简单，减少传动误差，并具有模块性以便于修理和更换。同时简化模型有助于对其结构进行具体的运动学与动力学分析。

(5)轻量化设计

在满足强度与性能要求的前提下应该尽量使提钩机器人结构轻量化，这不仅有利于提钩机器人速度的提高，同时还可保证相邻两钩的效率。

(6)行走方式合理性

无论是采用轮胎式或是轨道式走行方式，自动提钩机器人的走行范围必须固定，必须满足提钩作业走行要求，同时不能影响编组站其它作业和人员正常行走。

(7)摘钩方式合理性

无论是采用先提钩在旋转的方式摘钩或是采用其余方式进行摘钩，必须要满足提钩工作的要求，并且要保证提钩工作的成功率。

因此，综上所述，有必要提供一种新型手部机构以解决现有技术的不足。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构。本实用新型主要利用滚珠丝杠结构和十字模组形成三轴运动方式，通过多个气缸与摘钩臂的共同作用，从而实现机器人完成自动摘钩工作。本实用新型采用的技术手段如下：

一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，包括：机械手运动结构和与机械手运动结构相连的机械手部结构；

所述机械手运动结构主要由滚珠丝杠结构、置于滚珠丝杠结构上的十字模组和安装在十字模组上的二级伸缩板组成，所述二级伸缩板使在原长一样的情况下伸出的行程更长，保证所述机械手部结构更好的到达摘钩位置；

所述滚珠丝杠结构主要由底板、编码器、丝杠和直线滑轨组成，所述丝杠固定于所述底板上，所述编码器置于所述丝杠的一端，所述直线滑轨安装在所述底板的上表面，位于所述丝杠的两侧；通过所述编码器，使所述机械手部结构精准到达所需要摘钩的位置；

所述十字模组主要由立柱、垂直于立柱设置的直线模组和置于直线模组上的滑块组成；

所述滚珠丝杠结构与所述十字模组形成直线坐标三轴运动方式，通过X、 Y、Z三轴的位置调整找到所需要摘钩的准确位置；

所述机械手部结构包括机械手部后端结构和机械手前端手爪结构，所述机械手部后端结构主要由斜插气缸、摆动气缸、摆动臂和摆动气缸固定架组成，所述斜插气缸安装在所述二级伸缩板上，所述摆动气缸通过所述摆动气缸固定架固定于所述斜插气缸上，所述摆动臂连接在所述摆动气缸的一侧；

所述机械手前端手爪结构主要由摘钩臂、直线气缸、气缸支撑板、第一摘钩板、弹簧和单轴气缸组成，所述直线气缸通过所述气缸支撑板和所述第一摘钩板固定于所述摘钩臂的一端，所述摘钩臂的另一侧置有第二摘钩板，所述第二摘钩板连接有弹簧，以保证在出现操作失误或是其他问题是可以使机械手部机构可以得到一定的缓冲；所述单轴气缸固定与所述摘钩臂的另一端。

进一步地，所述摘钩臂由方管组成，为L形结构，其弯曲处的角度为90 °。

进一步地，所述斜插气缸与所述二级伸缩板成45°设置。

进一步地，所述直线气缸采用双轴气缸，其前端安装钢材，使接触面积变大，保证由于钩的位置不固定或者深入长度不定的影响下，顺利提钩。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，使用气缸作为驱动，单电控电磁阀控制，储气罐供气的结构、当电力系统发生故障后两个夹紧臂可以快速缩回，防止事故发生，保证了安全。

2、本实用新型提供的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，采用二级伸缩板，在原长一样的情况下伸出的行程更大，提高了摘钩的成功率。

3、本实用新型提供的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，在摘钩臂处安装单轴气缸，可以解决一些因车钩位置问题导致的摘钩失败问题，从而提高了摘钩的成功率。

4、本实用新型提供的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，摘钩臂水平角度为45度，位于水平X轴正半轴和水平Y轴正半轴的中心线上，其旋转中心和摆动气缸为同心，这样可以在工作时使摆动气缸受力为最小。

5、本实用新型提供的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，提钩使用双轴气缸并且在气缸前段安装钢材，使接触面积变大，为的是防止钩的位置不固定，或者深入长度不定，导致提钩机构未接触。

基于上述理由本实用新型可在使用铁路摘钩机器人进行摘钩作业等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中机械手运动结构的正视图。

图3为本实用新型中机械手部结构的结构示意图。

图中：1、丝杠；2、十字模组；3、斜插气缸；4、摆动气缸；5、摘钩臂； 6、单轴气缸；7、直线气缸；8、二级伸缩板；9、滚珠丝杠固定端；10、直线滑轨；11、编码器；12、底板；14、滑块；16、立柱；30、第一摘钩板； 31、第二摘钩板；32、弹簧；33、摆动臂；34、摆动气缸固定架。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图所示，本实用新型提供了一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，包括：机械手运动结构和与机械手运动结构相连的机械手部结构。

所述机械手运动结构主要由滚珠丝杠结构、置于滚珠丝杠结构上的十字模组2和安装在十字模组2上的二级伸缩板8组成，所述二级伸缩板8使在原长一样的情况下伸出的行程更长，保证所述机械手部结构更好的到达摘钩位置；所述滚珠丝杠结构主要由底板12、编码器11、丝杠1和直线滑轨10 组成，所述丝杠1固定于所述底板12上，所述编码器11置于所述丝杠1的一端，所述直线滑轨10安装在所述底板12的上表面，位于所述丝杠1的两侧；通过所述编码器11，使所述机械手部结构精准到达所需要摘钩的位置；所述十字模组2主要由立柱16、垂直于立柱16设置的直线模组和置于直线模组上的滑块14组成；所述滚珠丝杠结构与所述十字模组2形成直线坐标三轴运动方式，通过X、Y、Z三轴的位置调整找到所需要摘钩的准确位置；

所述机械手部结构包括机械手部后端结构和机械手前端手爪结构，所述机械手部后端结构主要由斜插气缸3、摆动气缸4、摆动臂33和摆动气缸固定架34组成，所述斜插气缸3安装在所述二级伸缩板8上，所述摆动气缸4 通过所述摆动气缸固定架34固定于所述斜插气缸3上，所述摆动臂33连接在所述摆动气缸4的一侧。

所述机械手前端手爪结构主要由摘钩臂5、直线气缸7、气缸支撑板、第一摘钩板30、弹簧32和单轴气缸6组成，所述直线气缸7通过所述气缸支撑板和所述第一摘钩板30固定于所述摘钩臂5的一端，所述摘钩臂5的另一侧置有第二摘钩板31，所述第二摘钩板31连接有弹簧32，以保证在出现操作失误或是其他问题是可以使机械手部机构可以得到一定的缓冲；所述单轴气缸6固定与所述摘钩臂5的另一端。

优选的，所述摘钩臂5由方管组成，为L形结构，其弯曲处的角度为90 °。

优选的，所述斜插气缸3与所述二级伸缩板8成45°设置。

优选的，所述直线气缸7采用双轴气缸，其前端安装钢材，使接触面积变大，保证由于钩的位置不固定或者深入长度不定的影响下，顺利提钩。

实施例1

如图1-3所示，图1为本实施例所提供的摘钩机器人手部结构的总结构示意图，图2为本实施例所提供的摘钩机器人机械手运动结构的示意图，图 3为本实施例所提供的摘钩机器人机械手部结构的装配示意图。

铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构主要由两大部分组成：一部分为机械手运动机构，主要由滚珠丝杠结构、十字模组2和二级伸缩板8组成；另一部分为机械手部结构，主要由斜插气缸3、摆动气缸4、摘钩臂5、直线气缸 6和单轴气缸7装配组成。(见图1)

各部分组成及功能如下：

(1)滚珠丝杠结构由底板12、编码器11、丝杠1和直线滑轨10组成。 (见图2)

安装方式：将丝杠1固定在底板上12，编码器11固定在丝杠1的一端，直线滑轨10安装在底板12上，位于丝杠1的两边。十字模组安装在丝杠1 上，形成直线坐标三轴运动方式。

(2)十字模组2由立柱16、直线模组及滑块14组成。(见图2)

(3)二级伸缩板8安装在十字模组2上，保证了手部结构可以更好的到达摘钩位置。

上述三例共同组成了铁路驼峰摘钩机器人机械手运动机构，通过编码器 11和传感器的共同作用下，使机械手部结构可以精准的到达所需要摘钩的位置。通过X、Y、Z三轴的位置调整更好的找到所需要摘钩的准确位置。而二级伸缩板8则可以使在原长一样的情况下伸出的行程更长，保证了手部结构可以更好的到达摘钩位置。

由斜插气缸3、摆动气缸4、摆动臂33及摆动气缸固定架34装配组合成机械手部后端结构。(见图3)

安装方式：斜插气缸3安装在二级伸缩板8上，并且和二级伸缩板成45 度。摆动气缸4通过摆动气缸固定架34安装在斜插气缸3上，摆动臂33和摘钩臂5连接在摆动气缸4。

由直线气缸7、气缸支撑板、摘钩板30、31、弹簧32和单轴气缸6装配组合成机械手前段手爪部分。(见图3)

安装方式：直线气缸7通过气缸支撑板和第一摘钩板30固定在摘钩臂5 上。直线气缸7采用双轴气缸，前段安装钢材，使接触面积变大，可以保证因为钩的位置不固定，或者深入长度不定的影响下，顺利提钩。单轴气缸6 固定在摘钩臂5上，在第二摘钩板31处安装弹簧32，以保证在出现操作失误或是其他问题是可以使机械手部结构可以得到一定的缓冲。摘钩臂5由方管组成，为L形结构，其中的弯曲处应保证为90度。

当机械手部结构到达位置后，安装在十字模组2上的二级伸缩板8工作伸出，安装在二级伸缩板8成45度的斜插气缸3工作伸出，使第一摘钩板30和第二摘钩板31准确插到火车钩子杆的两侧，这时两个摘钩板同时可以起到限位的作用。然后直线气缸7工作，伸出，使车钩抬起，同时与摘钩臂 5相连的单轴气缸6工作，为的是车钩到达的位置便于下一步骤的进行，提高摘钩的成功率。然后摆动气缸4进行工作，完成摘钩。当摘钩完成后，摆动气缸4收回，然后直线气缸6收回，最后斜插气缸3收回。至此完成全部的摘钩工作。

本实施例中，使用气缸作为驱动，单电控电磁阀控制，储气罐供气的结构，当电力系统发生故障后气缸可以快速缩回，防止事故发生。如果采用液压机构也可以起到保护作用，但是冬天时液压软管频繁动作造成爆管的风险，而且液压系统维护和造价非常高。当采用电动系统驱动机械手部结构就不能进行断电保护动作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，其特征在于，包括：机械手运动结构和与机械手运动结构相连的机械手部结构；

所述机械手运动结构主要由滚珠丝杠结构、置于滚珠丝杠结构上的十字模组(2)和安装在十字模组(2)上的二级伸缩板(8)组成；

所述滚珠丝杠结构主要由底板(12)、编码器(11)、丝杠(1)和直线滑轨(10)组成，所述丝杠(1)固定于所述底板(12)上，所述编码器(11)置于所述丝杠(1)的一端，所述直线滑轨(10)安装在所述底板(12)的上表面，位于所述丝杠(1)的两侧；通过所述编码器(11)，使所述机械手部结构精准到达所需要摘钩的位置；

所述十字模组(2)主要由立柱(16)、垂直于立柱(16)设置的直线模组和置于直线模组上的滑块(14)组成；

所述滚珠丝杠结构与所述十字模组(2)形成直线坐标三轴运动方式，通过X、Y、Z三轴的位置调整找到所需要摘钩的准确位置；

所述机械手部结构包括机械手部后端结构和机械手前端手爪结构，所述机械手部后端结构主要由斜插气缸(3)、摆动气缸(4)、摆动臂(33)和摆动气缸固定架(34)组成，所述斜插气缸(3)安装在所述二级伸缩板(8)上，所述摆动气缸(4)通过所述摆动气缸固定架(34)固定于所述斜插气缸(3)上，所述摆动臂(33)连接在所述摆动气缸(4)的一侧；

所述机械手前端手爪结构主要由摘钩臂(5)、直线气缸(7)、气缸支撑板、第一摘钩板(30)、弹簧(32)和单轴气缸(6)组成，所述直线气缸(7)通过所述气缸支撑板和所述第一摘钩板(30)固定于所述摘钩臂(5)的一端，所述摘钩臂(5)的另一侧置有第二摘钩板(31)，所述第二摘钩板(31)连接有弹簧(32)；所述单轴气缸(6)固定与所述摘钩臂(5)的另一端。

2.根据权利要求1所述的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，其特征在于，所述摘钩臂(5)由方管组成，为L形结构，其弯曲处的角度为90°。

3.根据权利要求1所述的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，其特征在于，所述斜插气缸(3)与所述二级伸缩板(8)成45°设置。

4.根据权利要求1所述的铁路驼峰作业摘钩机器人手部机构，其特征在于，所述直线气缸(7)采用双轴气缸，其前端安装钢材，使接触面积变大，保证由于钩的位置不固定或者深入长度不定的影响下，顺利提钩。

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