一种集装箱旋锁的自动卸装系统的制作方法

本实用新型涉及一种港口卸装集装箱的自动化系统，具体涉及一种设置于岸桥中转平台上自动拆卸或安装集装箱旋锁的系统。

背景技术：

随着自动化的不断普及，港口在装卸集装箱时已基本实现自动化，目前已经实现激光扫描，岸桥自动抓取集装箱，AGV小车自动运输集装箱。但目前集装箱拆卸、安装旋锁环节仍由人工装卸。自动装卸锁系统是用于港口岸桥中转平台上自动装卸集装箱旋锁的一种系统。通过该系统对岸桥中转平台上的集装箱旋锁进行装卸，可以快速、准确的拆卸、安装集装箱锁，大量减少现场人工，确保现场人员的人身安全，提升港口码头的自动化水平，提高集装箱的装卸效率。自动化装卸锁系统是提升港口码头自动化水平的重要环节，是未来自动化码头不可避免的趋势。

目前国外也有自动化拆装旋锁系统，但是设备较大，成本较高；且设备自动化水平不高，准确性不高，故障较多；设备柔性不足，无法适应多种集装箱。因此需要设计一套装卸锁系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种成本低、自动化程度高、准确高效的装卸集装箱固定旋锁的设备。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种集装箱固定旋锁的自动卸装系统，该系统设置于岸桥的中转平台上，包括集装箱停放平台、工业机器人、机器人行走机构和夹具；集装箱停放平台设于岸桥的中转平台上；机器人行走机构设于中转平台两端；工业机器人安装于机器人行走机构上；工业机器人的末端安装有夹具。

其中，集装箱停放平台采用四个支架结构，均匀平行分布于中转平台的中部上方；工业机器人包括两台端部机器人和中部机器人；所述中部机器人为一台或两台，位于集装箱停放平台的中间两个支架结构之间；当中部机器人为两台时，固定安装于中转平台上；当中部机器人为一台时，通过机器人行走机构设于中转平台上；端部机器人分别安装于对应的机器人行走机构上。

每个支架结构的中间间隔设有两个凸台；每个凸台的两侧均设有一组锲型导向架；每组锲型导向架底部间距大于集装箱宽度。这一组锲型导向架形成上大下小的间距，便于集装箱吊装规整地落入在凸台上，锲型导向架底部间距即可存放集装箱处尺寸稍大于集装箱宽度，不至于集装箱起落时被卡住。

本实用新型自动卸装系统还包括固定旋锁运输线体；固定旋锁运输线体为循环运行线，固定在中转平台上，且围绕在集装箱停放平台下方周侧；固定旋锁运输线体上设有若干可沿固定旋锁运输线体循环运行的置具。每个置具包括托盘和固定于托盘上旋锁存放架，其托盘连接在固定旋锁运输线体上，旋锁存放架上端设有U型槽口，U型槽口尺寸与固定旋锁相适配，适合旋锁垂直吊挂于其上，U型槽口朝向固定旋锁运输线体的外侧。

固定旋锁运输线体上固定设有六个拾放点、一个上件点和一个下件点；拾放点、上件点和下件点处均设有传感器；下件点处设有推锁气缸，推锁气缸位于固定旋锁运输线体的内侧；自动卸装系统还包括下锁轨道和锁销框；下锁轨道位于固定旋锁运输线体的外侧，且正对推锁气缸；下锁轨道与锁销框相连。

夹具包括夹具本体、旋扭装置、夹持装置、连接法兰和视觉装置；旋扭装置和夹持装置固定安装于夹具本体上；旋扭装置包括伺服电机、传动机构和扭头；伺服电机固定在夹具本体上，并通过传动机构与扭头传动相连；夹持装置包括气缸、夹爪；气缸固定安装于夹具本体上；夹爪为两个，水平设置于扭头正下方，且通过气缸控制开合；连接法兰固定在夹具本体一端，夹具通过连接法兰与工业机器人相连；连接法兰的轴向与伺服电机的输出轴轴线相垂直；视觉装置固定安装在夹具本体上，视觉方向与扭头的上下中心轴线平行，且视觉对准两个夹爪之间。

夹持装置还包括连接杆、浮动接头；气缸依次通过连接杆和浮动接头与其中一个夹爪传动相连，该夹爪通过逆向传动装置与另一个夹爪传动相连；逆向传动装置包括齿轮、两个齿条、两根导轨；导轨固定安装在夹具本体上；齿轮通过轴承固定安装于夹具本体上；两个齿条平行设于齿轮两侧，且分别与齿轮相啮合；夹爪分别安装在对应的齿条上；导轨上分别设有可自由滑动的滑块；齿条与对应的导轨上的滑块固定相连。

其中，端部机器人的夹具的传动机构包括传动轴、轴承、轴套；轴套固定在夹具本体上；传动轴通过轴承安装在轴套上，一端通过联轴器与伺服电机相连，另一端与扭头固定相连；

中部机器人的夹具的传动机构包括两个传动轴、两个轴承、两个轴套、两个锥齿轮；轴套固定在夹具本体上；两个传动轴分别通过对应的轴承固定在对应的轴套上；一个传动轴的一端通过联轴器与伺服电机相连，另一端与对应的锥齿轮固定相连；另一个传动轴的一端与对应的锥齿轮固定相连，另一端与扭头固定相连；两个锥齿轮相啮合。

视觉装置包括视觉相机和空气喷嘴；空气喷嘴的喷嘴对着视觉相机的镜头部位；两个夹爪上分别设有光电传感器；夹具还包括上部罩壳和下部罩壳；上部罩壳和下部罩壳固定相连形成夹具的壳体，且设于夹具本体外部；伺服电机、气缸位于壳体内；扭头和夹爪位于壳体外部；传动结构一端位于壳体内部，另一端伸出壳体外与扭头相连。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型集装箱停放平台，可以使集装箱在岸桥中转平台上停放准确，可以适合不同型号（20尺、40尺、45尺）的集装箱停放。

2、本实用新型的工业机器人布置可以卸装到所有集装箱旋锁，并且每个集装箱都可以有两个工业机器人同时卸装旋锁，提高了卸装效率。

3、本实用新型相对现有卸装旋锁设备，自动化程度更上一层：卸装旋锁时可以实现全自动化，旋锁可以由工业机器人拆下放在输送线上运到指定位置推入锁销框内。在安装旋锁时也只需一个人在指定位置上锁即可。

4、本实用新型卸装旋锁系统柔性更大，在卸装集装箱旋锁时可以有很大的容错率。

5、本实用新型的夹具装置可更换扭头，使机器人夹具适合不同旋锁，是系统适用不同旋锁的集装箱装卸。

附图说明

图1为本实用新型自动卸装系统用于20尺集装箱时的结构示意图；

图2为图1中自动卸装系统的侧视图；

图3为图1中机器人行走机构的结构示意图；

图4为图1中固定旋锁运输线体的结构视图；

图5为图4中置具的结构示意图；

图6本实用新型自动卸装系统用于40尺和45尺集装箱时的结构示意图；

图7为图1中端部机器人末端固定的夹具的结构示意图；

图8为图7中夹具本体的结构示意图；

图9为图7中旋扭装置的结构示意图；

图10图7中夹持装置的结构示意图；

图11为图7中夹具的整体外观图；

图12为图1中中部机器人末端固定的夹具的结构示意图；

图13为图12中旋扭装置的结构示意图；

图14为图12中夹具的整体外观图。

图中，1-中转平台，2-集装箱停放平台，3-端部机器人Ⅰ，4-端部机器人Ⅱ，5-中部机器人Ⅲ，6-中部机器人Ⅳ，7-机器人行走机构，8-固定旋锁运输线体，8.1-置具，8.1.1-U型槽口，8.2-推锁气缸，8.3-下锁轨道，9-旋锁，10-旋锁夹具I，11-旋锁夹具II，12-锁销框，13-20尺集装箱，14-40尺集装箱，15-45尺集装箱，101-夹具本体I，102-旋扭装置I，102.1-扭头，102.2-传动结构I，102.2.1-传动轴，102.2.2-轴承，102.2.3-轴套，102.3-联轴器，102.4-伺服电机，103-夹持装置，103.1-夹爪1，103.2-夹爪2，103.3-光电传感器，103.4-齿条，103.5-齿轮，103.6-导轨，103.7-连接杆，103.8-浮动接头，103.9-气缸，104-视觉装置，104.1-视觉相机，104.2-空气喷嘴，105-上部罩壳I，106-下部罩壳I，101a-夹具本体II，102a-旋扭装置II，102.2a-传动结构II，102.2a.1-传动轴1，102.2a.2-传动轴2，102.2a.3-轴承，102.2a.4-轴套，102.2a.5-锥齿轮，105a-上部罩壳II，106a-下部罩壳II。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型集装箱固定旋锁的自动卸装系统搭载于岸桥的中转平台1上，根据中转平台1的空间对系统设备进行了如图1所示布局。系统包括集装箱停放平台 2；四台工业机器人（包括端部机器人Ⅰ 3和端部机器人Ⅱ 4，中部机器人Ⅲ 5和中部机器人Ⅳ 6）；两台机器人行走机构7（当中部机器人仅设置1台时，需要在中间加设一台机器人行走机构7）；固定旋锁运输线体8；夹具I 10、夹具II 11。

图1、图2以较复杂的四个20尺集装箱卸装旋锁进行说明，其中20尺集装箱 13停放在集装箱停放平台2上，其中集装箱停放平台2采用四个支架结构，均匀平行分布于中转平台的中部上方。每个支架结构中间设有两个凸台，凸台两侧设有锲型导向架，对集装箱进行导向定位使集装箱可以停放的相对准确，即使集装箱在短边方向停放准确。且集装箱的短边方向的长度略大于凸台在该方向上的长度，使得集装箱在凸台上停放时，集装箱的四角悬空方便机器人进行旋锁卸装；长边方向则由岸桥自身精度控制。这样设计（长边方向无定位）的好处也是可以适合不同长度（20尺、40尺、45尺）集装箱装卸。

工业机器人分别设置在中转平台1两端和中转平台1中部，端部机器人Ⅰ 3负责左边两个集装箱的左边四个孔，如图Ⅰ孔；端部机器人Ⅱ 4负责右边两个集装箱的右边四个孔，如图Ⅱ孔；中机器人Ⅲ负责左边集装箱右端的两个孔和右边集装箱左端的两个孔如图Ⅲ孔；中部机器人Ⅳ负责左边集装箱右端的两个孔和右边集装箱左端的两个孔如图Ⅳ孔。

机器人行走机构7分别平行设置于中转平台两端，端部机器人3、4安装于机器人行走机构上，可以在机器人行走机构上来回移动，以弥补机器人可达空间不足的缺陷。中部机器人5、6直接安装在中转平台1中间，且位于集装箱停放平台的中间两个支架结构之间。如中部机器人只设置一台时，在中间加设一个平行设置的机器人行走机构7，使中部机器人可以来回移动。

结合图3，机器人行走机构7采用现有结构，利用伺服电机带动导轨上的行走架体运动，可使工业机器人精确停留在导轨上的任意位置，实现机器人两个工位的拆装旋锁工作，减少机器人数量，降低整个系统的成本。

端部机器人Ⅰ 3和端部机器人Ⅱ 4的末端装有旋锁夹具I 10，结合图7，旋锁夹具I 10包括夹具本体I 101、旋扭装置I 102、夹持装置103、视觉装置104、上部罩壳I 105和下部罩壳I 106。旋扭装置I 102、夹持装置103、视觉装置 104都装于夹具本体I 101上，视觉装置 104与夹持装置103分别设置于旋扭装置102的左右两侧。如图8所示，夹具本体I 101上设有各种接口用于旋扭装置I 102、夹持装置103、视觉装置104的安装，夹具本体I 101侧面设有连接法兰，连接法兰轴线与旋扭装置I 102的轴线垂直，连接法兰可与机器人末端法兰相连。

如图9所示，旋扭装置I 102包括扭头102.1、传动结构102.2、联轴器102.3、伺服电机102.4，传动结构102.2包括有传动轴 102.2.1、轴承 102.2.2、轴套 102.2.3，传动轴102.2.1通过轴承102.2.2固定于轴套102.2.3内可自由转动，轴套102.2.3通过法兰固定安装于夹具本体I 101上，伺服电机102.4亦通过法兰安装于夹具本体I 101上且与传动结构102.2轴线同轴，传动轴102.2.1与伺服电机102.4用联轴器102.3相连。扭头102.1通过螺钉安装于传动轴102.2.1末端，扭头102.1可以根据旋锁情况进行更换。

如图10所示，本实用新型夹持装置103包括夹爪103.1和103.2、齿条103.4、齿轮103.5、2个导轨103.6、连接杆103.7、浮动接头103.8、气缸103.9。2个导轨103.6上均设有滑块，滑块可沿导轨滑动，2个导轨103.6固定于夹具本体I 101上，齿轮103.5通过轴承固定于夹具本体I 101上可自由转动，齿轮位于2个导轨中间；夹爪103.1和103.2分别安装在对应的齿条103.4上，2个齿条103.4分别安装于对应导轨103.6的滑块上，2个齿条齿面相对且平行，此时2个齿条同时啮合于齿轮103.5上；连接杆103.7一端通过浮动接头103.8与夹爪103.1相连，一端与气缸103.9相连。气缸103.9固定安装于夹具本体I 101上，气缸103.9伸出可带动夹爪103.1张开，同时夹爪103.1依次通过齿条、齿轮、齿条带动夹爪103.2反向运动，这样2个夹爪即为张开。反之气缸缩回可使2个夹爪实现夹紧动作。夹爪103.1、103.2上均装有光电传感器，2个光电传感器形成对射，当有旋锁工件时可阻断对射，当没有旋锁工件时，可对射感应，以检测夹具是否夹持有旋锁。

结合图7、图11，视觉装置104安装于夹具本体I 101上，紧邻于旋扭装置I 102，视觉装置104包括视觉相机104.1和空气喷嘴104.2。视觉相机104.1采用红外成像，其镜头对准夹持旋锁方向（即两个夹爪103.1、103.2之间），可以对安装旋锁的集装箱锁孔或放置旋锁的置具进行视觉定位，可以引导旋锁夹具所安装的工业机器人对准锁孔。空气喷嘴104.2，贴合在夹具本体上，对准视觉相机104.1镜头，用于吹去相机镜头的灰尘与其他杂质，保证视觉装置正常工作。

如图11所示，整个夹具都使用上部罩壳I 105、下部罩壳I 106保护起来形成外壳体，旋锁夹具仅有旋扭I 102装置中的传动结构末端和连接在传动结构末端的扭头102.1、视觉装置104的视觉相机104.1镜头、空气喷嘴104.2；夹持装置103的2个夹爪裸露在装置外面，其余设备均在外壳体内部。

中部机器人Ⅲ5和中部机器人Ⅳ6的末端装有旋锁夹具II11，结合图12，旋锁夹具II 11包括夹具本体II 101a、旋扭装置II 102a、夹持装置103、视觉装置104、上部罩壳I 105a和下部罩壳I 106a。夹持装置103、视觉装置104、夹具本体II 101a、上部罩壳105a和下部罩壳106a的位置关系同旋锁夹具I 10。夹持装置103、视觉装置104的结构同旋锁夹具I 10。

该旋锁夹具II 11的伺服电机102.4与扭头102.1轴线垂直，下面结合图12~图14对旋锁夹具II 11进行描述。

如图12所示，基本原理与旋锁夹具I 10相同，夹具本体结构和旋扭装置有所不同。夹具本体II 101a的机器人安装法兰的轴线与扭头的轴线同轴，伺服电机2.4轴线与扭头的轴线垂直；夹持装置、旋扭装置、视觉装置都安装在夹具本体II 101a上。

如图13所示，旋扭装置II 102a包括传动轴1 102.2a.1，传动轴2 102.2a.2，2个轴承 102.2a.3，2个轴套102.2a.4，2个锥齿轮 102.2a.5，伺服电机102.4和扭头102.1。传动轴1 102.2a.1通过轴承102.2a.3安装于轴套102.2a.4内并可自由转动，传动轴轴端装有锥齿轮 102.2a.5；传动轴2 102.2a.2同样通过轴承102.2a.3安装于轴套102.2a.4内并可自由转动，轴端装有锥齿轮；2个轴套通过法兰安装于夹具本体II 101a上；2个锥齿轮相互啮合，伺服电机102.4与传动轴1 102.2a.1通过联轴器102.3相联接，扭头102.1安装于传动轴2 102.2a.2轴端，伺服电机102.4转动即可通过传动轴、锥齿轮传动到扭头102.1上，对旋锁锁芯旋扭实现开锁动作，伺服电机102.4与扭头102.1轴线垂直。

如图14所示，旋锁夹具II 11同样使用上部罩壳105a、下部罩壳 106a保护起来，旋锁夹具II 11与旋锁夹具I 10一样仅有部分结构裸露在外部，这样是整个夹具可在户外使用，有一定防尘、防水的防护功能。

结合图4，固定旋锁运输线体8沿集装箱锁孔下方布置，即围绕在集装箱停放平台下方周侧。固定旋锁运输线体8上设有若干置具8.1，置具8.1在固定旋锁运输线体8上循环运行。固定旋锁运输线体8上对应集装箱锁孔设置有六个拾放点（如图1所示a位置），同时固定旋锁运输线体8还设有一个人工上件点（如图1所示b位置），一个自动下件点（如图1所示c位置），六个拾放点、一个人工上件点和一个自动下件点可以对循环运行的置具进行截停，并且每个位置都装有传感器检测置具和置具内是否有旋锁，以控制整个运输线体上各段的数量和旋锁的数量。自动下件点处设有推锁气缸8.2，推锁气缸8.2位于固定旋锁运输线体8的内侧；下锁轨道8.3位于固定旋锁运输线体的外侧，且正对推锁气缸；下锁轨道8.3与锁销框12相连。

结合图5，置具8.1为框架结构，包括托盘和固定于托盘上旋锁存放架，其托盘连接在固定旋锁运输线体上，旋锁存放架上端设有U型槽口8.1.1，U型槽口8.1.1尺寸与固定旋锁相适配，适合固定旋锁垂直吊挂于其上，U型槽口朝向固定旋锁运输线体的外侧。当置具8.1在运输线体上运动到该位置被截停，置具上U型槽口对准下锁轨道，推锁气缸8.2即可将旋锁推下运输线体通过下锁轨道滑动到锁销框内，从而达到回收旋锁目的。

拆锁时，固定旋锁运输线体8上置具8.1内无需放旋锁，即b位置无需人工上件，机器人将卸船后的集装箱进行拆锁操作，各拾放点有传感器可感应无锁置具并截停，等待机器人将拆下旋锁放在固定旋锁运输线体8上的置具8.1内运到下件位（c位置），c位置检测到置具内有旋锁时推锁气缸8.2可将旋锁推下运输线体，通过下锁导轨8.3导入到锁销框12内。

装锁时，需要人工对固定旋锁运输线体8进行上件操作，b位置人工上件时看到有空置具上件即可，锁会通过运输线体上的置具运输到各个拾放点，各拾放点有传感器可感应有锁置具并截停等待机器人抓取，机器人抓取旋锁后可对即将装船集装箱进行装锁操作。

如图6所示，为装卸40尺、45尺集装箱时，中间两台中部机器人收起无动作，机器人收起位姿对集装箱无干涉。其他运行原理同上述描述。

由岸桥对自动装卸锁系统下发信号，告诉系统岸桥吊装下的是何种集装箱，是拆卸旋锁还是安装旋锁，自动装卸锁系统会根据岸桥下发信号选择不同模式调动不同机器人进行装卸锁工作。

综上所述，本集装箱卸装旋锁系统可适应多种型号集装箱，可适应多种型号的旋锁，可以提高港口的自动化程度。