用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，包括抓取机械手、小段提升机构、二自由度水平移动机构和提拉倾倒机构，所述抓取机械手与小段提升机构相联接以带着抓取机械手进行竖直方向上的自动位置调整，所述小段提升机构连接二自由度水平移动机构，所述二自由度水平移动机构对接提拉倾倒机构，所述提拉倾倒机构从抓取机械手接过垃圾桶以完成倾倒作业，通过所述小段提升机构和二自由度水平移动机构的动作协调弥补停车位置的随机性导致抓取机械手与垃圾桶之间的横向、纵向、垂向位置之差。本发明具有多自由度、全过程自动化、环境适应性强、可靠性高、作业效率高、具有较佳环境友好性等优点。
【专利说明】用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到环卫机械装备领域，特指一种适用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，通过抓取、提拉、翻转垃圾桶来实现自动化倾倒垃圾至垃圾车车厢。
【背景技术】
[0002]收集垃圾桶垃圾是城市垃圾收集过程的基本环节。目前，普遍存在两种收集模式，
(I)靠人手取出垃圾桶的内筒，以人力搬运并倾倒垃圾进小型垃圾车(多数是手拉翻斗车)车厢；(2)针对底部装有两个拖轮的垃圾桶，环卫工人需要下车后用人手拖动垃圾桶到垃圾车边，挂上挂钩，然后操作升降机构，倾倒垃圾到垃圾车厢；之后，再用人手拖回垃圾桶放置原位。然而，随着城市迅速扩张和城市环境质量要求越来越高，这类过分地依赖人力的劳动密集型作业方式的局限性越来越突出，发展具有高作业效率的智能化技术与装备是必然的趋势。
[0003]有从业者提出了通过机器手抓取垃圾桶的技术，其垃圾桶抓取装置主要是采用纵向布置液压缸，通过连杆进而驱动整个手指绕指部旋转轴旋转，这样虽然能节省一个液压缸，但由于添加了一套连杆机构，因此整套机构的纵向几何尺寸增大，这对垃圾车车辆底盘空间狭小提出了挑战，而且连杆间力的传递容易造成机构卡死，加上垃圾桶夹取动作的频繁性，机构可靠性较低。另一方面，现有机构采用的夹紧手指都未添加辅助装置，单纯的利用刚性手指夹紧垃圾桶，致使垃圾桶大多情况下被夹扁，甚至还有出现垃圾桶滑落的现象。同时，上述方式中的垃圾桶举升装置大多采用连杆机构，即四杆机构或平行四杆机构外加其他辅助机构，这种机构虽然可以完成举升动作，但空间几何尺寸大，垃圾桶上升过程中出现运动不平稳、定位精度差，加上连杆过长、满装垃圾桶质量大，在提升过程中，端部载荷导致弯矩很大，致使连杆铰接处受力过大，容易破坏，而且还产生较大的惯性力，这对整套机构的动作运行都是不利的。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种多自由度的、全过程自动化、环境适应性强、可靠性高、作业效率高、具有较佳环境友好性的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，包括抓取机械手、小段提升机构、二自由度水平移动机构和提拉倾倒机构，所述抓取机械手与小段提升机构相联接以带着抓取机械手进行竖直方向上的自动位置调整，所述小段提升机构连接二自由度水平移动机构，所述二自由度水平移动机构对接提拉倾倒机构，所述提拉倾倒机构从抓取机械手接过垃圾桶以完成倾倒作业，通过所述小段提升机构和二自由度水平移动机构的动作协调弥补停车位置的随机性导致抓取机械手与垃圾桶之间的横向、纵向、垂向位置之差。
[0006]作为本发明的进一步改进:所述抓取机械手包括固定于小段提升机构上的抓取机械手基座、手指及手指驱动液压缸，所述手指驱动液压缸呈横向布置，一端通过销或轴与手指的指部基座铰接，另一端与手指上手指末端的根部固接杆铰接，所述手指驱动液压缸的伸长与收缩驱动旋转手指绕手指旋转轴转动以完成垃圾桶的夹紧与释放。
[0007]作为本发明的进一步改进:所述手指末端处设有一套弹性材料制成的半指，所述半指可绕半指旋转轴旋转，所述半指的一侧通过缓冲弹簧与手指末端连接。
[0008]作为本发明的进一步改进:所述小段提升机构包括举升液压缸及与抓取机械手基座固接的固定齿条，所述举升液压缸上端通过销轴与举升液压缸支座铰接，下端通过齿轮轴与并排双齿轮铰接；所述并排双齿轮分别与固定齿条和移动齿条配合，在齿轮齿条传动下，移动齿条上下移动以带动整个抓取机械手上下移动。
[0009]作为本发明的进一步改进:所述移动齿条与提升座基体上分别开设两半孔且与水平设置的两根提升轴配合，两根所述提升轴的轴端分别与指部基座根部连接，所述手指的指部基座根部与直线导轨的滑块固接，所述滑块在滑轨上下移动，所述滑轨与基座固接，所述移动齿条上下移动以带动整个抓取机械手沿滑轨上下移动。
[0010]作为本发明的进一步改进:所述二自由度水平移动机构包括安装于垃圾收集车车厢底部车架上的支座、Y向轨道、Y向液压缸、X向轨道和X向液压缸，所述Y向轨道在车辆侧面与小段提升机构固接，在Y向液压缸的作用下Y向轨道伸缩以实现抓取机械手横向位置可调；在X向液压缸的作用下X向轨道伸缩以实现抓取机械手在水平纵向位置可调。
[0011]作为本发明的进一步改进:所述提拉倾倒机构包括夹持机构、滑轨、提拉液压缸和提拉杆，夹持机构包括夹紧驱动电机和驱动丝杠以夹持垃圾桶，从抓取机械手转移垃圾桶到提拉倾倒机构，并沿滑轨提升垃圾桶。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，适合高端垃圾收集车自动化作业，不需要环卫工人下车协助，作业效率高。
[0013]2、本发明的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，具有空间三自由度的运动能力，环境适应性强，有效解决了停车位置的随机性影响机械手抓取垃圾桶的准确性问题。
[0014]3、本发明的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，机械手手指具有防止撞击和损坏垃圾桶或防垃圾桶滑落的针对性设计。
[0015]4、本发明的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，采用小段提升机构的轻量化设计，可以悬臂梁机构端部载荷过大，导致结构笨重的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明在具体应用实例中处于初始状态条件下的主视结构原理示意图。
[0017]图2是本发明中抓取机械手一个视角的局部示意图。
[0018]图3是本发明中抓取机械手另一个视角的局部示意图。
[0019]图4是本发明中小段提升机构的主视原理示意图。
[0020]图5是本发明中小段提升机构的侧视原理示意图。
[0021]图6是本发明中二自由度水平移动机构一个视角的原理示意图。
[0022]图7是本发明中二自由度水平移动机构另一个视角的原理示意图。[0023]图8是本发明中提拉倾倒机构的原理示意图。
[0024]图例说明:
1、抓取机械手基座；2、手指末端；3、手指旋转轴；4、手指驱动液压缸；5、半指旋转轴；
6、半指；7、手指；8、根部固接杆；9、指部基座；10、?封橡I父；11、举升液压缸支座；12、举升液压缸；13、固定齿条；14、齿轮轴；15、并排双齿轮；16、滑块；17、滑轨；18、销轴；19、缓冲弹簧；20、提升轴；21、提升座；22、移动齿条；23、Y向轨道；24、X向液压缸；25、X向轨道；26、X向滚轮；27、Y向液压缸；28、支座；29、抓取机械手；30、小段提升机构；31、二自由度水平移动机构；32、提拉倾倒机构；33、夹持机构；34、夹紧驱动电机；35、驱动丝杠；36、提拉杆；37、提拉滑轨；38、提拉液压缸；39、垃圾车厢入口盖。
【具体实施方式】
[0025]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0026]如图1所示，本发明的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，为一种可自动化抓取、提拉垃圾桶并实现倾倒垃圾桶垃圾至垃圾车车厢的多自由度联合机构，具有三维空间的运动能力。它包括:抓取机械手29、小段提升机构30、二自由度水平移动机构31、提拉倾倒机构32 ;其中，抓取机械手29与小段提升机构30相联接，小段提升机构30联接二自由度水平移动机构31，二自由度水平移动机构31对接提拉倾倒机构32。小段提升机构30可以带着抓取机械手29进行竖直方向上的自动位置调整，二自由度水平移动机构31可以带着小段提升机构30及抓取机械手29进行水平方向、前后方向上的自动位置调整，提拉倾倒机构32则用来从抓取机械手29接过垃圾桶以完成倾倒作业。即在工作时，通过小段提升机构30和二自由度水平移动机构31的动作协调，可以弥补停车位置的随机性导致抓取机械手29与垃圾桶之间的横向、纵向、垂向位置之差，然后通过抓取机械手29准确抓取垃圾桶。当二自由度水平移动机构31缩回车侧后，抓取机械手29将垃圾桶转交给提拉倾倒机构32。提拉倾倒机构32的提升机构与倾倒机构联动配合，将倾倒垃圾桶垃圾入垃圾车车厢。倾倒垃圾任务完成后，上述动作可逆，可以重新放置垃圾桶回原位。上述各类动作依靠驾驶员在驾驶室内遥控操作实现，相关驱动机构可以是液压、电驱或其它类似机械驱动，这里的描述仅以液压为例。
[0027]如图2和图3所示，本实施例中，抓取机械手29包括固定于小段提升机构30上的抓取机械手基座1、手指7及其动作机构。其中，抓取机械手基座I上设有密封橡胶10，横向布置的手指驱动液压缸4 一端通过销或轴与指部基座9铰接，另一端与手指末端2的根部固接杆8铰接，手指驱动液压缸4的伸长与收缩驱动旋转手指7绕手指旋转轴3转动，完成垃圾桶的夹紧与释放。在夹紧垃圾桶过程中，半指6预先接触垃圾桶，对垃圾桶产生预夹紧力，在整个手指7的旋转夹紧过程中，缓冲弹簧19能够很好地保证半指6与垃圾桶表面的接触，保护垃圾桶免受夹扁的破坏。在上述结构中，手指驱动液压缸4横向布置，可有效减小指部基座9的纵向几何尺寸，突出部分占用空间小；手指末端2进一步添加一套弹性材料制成的半指6，半指6可绕半指旋转轴5旋转，加上半指6 —侧通过缓冲弹簧19与手指末端2连接，在夹紧垃圾桶的过程中能够很好的保证其与垃圾桶表面的紧密接触，也可以避免夹持过程对垃圾桶造成损伤。
[0028]如图4和图5所示，小段提升机构30既是抓取机械手29的支座，也可以调节抓取机械手29与被抓取垃圾桶之间的垂向相对位置，它包括固定齿条13与抓取机械手基座I固接，举升液压缸12上端通过销轴18与举升液压缸支座11铰接，下端通过齿轮轴14与并排双齿轮15铰接，并排双齿轮15分别与固定齿条13和移动齿条22配合，在齿轮齿条传动下，移动齿条22便可上下移动，并能获得较大的行程。移动齿条22与提升座21基体上分别开设两半孔，恰好与水平设置的两根提升轴20配合，通过螺栓紧固在一起，而两提升轴20的轴端又分别与手指7的指部基座9根部连接，指部基座9根部又与直线导轨的滑块16固接，滑块16能够在滑轨17上下移动，滑轨17与抓取机械手基座I固接，移动齿条22上下移动就间接带动整个抓取机械手29沿滑轨17上下移动，调整其垂向位置。在上述结构中，小段提升机构30既是抓取机械手29的支座，也可以调节抓取机械手29与被抓取垃圾桶之间的垂向相对位置。更重要的是，采用小段提升机构30，而不是采用具有垃圾车车厢顶部高度的整体提升机构，可以避免伸出机械手到路边的悬臂梁结构端部的过大载荷，导致结构笨重，属于轻量化设计，确保结构强度、刚度要求。
[0029]如图6和图7所示，本实施例中，二自由度水平移动机构31安装于垃圾收集车车厢底部的车架上，主要是用于调节抓取机械手29与被抓取垃圾桶之间的水平纵向和横向相对位置，具体结构包括支座28将二自由度水平移动机构31安装于垃圾收集车车厢底部的车架上，Y向轨道23，该导轨在车辆右侧方向的外端与小段提升机构30固接，在Y向液压缸27作用下，Y向轨道23可伸缩，实现抓取机械手29横向位置可调。X向轨道25、X向液压缸24及X向滚轮26实现抓取机械手29在水平纵向位置可调。在上述结构中，联合小段提升机构30的垂向位置可调功能，解决了随机停车位置导致抓取机械手29与垃圾桶之间的横向、纵向、垂向位置之差的问题，确保抓取机械手29能够准确抓取垃圾桶。
[0030]如图8所示，本实施例中，提拉倾倒机构32包括夹持机构33，在其夹紧驱动电机34和驱动丝杠35作用下，夹持垃圾桶，实现从抓取机械手29转移垃圾桶到提拉倾倒机构，并沿提拉滑轨37提升垃圾桶。接着在提拉液压缸38和提拉杆36的联动作用下，打开垃圾车厢入口盖39的同时，实现被夹持的垃圾桶翻转，并倾倒垃圾到垃圾车厢。在倾倒垃圾桶垃圾完毕后，提拉倾倒机构32可以夹持并下放空垃圾桶，转交给抓取机械手29，在小段提升机构30和二自由度水平移动机构31的配合下，抓取机械手29可以将垃圾桶安全、可靠地放回原位。
[0031]具体实践应用时，驾驶员根据驾驶室内视频环境监控信息，停靠车辆时尽可能保持抓取机械手29对齐路边待收集垃圾的垃圾桶。
[0032]驾驶员根据驾驶室内视频环境监控信息，遥控操作二自由度水平移动机构31进一步调整抓取机械手29的纵向位置，同时伸出抓取机械手29到路边。通过控制小段提升机构30调整抓取机械手29在垃圾桶桶身合适位置抓取垃圾桶，避免停车随性带来的横向、纵向、垂向位置之差。
[0033]操纵二自由度水平移动机构31将抓取机械手29连同垃圾桶收回车辆侧边，并调整指提拉倾倒机构32对接位置。提拉倾倒机构32通过夹持机构33夹持垃圾桶，然后抓取机械手29松开垃圾桶。提拉倾倒机构32再把垃圾桶贴着车厢的提拉滑轨37提升垃圾桶到车厢高度，同时联动打开垃圾车厢入口盖39，在合适位置翻转垃圾桶，准确将垃圾桶垃圾倾倒到垃圾车厢内。
[0034]提拉倾倒机构32夹持清空后的垃圾桶沿提拉滑轨37下放，同时联动盖好垃圾车厢入口盖39。下落到抓取机械手29位置，由抓取机械手29抱紧垃圾桶，然后提拉倾倒机构32释放垃圾桶。
[0035]二自由度水平移动机构31伸出抓取机械手29，同时结合小段提升机构30协同动作，实现抓取机械手29将垃圾桶放回原位。
[0036]抓取机械手29释放垃圾桶后，经二自由度水平移动机构31和小段提升机构30协同，将抓取机械手29收回，并调整到可靠、安全放置状态。至此，一次垃圾桶收集任务完成，垃圾车前往下一个任务点。
[0037]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，包括抓取机械手(29)、小段提升机构(30)、二自由度水平移动机构(31)和提拉倾倒机构(32)，所述抓取机械手(29 )与小段提升机构(30 )相联接以带着抓取机械手(29 )进行竖直方向上的自动位置调整，所述小段提升机构(30)连接二自由度水平移动机构(31)，所述二自由度水平移动机构(31)对接提拉倾倒机构(32)，所述提拉倾倒机构(32)从抓取机械手(29)接过垃圾桶以完成倾倒作业，通过所述小段提升机构(30)和二自由度水平移动机构(31)的动作协调弥补停车位置的随机性导致抓取机械手(29)与垃圾桶之间的横向、纵向、垂向位置之差。
2.根据权利要求1所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述抓取机械手(29)包括固定于小段提升机构(30)上的抓取机械手基座(I)、手指(7)及手指驱动液压缸(4)，所述手指驱动液压缸(4)呈横向布置，一端通过销或轴与手指(7)的指部基座(9 )铰接，另一端与手指(7 )上手指末端(2 )的根部固接杆(8 )铰接，所述手指驱动液压缸(4)的伸长与收缩驱动旋转手指(7)绕手指旋转轴(3)转动以完成垃圾桶的夹紧与释放。
3.根据权利要求2所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述手指末端(2)处设有一套弹性材料制成的半指(6),所述半指(6)可绕半指旋转轴(5)旋转，所述半指(6 )的一侧通过缓冲弹簧(19)与手指末端(2 )连接。
4.根据权利要求2或3所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述小段提升机构(30)包括举升液压缸(12)及与抓取机械手基座(I)固接的固定齿条(13)，所述举升液压缸(12)上端通过销轴(18)与举升液压缸支座(11)铰接，下端通过齿轮轴(14)与并排双齿轮(15)铰接；所述并排双齿轮(15)分别与固定齿条(13)和移动齿条(22 )配合，在齿轮齿条传动下，移动齿条(22 )上下移动以带动整个抓取机械手(29 )上下移动。
5.根据权利要求4所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述移动齿条(22 )与提升座(21)基体上分别开设两半孔且与水平设置的两根提升轴(20 )配合，两根所述提升轴(20 )的轴端分别与指部基座(9 )根部连接，所述手指(7 )的指部基座(9)根部与直线导轨的滑块(16)固接，所述滑块(16)在滑轨(17)上下移动，所述滑轨(17)与抓取机械手基座(I)固接，所述移动齿条(22)上下移动以带动整个抓取机械手(29)沿滑轨(17)上下移动。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述二自由度水平移动机构(31)包括安装于垃圾收集车车厢底部车架上的支座(28),Y向轨道(23)、Y向液压缸(27)、Χ向轨道(25)和X向液压缸(24)，所述Y向轨道(23)在车辆侧面与小段提升机构(30)固接，在Y向液压缸(27)的作用下Y向轨道(23)伸缩以实现抓取机械手(29)横向位置可调；在乂向液压缸(24)的作用下X向轨道(25)伸缩以实现抓取机械手(29)在水平纵向位置可调。
7.根据权利要求1或2或3所述的用于垃圾桶的自动抓取、提拉与倾倒联合机构，其特征在于，所述提拉倾倒机构(32)包括夹持机构(33)、提拉滑轨(37)、提拉液压缸(38)和提拉杆(36)，夹持机构(33)包括夹紧驱动电机(34)和驱动丝杠(35)以夹持垃圾桶，从抓取机械手(29 )转移垃圾桶到提拉倾倒机构(32 )，并沿滑轨(37 )提升垃圾桶。
【文档编号】B65F3/02GK103922059SQ201410173582
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】刘克利, 文桂林, 周华安 申请人:湖南大学