装车机机械臂自动感应开合爪装置

本发明涉及自动装车，尤其涉及一种装车机机械臂自动感应开合爪装置。

背景技术：

1、随着工业自动化的不断发展，机械臂自动开合爪得到广泛的应用，特别是自动装车行业，传统的人工装卸方式存在着强度大、效率低、易出错等问题，自动装车机搭配机械臂自动感应开合爪夹持或放置物品，不仅降低人工的劳动强度，而且大大提高了生产效率和生产质量，现已广泛应用于放置货物、装车、制造等各领域。

2、公开号为cn115436102a的现有专利，公开了一种柱状机械抓斗式底样采泥器，包括连接板，所述连接板底部通过转轴转动连接有两个抓斗，两个所述抓斗顶部均为水平设置，两个所述抓斗表面均固定连接有拉杆，该发明通过设置浮板，使开槽内部浮板上浮辅助将防护膜顶起，从而可以将抓斗上方的泥沙冲刷，避免泥沙堆积在内部，但由于其骨架结构较单一，且为纯机械化，在目前自动装车机领域，很多装车机在进行放置作业时，无法设定高度，仅通过机械结构控制开合爪的开合，导致在作业时，开合爪落料位置距离下方承接面（如装车机车厢底板或传送带）大于开合爪的宽度，这样才能使开合爪顺利向下旋转打开，致使落料高度（自由落体高度）不能进一步减小，导致物品损坏风险以及物品包装破损的风险。当物品中包含易损件时物品损坏的风险更高。

3、为了解决以上问题，如果降低装车货物距离承接面（也是货物放置面）的高度、电机通过连杆机构控制开合爪开合时，机械爪底部会接触货物或承接面，导致无法完成开合动作。因此开合爪电机必须精确转动半周或一周实现开合爪半开启或闭合，控制难度高，且经过长期作业后，很难保证达到精确转动半周或一周，导致不能顺利完成开合爪开合的动作，可靠性低。

4、落料时，影响落料高度的有两个因素。

5、一是充分释放物料。开合板打开时，需要保证物料在下方承载面上的堆积高度小于打开状态下的开合板底端与承载面之间的间距（将此间距称为d1），否则开合板关闭时可能重新把物料托起来。

6、二是开合板旋转打开时，会向下凸出框架d2距离，结合第一项因素，落料高度不得小于d1+d2，否则开合板关闭时，可能重新把物料托起来，甚至损坏物料或其包装。现有技术中，落料高度通常在75至100厘米。

7、本发明的第一个设计思路，是通过结构设计，缩短d2从而缩短落料高度且不影响开合爪顺利向下旋转打开，从而显著降低物品或包装的损坏风险。

8、本发明的第二个设计思路，是通过动作安排，将先关闭开合板再提升框架修改为先提升框架再关闭开合板，使得落料高度只需要不小于d2就可以了，大幅降低物品或包装的损坏风险。

9、本发明的第三个设计思路，是结合传感器来实现落料的精确控制，避免倾斜落料，保障落料平稳顺利。

技术实现思路

1、本发明的目的在于通过结构设计，缩短开合板旋转打开时向下凸出框架的距离且不影响开合爪顺利向下旋转打开，从而显著降低物品损坏风险。

2、为实现上述目的，本发明的装车机机械臂自动感应开合爪装置包括安装在装车机机械臂末端的框架，框架底部连接有左右对称设置的左开合板和右开合板，左开合板和右开合板闭合时左右顶压在一起从而承载上方物品，左开合板和右开合板打开时左右分离从而使物品下落；

3、框架底端前后两侧对称设有水平孔，左开合板的右下部前后两侧分别设有左下轴，右开合板的左下部前后两侧分别设有右下轴；

4、左下轴和右下轴分别滑动穿入对应的水平孔中从而减小左开合板和右开合板在旋转打开时的其底端向下伸出框架的距离；

5、左开合板的上部前后两侧通过左活动连接结构与框架活动连接，框架底端的左前侧和/或左后侧铰接有左液压缸，左液压缸的伸出杆与左活动连接结构相铰接并用于控制左开合板的打开或关闭动作；

6、右开合板的上部前后两侧通过右活动连接结构与框架活动连接，框架底端的右前侧和/或右后侧铰接有右液压缸，右液压缸的伸出杆与右活动连接结构相铰接并用于控制右开合板的打开或关闭动作。

7、框架为矩形框架并具有左前腿、左后腿、右前腿和右后腿；

8、所述左活动连接结构采用左铰接杆或左竖滑孔；

9、采用左铰接杆时，左铰接杆前后对称设有两个，两个左铰接杆的下端分别对应铰接在左前腿和左后腿的底端；两个左铰接杆上端分别转动连接有左连接轴，两个左连接轴分别与左开合板的左上部前侧面和左上部后侧面相连接，左液压缸的伸出杆与左连接轴或左铰接杆通过铰接座和铰接轴转动连接；

10、采用左竖滑孔时，左液压缸的伸出杆通过铰接座和铰接轴转动连接有左连接轴，左连接轴与左开合板的左上部前侧面或左上部后侧面相连接；

11、左后腿的前侧面和左前腿的后侧面前后对称设有左竖滑孔，左开合板的前后两侧面与左竖滑孔一一对应设有左上轴，左上轴穿入对应的左竖滑孔中并与左竖滑孔滑动配合；

12、右活动连接结构采用右铰接杆或右竖滑孔；

13、采用右铰接杆时，右铰接杆前后对称设有两个，两个右铰接杆的下端分别对应铰接在右前腿和右后腿的底端；两个右铰接杆上端分别转动连接有右连接轴，两个右连接轴分别与右开合板的右上部前侧面和右上部后侧面相连接，右液压缸的伸出杆与右连接轴或右铰接杆通过铰接座和铰接轴转动连接；

14、采用右竖滑孔时，右液压缸的伸出杆通过铰接座转动连接有右连接轴，右连接轴与右开合板的右上部前侧面或右上部后侧面相连接，右后腿的前侧面和右前腿的后侧面前后对称设有右竖滑孔，右开合板的前后两侧面与右竖滑孔一一对应设有右上轴，右上轴穿入对应的右竖滑孔中并与右竖滑孔滑动配合。

15、还包括有容错自动控制机构；

16、容错自动控制机构包括在左前腿、左后腿、右前腿和右后腿的底面上分别嵌设的距离传感器，各距离传感器、左液压缸和右液压缸分别通过线路与电控装置相连接，电控装置安装在框架上并接入电源。

17、本发明还公开了所述装车机机械臂自动感应开合爪装置的使用方法，按以下步骤进行：

18、框架安装在装车机机械臂末端；电控装置与装车机的控制器相连接；电控装置连接有声光报警器；

19、第一步骤是装料准备；装料准备时，框架位于装料位置；电控装置控制左液压缸和右液压缸进行关闭动作，关闭动作是：

20、电控装置控制左液压缸和右液压缸的伸出杆同步向下收回，左液压缸和右液压缸的伸出杆通过左活动连接结构和右活动连接结构带动左开合板和右开合板相对对中运动，直到左开合板的右端顶压右开合板的左端时达到关闭状态，电控装置控制左液压缸和右液压缸停止动作；

21、第二步骤是装料，将待装车的物料放入框架并由左开合板和右开合板承重；

22、第三步骤是装车运输，装车机机械臂带动框架沿装车机轨道由装料位置运行至装车位置；

23、第四步骤是卸料；电控装置中存储有落料高度d，d为0.1米至0.5米；装车机机械臂带动框架下落，直到触发报警条件或落料条件；

24、报警条件是：一个以上的距离传感器的检测值小于等于0.5d；

25、触发报警条件时，电控装置控制声光报警器发出倾斜报警，提醒工作人员处理异常倾斜状况并恢复框架的正常姿态；

26、落料条件是：四个距离传感器的检测值均小于等于d且均大于等于0.5d；

27、框架下落过程中，各距离传感器持续检测与下方装车承载面之间的竖向距离；

28、触发落料条件时，电控装置控制左液压缸和右液压缸进行打开动作，打开动作是：

29、电控装置控制左液压缸和右液压缸的伸出杆同步向上伸出，左液压缸和右液压缸的伸出杆通过左活动连接结构和右活动连接结构带动左开合板和右开合板相互左右背离，直到左开合板向左向上至其极限行程位置，同时右开合板向右向上至其极限行程位置，电控装置控制左液压缸和右液压缸停止动作；

30、左开合板和右开合板相互左右背离打开后，物料下落至预定的装车承载面上，下落高度小于d；

31、第五步骤是复位；

32、打开动作后保持打开状态3－5秒后，电控装置向装车机的控制器发出信号，装车机的控制器控制装车机机械臂带动框架上升并沿装车机轨道由装车位置运行回归至装料位置；

33、在向装料位置回归的途中，电控装置控制左液压缸和右液压缸进行关闭动作；

34、复位后，重复执行第一步骤至第五步骤，直到完成装车工作。

35、本发明具有如下的优点：

36、本发明通过框架底端前后两侧对称设置的水平孔，限定左开合板和右开合板在旋转打开时，其最底端不会有明显变化（变化幅度非常小），相反其顶端会向上运动较大距离，这样在落料前就可以使框架下落至明显更接近承接面（如传送带或车厢底板等）的位置，在左开合板和右开合板旋转打开后，物品下落的距离比以往低得多，从而大幅降低物品或包装损坏的概率。

37、活动连接结构采用铰接杆，配合水平孔对开合板的滑动限位作用，既能限制开合板开合过程中向下凸出框架的距离，又方便装配。

38、将左竖滑孔和右竖滑孔统称为竖孔，本发明通过竖孔和水平孔对开合板进行双向滑动限位，竖孔限制开合板在左右方向上凸出框架的长度，水平孔限制开合板向下凸出框架的长度，使本发明在装车运行、开合板打开或闭合过程中都不容易与其他结构发生干涉，更便于机构运行设计。

39、本发明的使用方法便于实施，能够在框架过于倾斜时发出警报，保障落料过程平稳顺利、有序和安全。

40、关闭动作晚于装车机机械臂带动框架上升，这样可以使物料完全脱离框架，防止左开合板和右开合板对中关闭时将未脱离框架的物料重新托起来。这样也就允许落料时、框架上升前，部分物料仍然位于框架内部，从而使落料高度d值可以低至10公分。

41、相反，如果关闭动作先于框架上升动作，则为了防止左开合板和右开合板对中关闭时将未脱离框架的物料重新托起来，就需要使落料高度d值大于物料在承载面的自然堆积高度，d值也就不可能低至10厘米了。

42、现有技术中，出于开合板打开时向下突出框架过长的因素、出于落料时需要使开合板下端与下方承载面的距离大于物料的堆积高度的因素，落料高度通常在75至100厘米。重力势能等于质量×重力加速度×高度，高度每减小一倍，物料的重力势能也减小一倍。本发明能极大缩短落料高度，大幅降低物料和包装的破损机率。

43、总之，本发明的使用方法能够避免倾斜落料、保障落料过程平稳顺利、有序和安全，动作执行的顺序安排使得落料高度d值可以低至10厘米，大幅降低落料时物料和包装的损坏机率。

技术特征：

1.装车机机械臂自动感应开合爪装置，包括安装在装车机机械臂末端的框架，框架底部连接有左右对称设置的左开合板和右开合板，左开合板和右开合板闭合时左右顶压在一起从而承载上方物品，左开合板和右开合板打开时左右分离从而使物品下落；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的装车机机械臂自动感应开合爪装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的装车机机械臂自动感应开合爪装置，其特征在于：还包括有容错自动控制机构；

4.权利要求3中所述装车机机械臂自动感应开合爪装置的使用方法，其特征在于按以下步骤进行：

技术总结
本发明公开了一种装车机机械臂自动感应开合爪装置，包括安装在装车机机械臂末端的框架，框架底部连接有左右对称设置的左开合板和右开合板，框架底端前后两侧对称设有水平孔，左右开合板的左下轴和右下轴分别滑动穿入对应的水平孔中从而减小左右开合板在旋转打开时的其底端向下伸出框架的距离；左右开合板均通过相应的液压缸驱动打开与关闭。水平孔限定左右开合板在旋转打开时，其最底端不会有明显变化，相反其顶端会向上运动较大距离，这样在落料前就可以使框架下落至明显更接近承接面的位置，物品下落距离比以往低得多，从而大幅降低物品或包装损坏的概率。本发明还公开了相应的使用方法，通过先提升后关闭，进一步缩短了落料距离。通过报警条件和落料条件，在倾斜时自动报警，在符合条件时自动落料。

技术研发人员：田宝强,张智奥,宋云波,秦运田,张志强,田高坤,郭奇,王继远,王丽君
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5