用于操纵扭锁的夹持器的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及扭锁操纵领域，并且更具体地涉及用于操纵用于固定集装箱的扭锁的夹持器和包括夹持器的机器人。


背景技术：

2.扭锁是在运输中使用的装置并且通常与符合iso规定(国际标准组织)的运输集装箱一起使用。这样的扭锁主要用于两个相邻集装箱的角铸件之间的扭锁互锁的航运中，或者用于将集装箱固定到船甲板上提供的固定铸件的航运中。现代港口旨在实现集装箱装卸的高效化和自动化。然而，扭锁操纵成为这种自动化过程的绊脚石。
3.图1图示了用于集装箱的常规扭锁2的透视图。如图1所示，扭锁2包括主体20、第一锥体21(也称为下锥体)和第二锥体22(也称为上锥体)。在使用期间，第一锥体21或第二锥体22可以被固定到对应的集装箱上。图2图示了从集装箱3移除扭锁2的常规方法。如图2所示，当从集装箱3移除扭锁2时，操作员需要用一只手握持扭锁2的主体20，用另一只手扭动第一锥体21，以及将扭锁2从集装箱3解锁并拉出。将扭锁2安装到集装箱3上的过程是相反的。对扭锁2的手动操作使得扭锁操纵过程费力且耗时。
4.图3图示了用于操纵扭锁2的常规夹持器1。如图所示，夹持器1包括基部10、可旋转地布置在基部10上的扭转器11、经由对应的支架19与基部10耦合的成对夹具13、以及被配置用于驱动相应夹具13的成对驱动装置18。在将扭锁2安装到集装箱3上或从集装箱3上拆卸扭锁2时，夹具13首先夹持扭锁2的主体20，然后扭转器11由马达(未示出)驱动来扭转扭锁2的第一锥体21。
5.图4图示了扭转器11的旋转轴线oa和扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob之间的未对准。如图3和图4所示，如果夹持器1和扭锁2之间的定位精度低，则旋转轴线oa和旋转轴线ob可能没有很好地对准。在准确对准的理想情况下，扭转器11的扭矩等于扭锁2的阻力矩。相反，在未对准的情况下，未对准可能导致扭转器11的扭矩远大于扭锁2的阻力矩。这就需要大的马达来驱动扭锁11。在这种情况下，很难实现第一锥体21的扭转。作为一个解决方案，扭转器11的马达可以输出较大的扭矩，以迫使第一锥体21旋转。然而，由于扭锁2的主体20在第一锥体21的扭转期间被夹具13夹持，夹具13可能会受到很大的扭力而损坏夹具13。


技术实现要素：

6.本公开的实施例提供了用于操纵用于固定集装箱的扭锁的夹持器以及包括夹持器的机器人。
7.在第一方面，提供了用于操纵扭锁的夹具。扭锁包括主体、第一锥体和第二锥体。夹持器包括：成对夹具，其彼此相对布置并且被配置为在安装或拆卸扭锁期间保持扭锁的主体；扭转器，其被配置为当扭锁的主体由夹具保持时扭转扭锁的第一锥体；以及成对气缸，每个气缸包括供气管以及与相应夹具连接的输出轴，其中气缸的供气管彼此流体连通。
8.在一些实施例中，夹持器还包括供气源，供气源被连接到每个供气管来提供气体。
9.在一些实施例中，夹持器还包括成对线性滑块，每个线性滑块被布置在相应夹具的内侧处并且被配置为在被扭锁的主体驱动时，能够相对于相应夹具滑动；以及成对弹性元件，每个弹性元件被布置在相应线性滑块和相应夹具之间，以在扭锁的主体从线性滑块被释放时使相应线性滑块返回。
10.在一些实施例中，每个线性滑块经由线性滑轨被耦合到相应夹具。
11.在一些实施例中，每个弹性元件包括至少一个复位弹簧。
12.在第二方面，提供了机器人。机器人包括根据本公开的第一方面的夹持器。
13.根据本公开的各种实施例，用于驱动夹具的气缸的供气管彼此流体连通。利用这样的布置，即使夹具紧紧夹持扭锁的主体，扭锁仍然可以沿气缸的输出轴的移动方向移动。这样，扭锁的锥体的旋转轴线与扭转器的旋转轴线在气缸输出轴的移动方向上趋于彼此对准，使得扭锁的第一锥体易于被扭转。
14.此外，根据本公开的一些实施例，线性滑块被可滑动地布置在夹具上，以夹持扭锁的主体。利用这样的布置，即使线性滑块紧紧夹持扭锁的主体，扭锁仍能沿线性滑块的移动方向移动。这样，扭锁的锥体的旋转轴线与扭转器的旋转轴线在线性滑块的移动方向上趋于彼此对准，使得扭锁的第一锥体易于被扭转。
附图说明
15.本文中描述的附图被提供来进一步解释本公开并且构成本公开的一部分。本公开的优选实施例及其解释用于解释本公开，而非用于对本公开进行不当限定。
16.图1图示了用于集装箱的常规扭锁的透视图；
17.图2图示了从集装箱移除扭锁的常规方法；
18.图3图示了用于操纵扭锁的常规夹持器；
19.图4图示了扭转器的旋转轴线与扭锁的锥体的旋转轴线的未对准图；
20.图5图示了根据本公开的一个实施例的用于操纵扭锁的夹持器的示意图；
21.图6图示了扭锁的第一锥体在扭转器的旋转轴线与扭锁的锥体的旋转轴线未对准时的受力情况；
22.图7图示了扭锁的第一锥体在扭转器的旋转轴线与扭锁的锥体的旋转轴线对准时的受力情况；以及
23.图8和图9图示了根据本公开的一个实施例的扭转器的旋转轴线和扭锁的锥体的旋转轴线之间的自动对准过程。
24.贯穿附图，相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元素。
具体实施方式
25.现在将参考附图中所示的若干示例实施例来描述本公开的原理。虽然在附图中图示了本公开的示例实施例，但是应当理解，实施例的描述仅为了便于本领域技术人员更好地理解，从而实现本公开，而不是以任何方式限制本公开的范围。
26.术语“包括(comprises或includes)”及其变型将被理解为表示“包括但不限于”的开放术语。除非上下文另有明确说明，否则术语“或者”应被理解为“和/或”。术语“基于”应被理解为“至少部分基于”。术语“可操作”是指可以通过用户或外部机制诱发的操作来实现
功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同的对象。显式地或隐式的其他定义可以被包括在下文中。除非上下文另有明确说明，否则术语的定义在整个描述中一致。
27.除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。在以下描述中，相同的附图标记用于描述图中相同、相似或对应的部分。显式地或隐式地其他定义可以被包括在下文中。
28.如上所述，在扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob未对准的情况下，未对准可能导致扭转器11的扭矩远大于扭锁2的阻力矩。在这种情况下，很难实现第一锥体21的扭转。此外，当扭转器11的马达输出较大的扭矩迫使第一锥体21旋转时，夹具13会受到较大的扭力而损坏夹具13。
29.根据本发明的实施例，为了补偿扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob之间的未对准，夹具13及其驱动装置18被特别设计为使得在扭转扭锁2的第一锥体21期间，旋转轴线oa和旋转轴线ob彼此趋于自动对准。如将在以下段落中详细描述的，上述思想可以通过多种方式实现。
30.在下文中，将参考图5至图9来详细描述本公开的原理。首先参考图5，图5图示了根据本公开的实施例的用于操纵扭锁2的夹持器1的示意图。夹持器1可以被安装在机器人的端轴上。在机器人的驱动下，在将扭锁2安装到集装箱3上或将扭锁2从集装箱3上拆卸期间，夹持器1可以对扭锁2进行操纵。
31.扭锁2可以具有各种已知的结构。例如，如参考图1至图2所描述的，扭锁2可以包括主体20、第一锥体21(也称为下锥体)和第二锥体22(也称为上锥体)。第一锥体21和第二锥体22彼此链接。即，当第一锥体21和第二锥体22中的一者被驱动旋转时，第一锥体21和第二锥体22中的另一者也相应旋转。在使用期间，第一锥体21和第二锥体22可以被固定到对应集装箱上。应当理解，本公开涉及用于操纵扭锁2的新夹持器1，而不是对扭锁2本身的改进。因此，在下文中将不再详细描述扭锁2的内部构造及其操作原理。
32.如图5所示，夹持器1通常包括成对夹具13、扭转器11和成对气缸12。
33.夹具13被彼此相对布置，以在将扭锁2安装到集装箱3上或从集装箱3上拆卸扭锁2期间夹持扭锁2的主体20。扭锁2的主体20可以由夹具13的内侧131夹持。
34.扭转器11被用于在扭锁2的主体20被夹具13夹持时扭转扭锁2的第一锥体21，从而将扭锁2安装到集装箱3上或从集装箱3上拆卸扭锁2。在一些实施例中，如图5所示，扭转器11包括彼此间隔的两个部分。两个部分可以彼此协作来扭转扭锁2的第一锥体21。应理解，扭转器11的结构不限于图5所示的结构。在其他实施例中，扭转器11可以包括多于两个部分。类似地，这些部分可以彼此协作来扭转扭锁2的第一锥体21。
35.气缸12被用于驱动对应夹具13沿x方向平移。每个气缸12包括输出轴122和供气管121。输出轴122被连接到相应夹具13的后侧132，以推和拉相应夹具13。在相应气缸12的驱动下，夹具13可以在x方向上相对于彼此平移，从而夹持或释放扭锁2的主体20。每个气缸12所需的气体可以经由相应供气管121供给。如图5所示，气缸12的两个供气管121被连接在一起。换言之，气缸12的供气管121被彼此流体连通。利用这样的布置，即使夹具13紧紧地夹持
扭锁2的主体20，扭锁2仍可以沿夹具13的移动方向x移动。
36.在一些实施例中，夹持器1还包括与每个供气管121连接的供气源14。供气源14可以经由相应的供气管121向每个气缸12供应气体。在其他实施例中，夹持器1可以包括与每个供气管121连接的一个或多个附加供气源。本公开不旨在限制供气源的数量。
37.在一些实施例中，如图5所示，夹持器1还包括成对线性滑块15。线性滑块15中的每一个被可滑动地布置在相应夹具13的内侧131处。也就是说，在将扭锁2安装到集装箱3上或将扭锁2从集装箱3拆卸期间，线性滑块15中的每一个在被扭锁2的主体20驱动时，能够相对于相应夹具13滑动。利用这样的布置，即使在线性滑块15紧紧夹持扭锁2的主体20的情况下，扭锁2仍可以沿线性滑块15的移动方向y移动。在一些实施例中，线性滑块15中的每一个经由线性滑轨16被耦合到相应夹具13。在其他实施例中，线性滑块15中的每一个可以经由其他连接机构而被耦合到相应夹具13。本公开的范围不旨在对该方面进行限制。
38.在一些实施例中，夹持器1还包括成对弹性元件(图5中未示出)。弹性元件中的每一个被布置在相应线性滑块15和相应夹具13之间，以在扭锁2的主体20从线性滑块15被释放时使相应线性滑块15返回。在一些实施例中，弹性元件中的每一个包括至少一个复位弹簧，例如两个复位弹簧。在其他实施例中，弹性元件可以以其他形式来实现。本公开的范围不旨在对该方面进行限制。
39.图6图示了扭锁2的第一锥体21在扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob不对准时的受力情况。如图所示，在被扭转器11扭转时，扭锁2的第一锥体21在接触点p处接触扭转器11。接触力fab通过扭转器11被施加在扭锁2的第一锥体21上。接触力fab可以被分解为力fs(fas或fbs)和力fr(far或fbr)，力fs沿着将接触点p和旋转轴线o(oa或ob)连接的线，力fr用于生成扭锁2的第一锥体21的旋转。当扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob未对准时，力fbs可以被分解为从旋转轴线ob到旋转轴线oa的方向上的第一分力fbd1和竖直方向上的第二分力fbd2。第一分力fbd1可以迫使旋转轴线ob朝向旋转轴线oa移动，直到旋转轴线ob与旋转轴线oa重合。
40.图7图示了扭锁2的第一锥体21在扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob对准时的受力情况。如图所示，当旋转轴线oa与旋转轴线ob对准时，力fs在从旋转轴线ob到旋转轴线oa的方向上没有分力。然后，在扭锁2的第一锥体21扭转期间，旋转轴线ob将与旋转轴线oa保持对准。
41.图8和图9图示了根据本公开的一个实施例的在扭转器11的旋转轴线oa和扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob之间的自动对准过程。如图8所示，扭锁2的主体20由线性滑块15夹持，并且扭锁2的第一锥体21被扭转器11旋转。此时，扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob与扭转器11的旋转轴线oa未对准。在该示例中，旋转轴线ob位于旋转轴线oa的左下方。然而，应当理解，在本公开的实施例中，旋转轴线oa和旋转轴线ob可以具有其他的位置关系。
42.如以上参考图5至图7所描述的，当扭转器11的旋转轴线oa与扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob未对准时，扭转器11施加在扭锁2的第一锥体21上的接触力fab可以迫使旋转轴线ob朝向旋转轴线oa移动，直到旋转轴线ob与旋转轴线oa重合。如图9所示，由于扭锁2的主体20由线性滑块15保持，扭锁2和线性滑块15沿着夹具的移动方向x向上移动，并且沿着线性滑块15的移动方向y向右移动。最终，扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob与扭转器11的旋转轴线oa很好地对准。
43.在本公开的实施例中，夹具13添加了两个平移自由度，从而使得夹持器1能够自适应扭转器11的旋转轴线oa和扭锁2的锥体21、22的旋转轴线ob之间的未对准。这样，在扭锁2的第一锥体21上施加较小的驱动力可以使第一锥体21旋转，并且因此可以减小用于驱动扭转器11的马达的尺寸。此外，机器人的整体有效载荷可以降低，并且结构可靠性变得更高。
44.在本公开的实施例中，提供了包括如参考图5描述的夹持器1的机器人。夹持器1可以被安装在机器人的端轴上并且形成为机器人的一部分。
45.虽然本文已描述和图示了若干创造性的实施例，但是本领域普通技术人员将容易地设想用于执行功能和/或获得结果和/或本文所述的一个或多个优点的各种其他装置和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每一个被认为在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将与具体的应用或使用本发明教导的应用相关。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文描述的特定发明实施例的许多等效物。因此，应当理解，前述实施例仅作为示例呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实现本发明实施例。本公开的创造性实施例针对本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。附加地，如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合被包括在本公开的发明范围内。