一种机械臂末端治具、摘钩机器人及火车摘钩方法与流程

1.本发明涉及火车摘钩技术领域，具体涉及一种机械臂末端治具、摘钩机器人及火车摘钩方法。


背景技术：

2.货运火车的车厢之间通常通过詹氏车钩连接。对于部分货运火车(尤其像运煤火车等)，当到达指定车站后，需要单独卸载每节车厢的货物，因此需要将车钩脱离以分离车厢。詹氏车钩通常由锁销保证两节车厢的钩舌紧密连接，锁销通过铁索连接到车钩提杆的一端，人通过旋转车钩提杆的另外一端即可提起锁销，使两车厢分离，该动作称之为“摘钩”。
3.随着卸货站台向自动化发展，摘钩的工作开始由灵巧的摘钩机器人替代人执行。但是，由于一列火车中的车厢往往是混编的，所以每节车厢所对应的车钩形式可能不同。具体地，车钩可能为上作用式车钩，也可能为下作用式车钩。与两种车钩对应的车钩提杆结构有所区别，导致摘钩流程也有所不同。目前，为满足上述两种形式的车钩的摘钩需求，针对摘钩机器人的机械臂设置有不同的末端治具，通过使摘钩机器人更换末端治具来对上作用式或下作用式车钩提杆进行操作以实现摘钩，整体耗时较长，卸货效率较低。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的摘钩机器人在对不同形式的车钩进行摘钩时需要更换末端治具的缺陷，从而提供一种机械臂末端治具、摘钩机器人及火车摘钩方法。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种机械臂末端治具，其包括：连接部，一侧用于与摘钩机器人的机械臂连接；推动部，连接在连接部的另一侧并与连接部配合形成容纳空间，容纳空间用于至少容纳车钩提杆的自由端的部分，车钩提杆的自由端设置有自由端竖杆，推动部包括第一推动件和第二推动件。
6.其中，第一推动件被配置为能够跟随机械臂移动，并沿自由端竖杆的径向推动车钩提杆的自由端向上移动并转动；第二推动件被配置为能够跟随机械臂移动，并沿自由端竖杆的轴向推动车钩提杆的自由端向上移动。
7.可选地，连接部包括相连的连接架和支承架，连接架用于与机械臂连接，支承架分别与第一推动件和第二推动件连接。
8.可选地，连接架包括：第一连接板，用于与机械臂连接；第二连接板，连接在支承架和第一连接板之间，且第二连接板相对第一连接板呈预设角度倾斜设置。
9.可选地，预设角度为40
°‑
50
°
。
10.可选地，支承架包括支承板和支承梁，支承板与连接架固定连接；
11.第一推动件和第二推动件均设置为推板，第一推动件与支承板相对间隔设置，支承梁连接在第一推动件与支承板之间；第二推动件与支承板弯折连接形成l形结构，第二推
动件与第一推动件间隔设置且相互垂直。
12.可选地，车钩提杆的自由端还设置有自由端横杆，自由端横杆与自由端竖杆弯折连接。机械臂末端治具还包括转轴机构，第一推动件通过转轴机构与连接部转动连接，第一推动件被配置为能够在车钩提杆的自由端沿自由端竖杆的轴向移动时，与自由端横杆接触并受力转动，以避让自由端横杆。
13.可选地，机械臂末端治具还包括复位机构，复位机构与第一推动件连接，以在第一推动件不受力时提供复位力。
14.可选地，转轴机构包括塞打螺栓和轴套，塞打螺栓穿过第一推动件与连接部螺纹连接，轴套安装在塞打螺栓的光杆段和第一推动件之间；复位机构包括扭簧，扭簧套设在轴套上，扭簧的两端分别与第一推动件和连接部连接。
15.本发明还提供了一种摘钩机器人，其包括：机器人本体；机械臂，一端与机器人本体连接；机械臂末端治具，为如上所述的机械臂末端治具，机械臂末端治具与机械臂的另一端连接。
16.本发明还提供了一种火车摘钩方法，其应用如上所述的摘钩机器人进行摘钩，火车摘钩方法包括以下步骤：
17.s10，通过容纳空间至少容纳车钩提杆的自由端的部分，若车钩提杆为上作用式车钩提杆，则执行步骤s20，若车钩提杆为下作用式车钩提杆，则执行步骤s30；
18.s20，通过第一推动件沿自由端竖杆的径向推动上作用式车钩提杆向上移动并转动，至完全提起锁销，实现摘钩；
19.s30，通过第二推动件沿自由端竖杆的轴向推动下作用式车钩提杆向上移动，至下作用式车钩提杆解锁；之后，通过第一推动件沿自由端竖杆的径向推动下作用式车钩提杆向上移动并转动，至完全提起锁销，实现摘钩。
20.本发明具有以下优点：
21.本发明提供了一种机械臂末端治具，其可通过连接部连接到摘钩机器人的机械臂上，以作用于车钩提杆，对车钩进行摘钩。其中，对于上作用式车钩提杆，通过机械臂带动机械臂末端治具移动，可使上作用式车钩提杆的自由端的部分置于容纳空间内，进而使第一推动件与自由端接触，利用第一推动件沿自由端竖杆的径向推动上作用式车钩提杆的自由端向上移动并转动，直至完全提起锁销，即可实现摘钩。
22.对于下作用式车钩提杆，通过机械臂带动机械臂末端治具移动，可使下作用式车钩提杆的自由端的部分置于容纳空间内，进而使第二推动件与自由端接触，利用第二推动件沿自由端竖杆的轴向推动下作用式车钩提杆的自由端向上移动，解锁下作用式车钩提杆；之后，再利用第一推动件沿自由端竖杆的径向推动下作用式车钩提杆的自由端向上移动并转动，直至完全提起锁销，即可实现摘钩。
23.整体来看，通过该机械臂末端治具既可以对上作用式车钩进行摘钩，也可以对下作用式车钩进行摘钩，可以节省摘钩时间，适用性更广，工作效率更高。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具的结构示意图；
26.图2示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具与上作用式车钩提杆配合的结构示意图一；
27.图3示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具与上作用式车钩提杆配合的结构示意图二；
28.图4示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具与上作用式车钩提杆配合的结构示意图三；
29.图5示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具与下作用式车钩提杆配合的结构示意图一；
30.图6示出了本发明实施例提供的机械臂末端治具与下作用式车钩提杆配合的结构示意图二。
31.附图标记说明：
32.100、上作用式车钩提杆；101、第一中间横杆；102、第一自由端竖杆；103、自由端横杆；200、第一提杆安装座；201、圆形孔；300、下作用式车钩提杆；301、第二中间横杆；302、第二自由端竖杆；400、第二提杆安装座；401、钥匙形孔；
33.1、连接部；11、连接架；111、第一连接板；112、第二连接板；113、转接侧板；12、支承架；121、支承板；122、支承梁；2、推动部；21、第一推动件；22、第二推动件；221、弧形槽；3、容纳空间；4、转轴机构；41、塞打螺栓；42、轴套；5、复位机构。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.实施例一
39.本实施例提供了一种机械臂末端治具，如图1所示，其包括连接部1和推动部2。连
接部1的一侧用于与摘钩机器人的机械臂连接；推动部2连接在连接部1的另一侧并与连接部1配合形成容纳空间3，容纳空间3用于至少容纳车钩提杆的自由端的部分，在车钩提杆的自由端设置有自由端竖杆。
40.推动部2包括第一推动件21和第二推动件22。其中，第一推动件21被配置为能够跟随机械臂移动，并沿自由端竖杆的径向推动车钩提杆的自由端向上移动并转动；第二推动件22被配置为能够跟随机械臂移动，并沿自由端竖杆的轴向推动车钩提杆的自由端向上移动。
41.按以上设置，当将该机械臂末端治具连接到摘钩机器人上时，既可以对上作用式车钩进行摘钩，也可以对下作用式车钩进行摘钩，无需更换其它末端治具，可以节省摘钩时间，提高卸货效率。
42.下面，为更便于理解该机械臂末端治具的使用，先对现有技术中车钩提杆的主要结构作简单介绍。
43.与上作用式车钩对应的车钩提杆为上作用式车钩提杆100。如图2所示，上作用式车钩提杆100安装在第一提杆安装座200上，第一提杆安装座200固定在火车车厢外。上作用式车钩提杆100具有两端，其一端与锁销连接，另一端不与锁销连接，不与锁销连接的该端即为上作用式车钩提杆100的自由端。
44.具体地，在上作用式车钩提杆100的两端之间设置有第一中间横杆101，在上作用式车钩提杆100的自由端设置有第一自由端竖杆102和自由端横杆103。其中，第一中间横杆101水平设置并插接于第一提杆安装座200上的圆形孔201中，第一中间横杆101、第一自由端竖杆102和自由端横杆103依次弯折连接。
45.与下作用式车钩对应的车钩提杆为下作用式车钩提杆300。如图5所示，下作用式车钩提杆300安装在第二提杆安装座400上，第二提杆安装座400固定在火车车厢外。下作用式车钩提杆300具有两端，其一端与锁销连接，另一端不与锁销连接，不与锁销连接的该端即为下作用式车钩提杆300的自由端。
46.具体地，在下作用式车钩提杆300的两端之间设置有第二中间横杆301，在下作用式车钩提杆300的自由端设置有第二自由端竖杆302。其中，第二中间横杆301水平设置并插接于第二提杆安装座400上的钥匙形孔401，第二中间横杆301和第二自由端竖杆302弯折连接。
47.接下来，对应用该机械臂末端治具时的摘钩过程作详细介绍。需说明的是，为便于阐明车钩提杆的移动，图2-图6中均标注了空间直角坐标系，其具有x、y、z坐标轴，该空间直角坐标系相对提杆安装座固定。
48.其中，对于上作用式车钩，摘钩过程如下：
49.(1)通过连接部1将该机械臂末端治具连接到摘钩机器人的机械臂上；
50.(2)通过机械臂移动机械臂末端治具，如图2所示，使上作用式车钩提杆100的自由端的部分置于容纳空间3内，本实施例中，容纳空间3能够容纳第一自由端竖杆102和自由端横杆103的弯折连接部分；
51.(3)再移动机械臂末端治具，使第一推动件21与第一自由端竖杆102的周向外壁接触，进而利用第一推动件21沿第一自由端竖杆102的径向推动上作用式车钩提杆100的自由端向上移动并转动(绕x轴转动)，进而向上提起锁销。具体地，当上作用式车钩提杆100的自
由端向上转动90
°
后，上作用式车钩提杆100的姿态如图3所示，此时可将锁销完全提起，实现摘钩，使两车厢分离。
52.对于下作用式车钩，摘钩过程如下：
53.(1)通过连接部1将该机械臂末端治具连接到摘钩机器人的机械臂上；
54.(2)通过机械臂移动机械臂末端治具，如图5所示，使下作用式车钩提杆300的自由端的部分置于容纳空间3内，本实施例中，容纳空间3能够容纳第二自由端竖杆302的端部；
55.(3)再移动机械臂末端治具，使第二推动件22与第二自由端竖杆302的端壁接触，进而利用第二推动件22沿第二自由端竖杆302的轴向推动下作用式车钩提杆300的自由端向上移动(沿z轴移动)，使第二中间横杆301脱离钥匙形孔401的下部，解锁下作用式车钩提杆300；
56.(4)再移动机械臂末端治具，使第一推动件21与第二自由端竖杆302的周向外壁接触，进而如图6所示，使第一推动件21沿第二自由端竖杆302的径向推动下作用式车钩提杆300的自由端向上移动并转动(绕x轴转动)，进而向上提起锁销。具体地，当下作用式车钩提杆300的自由端向上转动90
°
后，可将锁销完全提起，实现摘钩，使两车厢分离。
57.整体来看，通过该机械臂末端治具既可以对上作用式车钩进行摘钩，也可以对下作用式车钩进行摘钩，适用性更广，工作效率更高。
58.接下来，对该机械臂末端治具中各零部件的设置作进一步介绍。
59.对于连接部1，如图1所示，其包括相连的连接架11和支承架12。其中，连接架11用于与机械臂连接；支承架12分别与第一推动件21和第二推动件22连接，用以支承第一推动件21和第二推动件22。
60.本实施例中，连接架11包括第一连接板111和第二连接板112。其中，第一连接板111用于与机械臂连接。第二连接板112连接在支承架12和第一连接板111之间，且第二连接板112相对第一连接板111呈预设角度倾斜设置。按此设置，可以提高机械臂的可操作度，使摘钩操作更加灵巧。
61.可选地，预设角度为40
°‑
50
°
，以实现更灵活的摘钩操作。优选地，预设角度设置为45
°
。
62.本实施例中，如图2所示，第一连接板111和第二连接板112均设置平板，二者间的夹角α即为预设角度。进一步地，连接部1还包括转接侧板113，第二连接板112通过两个间隔设置的转接侧板113与第一连接板111连接。
63.当然，在其它实施例中，也可不使用转接侧板113，使第一连接板111与第二连接板112直接相连。
64.对于支承架12，如图1所示，其包括支承板121和支承梁122。本实施例中，支承板121通过第二连接板112与连接架11固定连接。进一步地，第一推动件21和第二推动件22均设置为推板。其中，第一推动件21与支承板121相对间隔设置，支承梁122连接在第一推动件21与支承板121之间；第二推动件22与支承板121弯折连接形成l形结构，第二推动件22与第一推动件21间隔设置且相互垂直。
65.按此，通过第一推动件21、第二推动件22及支承架12之间的配合可形成容纳空间3。该容纳空间3整体呈l形，其两端均开口设置，以能够同时匹配上作用式车钩提杆100和下作用式车钩提杆300。此外，由于第一推动件21和第二推动件22均为推板，所以在对车钩提
杆施加推力时，可以保证推动部2与车钩提杆稳定接触，避免推动部2与车钩提杆脱开。
66.可选地，在第二推动件22上朝向容纳空间3的一侧(图1中第二推动件22的上侧)设置有弧形槽221，弧形槽221与自由端横杆103的外轮廓形状相匹配。按此，在移动上作用式车钩提杆100时，可以使自由端横杆103与弧形槽221卡接，提高推动部2和上作用式车钩提杆100之间接触的稳定性。
67.本实施例中，在完成摘钩后，为便于上作用式车钩提杆100与机械臂末端治具脱开，还对机械臂末端治具进行了一定设置。
68.如图1所示，机械臂末端治具还包括转轴机构4，第一推动件21通过转轴机构4与支承架12转动连接。当车厢与摘钩机器人相对远离时，上作用式车钩提杆100的自由端会沿自由端竖杆的轴向移动，此时第一推动件21会与自由端横杆103接触并受力转动，以避让自由端横杆103，进而使机械臂末端治具和上作用式车钩提杆100脱开。
69.进一步地，如图1所示，机械臂末端治具还包括复位机构5，复位机构5与第一推动件21连接，以在第一推动件21不受力时提供复位力。按此，在机械臂末端治具和上作用式车钩提杆100脱开后，可以使第一推动件21回复至原位置，以供再次使用。
70.本实施例中，转轴机构4包括塞打螺栓41和轴套42，复位机构5包括扭簧。其中，塞打螺栓41穿过第一推动件21与支承梁122螺纹连接，轴套42安装在塞打螺栓41的光杆段和第一推动件21之间；扭簧套设在轴套42上，扭簧的两端分别与第一推动件21和支承架12连接。可以理解的是，塞打螺栓41即作为第一推动件21的转轴。
71.整体上，参照图1、图3和图4所示，当自由端横杆103与第一推动件21接触时，第一推动件21受力并朝向第一提杆安装座200转动，以避让自由端横杆103。当自由端横杆103从容纳空间3中完全移出后，第一推动件21在扭簧作用下回复至原位置。
72.优选地，塞打螺栓41与支承板121垂直设置；轴套42设置为自润滑轴套42，以使第一推动件21的转动更加顺畅，并提高使用寿命。
73.需说明的是，对于下作用式车钩提杆300，当车厢与摘钩机器人相对远离时，下作用式车钩提杆300的自由端也会沿自由端竖杆的轴向移动，但由于下作用式车钩提杆300的自由端不设有横杆，所以下作用式车钩提杆300可随车厢移动而与机械臂末端治具自然脱开。
74.实施例二
75.本实施例提供了一种摘钩机器人，其包括机器人本体、机械臂及如实施例一所述的机械臂末端治具。其中，机械臂的一端与机器人本体连接，机械臂的另一端与机械臂末端治具连接。
76.摘钩机器人运行时，机器人本体能够通过机械臂控制机械臂末端治具移动，使第一推动件21沿自由端竖杆的径向推动车钩提杆的自由端向上移动并转动，也可使第二推动件22沿自由端竖杆的轴向推动车钩提杆的自由端向上移动，从而实现对上作用式车钩或下作用式车钩的摘钩。
77.本实施例还提供了一种火车摘钩方法，其应用如上所述的摘钩机器人进行摘钩。该火车摘钩方法包括以下步骤：
78.s10，通过容纳空间3至少容纳车钩提杆的自由端的部分，若车钩提杆为上作用式车钩提杆100，则执行步骤s20，若车钩提杆为下作用式车钩提杆300，则执行步骤s30。
79.具体地，机械臂先带动机械臂末端治具移动，使机械臂末端治具靠近车钩提杆的自由端，再将车钩提杆的自由端的至少部分容纳进容纳空间3。其中，对于上作用式车钩提杆100，如图2所示，容纳空间3能够容纳第一自由端竖杆102和自由端横杆103的弯折连接部分；如图5所示，对于下作用式车钩提杆300，容纳空间3能够容纳第二自由端竖杆302的端部。
80.s20，通过第一推动件21沿自由端竖杆的径向推动上作用式车钩提杆100向上移动并转动，至完全提起锁销，实现摘钩。
81.具体地，机械臂带动机械臂末端治具移动，使第一推动件21与第一自由端竖杆102的周向外壁接触，进而沿第一自由端竖杆102的径向推动上作用式车钩提杆100的自由端向上移动并转动(绕x轴转动)，进而向上提起锁销。当上作用式车钩提杆100的自由端向上转动90
°
后，即可将锁销完全提起，实现摘钩。
82.s30，通过第二推动件22沿自由端竖杆的轴向推动下作用式车钩提杆300向上移动，至下作用式车钩提杆300解锁；之后，通过第一推动件21沿自由端竖杆的径向推动下作用式车钩提杆300向上移动并转动，至完全提起锁销，实现摘钩。
83.具体地，机械臂带动机械臂末端治具移动，先使第二推动件22与第二自由端竖杆302的端壁接触，进而沿第二自由端竖杆302的轴向推动下作用式车钩提杆300的自由端向上移动(沿z轴移动)，使第二中间横杆301脱离钥匙形孔401的下部，解锁下作用式车钩提杆300。之后，再使第一推动件21与第二自由端竖杆302的周向外壁接触，使第一推动件21沿第二自由端竖杆302的径向推动下作用式车钩提杆300的自由端向上移动并转动(绕x轴转动)，进而向上提起锁销。当下作用式车钩提杆300的自由端向上转动90
°
后，即可将锁销完全提起，实现摘钩。
84.进一步地，本实施例提供的火车摘钩方法还包括退钩步骤。
85.其中，对于上作用式车钩，退钩步骤设置在步骤s20后，其包括：
86.s21，控制车厢与摘钩机器人相对远离，第一推动件21与自由端横杆103接触并受力转动，至第一推动件21避让开自由端横杆103，机械臂末端治具和上作用式车钩提杆100脱开。
87.对于下作用式车钩，退钩步骤设置在步骤s30后，其包括：
88.s31，控制车厢与摘钩机器人相对远离，机械臂末端治具和上作用式车钩提杆100自然脱开。
89.关于退钩的具体过程可参照实施例一，在此不再赘述。
90.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。