CN116767902B - 一种无人清舱机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人清舱机，旨在利用多关节的机械臂来带动吸粮管移动，从而吸取船舱内的粮食，无需工人下到舱底去清理，其技术方案：一种无人清舱机，包括机架以及驱动机架移动的行走单元，所述机架上设有可折叠的机械臂，所述机械臂包括依次铰接的多个关节，各个所述关节均可围绕其铰接轴线转动；所述关节上设有第一管体，相邻两个所述关节上的第一管体通过第二管体连接，所述第二管体为柔性管，第一管体和第二管体交替连接构成吸粮管，所述机架上设有吸粮单元，所述吸粮管靠近机架的一端与吸粮单元连接，属于卸货设备技术领域。

Description

一种无人清舱机

技术领域

本发明属于卸货设备技术领域，更具体而言，涉及一种无人清舱机。

背景技术

目前，港口的运粮船一般通过卸船机或抓斗来将船舱中的粮食运出，但是无论是采用卸船机还是抓斗，都没有办法将船舱中的粮食全部清理干净，必然会留有余粮。

为了清除船舱内的余粮，需要将工人和铲车下放到船舱内，工人利用铲车将舱底的余粮集中，再利用卸船机或抓斗将余粮清理干净；但是舱底的环境恶劣，在收集余粮的过程中会产生大量的粉尘，不利于工人的作业，且这种作业方式效率比较低，耗时长，工人需要在舱底待的时候也比较长。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无人清舱机，旨在利用多关节的机械臂来带动吸粮管移动，从而吸取船舱内的粮食，无需工人下到舱底去清理。

根据本发明的第一方面，提供了一种无人清舱机，包括机架以及驱动机架移动的行走单元，所述机架上设有可折叠的机械臂，所述机械臂包括依次铰接的多个关节，各个所述关节均可围绕其铰接轴线转动；

所述关节上设有第一管体，相邻两个所述关节上的第一管体通过第二管体连接，所述第二管体为柔性管，第一管体和第二管体交替连接构成吸粮管，所述机架上设有吸粮单元，所述吸粮管靠近机架的一端与吸粮单元连接。

在上述的无人清舱机中，所述关节分为第一关节、第二关节、第三关节、第四关节以及第五关节；

还包括驱动第一关节转动的第一驱动模块、驱动第二关节转动的第二驱动模块、驱动第三关节转动的第三驱动模块、驱动第四关节转动的第四驱动模块以及驱动第五关节转动的第五驱动模块。

在上述的无人清舱机中，所述第三关节的长度方向为第一方向，所述第三关节包括沿第一方向依次布置的第一臂体和第二臂体，所述第一臂体的一端与第二关节铰接，所述第一臂体的另一端与第二臂体转动连接，所述第二臂体远离第一臂体的一端与第四关节铰接，所述第三驱动模块驱动第一臂体上下转动；

所述第一臂体上设有旋转驱动模块，所述旋转驱动模块驱动第二臂体旋转，所述第二臂体的旋转轴线第一轴线与第一方向平行。

在上述的无人清舱机中，当所述机械臂展开在船舱内吸料时，所述第二臂体的旋转轴线竖直布置。

在上述的无人清舱机中，所述第一臂体和第二臂体上各设有一第一管体，所述第一臂体和第二臂体上的第一管体通过第二管体连接。

在上述的无人清舱机中，所述机架上设有可水平转动的回转立柱，所述机械臂铰接在回转立柱上。

在上述的无人清舱机中，所述第五关节远离第四关节的一端设有吸料嘴，所述吸料嘴与所述吸粮管远离机架的一端连接。

在上述的无人清舱机中，所述吸料嘴包括主管道、副管道以及吸嘴，所述主管道固定在第五关节上并与吸粮管连通，所述副管道与主管道磁性吸附连通，所述吸嘴固定在副管道远离主管道的一端，所述主管道上设有第一法兰，所述副管道上设有第二法兰，所述第一法兰与第二法兰之间设有多个弹簧，所述弹簧的一端与第一法兰固定连接，所述弹簧的另一端与第二法兰固定连接，所述主管道和副管道为刚性材质，所述吸嘴为弹性体材质。

在上述的无人清舱机中，多个所述弹簧围绕所述主管道周向均布。

在上述的无人清舱机中，所述副管道靠近所述主管道的一端设有导向部，所述导向部可插入到主管道中。

本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

本发明中，在行走单元上设置了机械臂，机械臂在行走单元的驱动下可以对准船舱，机械臂具有多个关节，通过各个关节的上下转动，可以调整机械臂的姿态，从而让机械臂伸入到船舱内，利用机械臂上的吸粮管，可以将船舱内的粮食吸出，在机械臂的带动下，吸粮管可到达船舱内的各个角落，将粮食吸取干净，无需工人下到舱底去清理余粮，提高了清粮效率，也维护了工人的身心健康；

机械臂包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节以及第五关节，第三关节的长度方向为第一方向，第三关节包括沿第一方向依次布置的第一臂体和第二臂体，第二臂体在旋转驱动模块的驱动下旋转，第二臂体的旋转轴线第一轴线与第一方向平行，当机械臂展开在船舱内吸料时，第二臂体的旋转轴线竖直布置，通过对吸料时姿态的限制，让旋转驱动模块需要驱动的力矩较小，旋转驱动模块不需要很大的驱动功率，使得旋转驱动模块的体积较小，容易隐藏到第一臂体上，确保机械臂可以折叠起来。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明第一实施例的机械臂展开时的结构示意图；

图2是本发明第一实施例去除吸粮管且机械臂折叠时的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的机械臂的第二臂体的旋转轴线竖直布置时的示意图；

图4是本发明第一实施例的机械臂的第二臂体的旋转轴线倾斜布置时的示意图；

图5是本发明第一实施例的图1的A的局部放大图。

其中，各图的附图标记：

1、机架；11、回转立柱；2、行走单元；3、机械臂；31、第一关节；32、第二关节；33、第三关节；331、第一臂体；332、第二臂体；34、第四关节；35、第五关节；36、第一驱动模块；37、第二驱动模块；38、第三驱动模块；39、第四驱动模块；40、第五驱动模块；4、第一管体；5、第二管体；6、吸粮单元；7、吸料嘴；71、主管道；711、环形凸缘；72、副管道；721、导向部；73、吸嘴；74、第一法兰；75、第二法兰；76、弹簧。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。

参照图1至图5所示，本发明一个实施例中，一种无人清舱机，包括机架1以及驱动机架1移动的行走单元2，一般来说，在码头岸线上设有导轨，机架1会与导轨滚动配合，以让机架1可以沿着码头岸线移动，行走单元2一般为行走台车结构；

机架1上设有可折叠的机械臂3，机械臂3包括依次铰接的多个关节，各个关节均可围绕其铰接轴线转动；各个关节的铰接轴线均是水平布置；

关节上设有第一管体4，相邻两个关节上的第一管体4通过第二管体5连接，第二管体5为柔性管，第一管体4和第二管体5交替连接构成吸粮管，机架1上设有吸粮单元6，吸粮管靠近机架1的一端与吸粮单元6连接；吸粮单元6包括负压罐，负压罐是利用负压设备产生吸力，让吸粮管可以吸取粮食；

机械臂3在行走单元2的驱动下可以对上船舱，机械臂3具有多个关节，通过各个关节的上下转动，可以调整机械臂3的姿态，从而让机械臂3伸入到船舱内，利用机械臂3上的吸粮管，可以将船舱内的粮食吸出，在机械臂3的带动下，吸粮管可到达船舱内的各个角落，将粮食吸取干净，无需工人下到舱底去清理余粮，提高了清粮效率，也维护了工人的身心健康。

第二管体5为柔性管，确保各个关节在转动时，第二管体5可以作相应的形变；第一管体4可以是硬性管，也可以是柔性管。

具体来说，关节分为第一关节31、第二关节32、第三关节33、第四关节34以及第五关节35；

还包括驱动第一关节31转动的第一驱动模块36、驱动第二关节32转动的第二驱动模块37、驱动第三关节33转动的第三驱动模块38、驱动第四关节34转动的第四驱动模块39以及驱动第五关节35转动的第五驱动模块40；

第一驱动模块36、第二驱动模块37、第三驱动模块38、第四驱动模块39和第五驱动模块40均是液压缸；通过液压缸的伸缩来带动相应的关节上下转动，调整各个关节之间的夹角，便可让机械臂3呈现不同的姿态；在不使用时，可以将机械臂3折叠起来，避免机械臂3被船舶撞到。

第三关节33的长度方向为第一方向，第三关节33包括沿第一方向依次布置的第一臂体331和第二臂体332，第一臂体331的一端与第二关节32铰接，第一臂体331的另一端与第二臂体332转动连接，第二臂体332远离第一臂体331的一端与第四关节34铰接，第三驱动模块38驱动第一臂体331上下转动，从而让第三关节33可以上下转动；

第一臂体331上设有旋转驱动模块(图中未示出)，旋转驱动模块驱动第二臂体332旋转，第二臂体332的旋转轴线与第一方向平行；

当机械臂3展开在船舱内吸料时，第二臂体332的旋转轴线竖直布置；通过对吸料时姿态的限制，让旋转驱动模块需要驱动的力矩较小，旋转驱动模块不需要很大的驱动功率，使得旋转驱动模块的体积较小，容易隐藏到第一臂体331上，确保机械臂3可以折叠起来；

一般来说，第二臂体332是通过回转支承与第一臂体331转动连接，旋转驱动模块为旋转电机，旋转电机来驱动第二臂体332转动；

参照图3，图3是第二臂体332的旋转轴线竖直布置时的示意图，此时第四关节34和第五关节35均是倾斜状态，第二臂体332的转动让第五关节35上的吸粮管末端可以围绕第二臂体332的旋转轴线转动去吸取粮食，调整第四关节34与第二臂体332的夹角、第四关节34和第五关节35的夹角，便可以调整吸粮管末端的转动半径；这时，回转支承受到的重力G为第二臂体332、第四关节34和第五关节35的重力总和，且质点会位于第四关节34上，回转支承的回转中心与质点的间距为L，回转支承的回转中心与质点的假想连线和第二臂体332的旋转轴线的夹角为α，回转支承的回转中心与质点的力臂长度L₁＝L*sinα，回转支承所受倾覆力矩M＝G*L₁，驱动回转支承回转时，只需克服因轴向力G与倾覆力矩产生的等效静载荷之和的摩擦力，加上回转支承属于滚动摩擦，摩擦系数小，只有0.01～0.02左右，所以所需要的旋转电机的驱动功率就比较小；

参照图4，图4是第二臂体332的旋转轴线倾斜布置时的示意图，如果是这种姿态吸料，回转支承受到的重力G依旧是第二臂体332、第四关节34和第五关节35的重力总和，且质点会位于第四关节34上，回转支承的回转中心与质点在XY坐标平面上的长度为D，回转支承的回转中心与质点的假想连线和XY坐标平面的夹角为β，回转支承的回转中心与质点在XY坐标平面上的力臂长度D₁＝D*cosβ，回转支承的回转中心与质点在YZ坐标平面上的力臂长度为D₂，回转支承所受倾覆力矩有两个：M₁＝G*D ₁、M₂＝G*D₂；由此可见，驱动回转支承回转时，如果第二臂体332的旋转轴线倾斜布置，需要克服的旋转力矩要更大，那么旋转电机所需要的驱动功率必然更大，也就是说，需要更大体积的旋转电机；

在实践中发现，如果不限制第二臂体332的旋转轴线，那么需要的旋转电机体积不容易嵌入到第一臂体331中，只能增大第一臂体331，这就会影响不使用时的折叠姿态；所以，对吸料时第二臂体332的旋转轴线的限制是非常有必要的，让旋转电机在有足够功率驱动第二臂体332转动、满足全方位吸粮的同时，体积不会过大。

在本实施例中，第一臂体331和第二臂体332上各设有一第一管体4，第一臂体331和第二臂体332上的第一管体4通过第二管体5连接；第二臂体332转动时，第一臂体331与第二臂体332之间的第二管体5可以扭转，避免吸粮管被扯断。

在本实施例中，机架1上设有可水平转动的回转立柱11，机械臂3铰接在回转立柱11上；第一驱动模块36的一端铰接在回转立柱11上、另一端铰接在第一关节31上，从而可以让第一关节31上下转动，而回转立柱11可以带动整个机械臂3水平转动，调整机械臂3的位置。

在本实施例中，第五关节35远离第四关节34的一端设有吸料嘴7，吸料嘴7与吸粮管远离机架1的一端连接；

参照图5，吸料嘴7包括主管道71、副管道72以及吸嘴73，主管道71固定在第五关节35上并与吸粮管连通，副管道72与主管道71磁性吸附连通，吸嘴73固定在副管道72远离主管道71的一端，主管道71上设有第一法兰74，副管道72上设有第二法兰75，第一法兰74与第二法兰75之间设有多个弹簧76，弹簧76的一端与第一法兰74固定连接，弹簧76的另一端与第二法兰75固定连接，主管道71和副管道72为刚性材质，吸嘴73为弹性体材质；

由于是利用机械臂3来带动吸粮管吸取粮食，且是多关节的调控，在实践中，吸料嘴7容易触底和触壁，所以让吸嘴73为弹性体材质，在碰撞时可以缓冲；

在吸粮时吸力是非常大的，吸嘴73非常容易吸附到舱底或舱壁上，硬扯的话比较困难，容易损伤吸嘴73和吸粮管，所以这里主管道71与副管道72是磁性吸附，当吸嘴73吸附在舱底或舱壁上时，随着机械臂3的移开，会拉动主管道71，进而拉扯到弹簧76，同时主管道71与副管道72分离，这时吸嘴73没有吸力就会自动松开，而弹簧76复位会将副管道72重新对接到主管道71上，依靠磁吸再次连通到一起，利用这种方式，使得吸嘴73可以很容易地与舱底、舱壁分离，也不损伤吸嘴73和吸粮管。

主管道71是通过螺栓或卡箍等固定在第五关节35上，在闲置时，可以拆下吸料嘴7，方便机械臂3折叠收缩。

优选地，多个弹簧76围绕主管道71周向均布，在拉扯副管道72时，可以让副管道72尽量与主管道71同轴，方便主管道71与副管道72对接连通。

且，副管道72靠近主管道71的一端设有导向部721，主管道71内设有环形凸缘711，环形凸缘711靠近副管道72的一面与主管道71的内壁之间为弧形过渡连接，导向部721的外壁也是弧形，导向部721插入到主管道71内，抵紧环形凸缘711，类似球头关节轴承结构，使得副管道72可以轻微摇动，环形凸缘711上嵌入有磁铁，而导向部721中也嵌入有磁铁，以此让主管道71和副管道72磁性吸附。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种无人清舱机，其特征在于，包括机架以及驱动机架移动的行走单元，所述机架上设有可折叠的机械臂，所述机械臂包括依次铰接的多个关节，各个所述关节均可围绕其铰接轴线转动；

所述关节上设有第一管体，相邻两个所述关节上的第一管体通过第二管体连接，所述第二管体为柔性管，第一管体和第二管体交替连接构成吸粮管，所述机架上设有吸粮单元，所述吸粮管靠近机架的一端与吸粮单元连接；

所述关节分为第一关节、第二关节、第三关节、第四关节以及第五关节；

还包括驱动第一关节转动的第一驱动模块、驱动第二关节转动的第二驱动模块、驱动第三关节转动的第三驱动模块、驱动第四关节转动的第四驱动模块以及驱动第五关节转动的第五驱动模块；

所述第三关节的长度方向为第一方向，所述第三关节包括沿第一方向依次布置的第一臂体和第二臂体，所述第一臂体的一端与第二关节铰接，所述第一臂体的另一端与第二臂体转动连接，所述第二臂体远离第一臂体的一端与第四关节铰接，所述第三驱动模块驱动第一臂体上下转动；

所述第一臂体上设有旋转驱动模块，所述旋转驱动模块驱动第二臂体旋转，所述第二臂体的旋转轴线与第一方向平行；

当所述机械臂展开在船舱内吸料时，所述第二臂体的旋转轴线竖直布置；

所述第五关节远离第四关节的一端设有吸料嘴，所述吸料嘴与所述吸粮管远离机架的一端连接；

所述吸料嘴包括主管道、副管道以及吸嘴，所述主管道固定在第五关节上并与吸粮管连通，所述副管道与主管道磁性吸附连通，所述吸嘴固定在副管道远离主管道的一端，所述主管道上设有第一法兰，所述副管道上设有第二法兰，所述第一法兰与第二法兰之间设有多个弹簧，所述弹簧的一端与第一法兰固定连接，所述弹簧的另一端与第二法兰固定连接，所述主管道和副管道为刚性材质，所述吸嘴为弹性体材质；

所述副管道靠近所述主管道的一端设有导向部，所述导向部可插入到主管道中；所述主管道内设有环形凸缘，环形凸缘靠近副管道的一面与主管道的内壁之间为弧形过渡连接，导向部的外壁也是弧形，导向部插入到主管道内，抵紧环形凸缘，使得副管道可以摇动，环形凸缘上嵌入有磁铁，而导向部中也嵌入有磁铁，以此让主管道和副管道磁性吸附。

2.根据权利要求1所述的无人清舱机，其特征在于，所述第一臂体和第二臂体上各设有一第一管体，所述第一臂体和第二臂体上的第一管体通过第二管体连接。

3.根据权利要求1所述的无人清舱机，其特征在于，所述机架上设有可水平转动的回转立柱，所述机械臂铰接在回转立柱上。

4.根据权利要求1所述的无人清舱机，其特征在于，多个所述弹簧围绕所述主管道周向均布。