冷链集装箱纸箱货物装卸设备及方法与流程

1.本发明属于冷链运输领域，具体涉及一种冷链集装箱纸箱货物装卸设备及方法。


背景技术：

2.自新冠疫情暴发以来，已经出现了多种变异毒株，某些变异毒株相对原始病毒更具传染性，导致感染人数增加，全球疫情形势愈加严峻复杂。由于新冠病毒能够在低温环境下长时间存活，冷链食品中陆续检测到新冠病毒，引发了人们对冷链食品是否安全的担忧。
3.众所周知，食品冷链物流产业链主要涉及冷冻、冷藏加工；冷库贮藏；运输与配送；终端销售等环节，以低温的冷链物流不仅能最大限度地保持食品的新鲜程度、营养、色泽和口味，而且对于绝大多数细菌的增长，有着明显的遏制效果。因此，在货物流通过程中，冷链物流能够尽可能的保证货物不受细菌的侵害，防止食品变质，为货物安全提供保障。频发的事件引发各方对冷链食品安全的广泛关注，甚至有人认为冷链为新冠病毒提供了“舒适”的生存空间。基于此，加快冷链物流安全体系建设，确保食品安全，是疫情常态化防控下重要的民生课题。
4.据了解，基本都是在冷链物品外包装上检测出新冠病毒，这其中一种可能是在加工包装过程中被污染了，另一种可能就是在运输流程中被污染了。在冷链物流全程中，运输过程相对较为安全，但各个重要节点，容易出现问题。进口冷链货物到达目的港后，需要经过港口查验、运输到冷库、出库分拨到冷藏运输车、运输到零售市场等环节，在启运港装箱前，也有类似流程。这些节点之间如果衔接不当，很容易使低温环境遭到破坏，进而影响货物质量。更重要的是，在这些节点上，由于环境变化、人员接触等原因，外界与货物有所接触，也更容易出现病毒传播。因此，在冷链物流全程中，应该尽量减少不必要的人员接触。
5.对于冷链集装箱的纸箱货物，通常需要人工装卸，借助叉车辅助运输，人工直接搬运接触冻货造成的感染风险大，装卸人员劳动强度大，效率低，甚至有些重型货物，容易造成人身伤害。有些采用简单吸盘进行侧吸货物，侧吸的吸附力差，由于纸箱类型繁多，大小和轻重不一，不能全部适用，仅能实现20％左右的纸箱可以吸附搬运，其他类型纸箱通过吸附搬运成功率极低，还得需要人工装卸。


技术实现要素：

6.针对新冠疫情下现有冷链集装箱纸箱货物主要通过人工装卸，自动化程度低，人员接触感染风险大的上述问题，本发明提供一种冷链集装箱纸箱货物装卸设备及方法，该设备能够代替人工完成几乎全部的集装箱纸箱货物的搬运，提高了工作效率，极大地减少了人员接触，降低了感染风险。
7.本发明一方面提供一种冷链集装箱纸箱货物装卸设备，包括母车和设置在母车一侧的子车，所述子车包括子车车身，子车车身上设置子车驱动机构、子车转向机构、夹具左右摆动机构、大臂伸缩机构、大臂支撑机构及过渡辊筒输送机构，子车车身的前端设置夹具、夹具升降机构及3d视觉识别系统，所述夹具、夹具升降机构、夹具左右摆动机构和大臂
伸缩机构依次连接，用于实现夹具位置的调整和完成夹取动作；所述大臂支撑机构设置在子车车身上支撑大臂伸缩机构，所述过渡辊筒输送机构设置在子车车身的一侧；
8.所述母车包括母车底盘、设置在母车底盘上的母车移动机构、母车升降机构、伸缩皮带线以及设置在母车底盘前方的集装箱过渡机构；所述母车底盘上设置纵向导轨，所述伸缩皮带线与母车底盘之间设有供子车进入和前后移动的空间；所述母车升降机构用于母车的整体升降；
9.所述子车设置在母车的纵向导轨上，子车驱动机构和子车转向机构使子车能够沿纵向导轨移入和移出母车，并沿纵向导轨向前移动到集装箱内，当子车向前移动时，母车的伸缩皮带线会跟随子车的过渡辊筒输送机构伸出，与子车的过渡辊筒输送机构衔接，夹具左右摆动机构的摆动幅度能够保证夹取的纸箱货物落到过渡辊筒输送机构上，当子车退回母车时，母车的伸缩皮带线会跟随子车的过渡辊筒输送机构缩回。
10.进一步的，所述夹具包括吸盘机构、托板机构、下压机构、基座，所述吸盘机构为若干个，设置在基座上，吸盘机构包括吸盘组、真空发生器、气源开关和直线往复驱动机构，吸盘组中的每个吸盘连接一个真空发生器并设置独立的气源开关，所述直线往复驱动机构连接吸盘组，用于驱动吸盘组前后移动；
11.所述托板机构包括托板及直线往复驱动机构，托板设置在基座的底部吸盘机构的下方；
12.所述下压机构包括连杆、压板、支架和直线往复驱动机构，所述支架固定设置在基座上，连杆设置在支架上，所述连杆的一端转动连接压板，另一端连接直线往复驱动机构，所述压板设置在吸盘的前方，所述连杆在直线往复驱动机构的驱动下，能够在支架上转动，并带动压板上下移动。
13.进一步的，所述固定基座上设置2
‑
8个吸盘机构，所述吸盘组设有3
‑
6个吸盘，吸盘组设置在固定板上。
14.进一步的，所述吸盘机构和下压机构的直线往复驱动机构均为气缸；所述托板机构的直线往复驱动机构为无杆气缸。
15.进一步的，所述子车转向机构和子车驱动机构分别设置在子车车身的前端和后端。
16.进一步的，所述3d视觉识别系统设置在夹具的侧面。
17.进一步的，所述集装箱过渡机构与母车底盘转动连接，集装箱过渡机构的前端设置钢丝绳，母车底盘上设置排线滚轮，钢丝绳绕在排线滚轮上，通过连摇动排线滚轮能将集装箱过渡机构收起或者放下。
18.进一步的，所述母车升降机构为液压缸升降机构，设置在母车底盘的四个角上。
19.进一步的，所述子车的车身上还设置空气压缩机及子车控制柜，所述母车底盘上还设置液压站、电池组和母车电控柜。
20.本发明另一方面提供一种冷链集装箱纸箱货物搬运方法，采用上述的装卸设备，包括如下步骤：
21.(1)人工遥控驾驶母车机构左右移动至库区月台口位置，与月台打开箱门的集装箱口对齐，操控母车升降机构将母车底部顶升到与月台集装箱箱底平齐，便于后期子车顺利驶入，调整集装箱过渡机构，搭接到集装箱箱底，完成母车所有机构的调整；
22.(2)启动装卸设备的全自动控制程序，3d视觉识别系统进行集装箱内货物的3d视觉扫描，获取的数据结合ai算法，准确标定出集装箱内货物的中心点坐标，通过socket协议进行3d视觉相机与设备的运动控制器进行数据交互，运动控制器根据3d视觉识别系统得到的数据进行夹具的运动轨迹运算，得到最佳的运动轨迹和最佳的夹具动作方案；
23.(3)子车通过驱动机构行走到所需位置，同时大臂伸缩机构、夹具左右摆动机构、夹具升降机构在各自电机的驱动下进行避障并运动到所需位置，所需位置即为3d视觉数据传输到运动控制器后经过运动算法运算后得到的最佳位置；
24.(4)子车的所有运动机构到位后，夹具按照规划路径进行动作，吸盘机构在直线往复驱动机构的驱动下，贴近纸箱，气源开关打开，真空发生器产生负压，使吸盘吸附在纸箱侧面，提升机构将吸盘机构向上提升使被吸附的纸箱与下方的纸箱产生缝隙，托板机构的直线往复驱动机构将托板从基座下方推出并插入缝隙中，将纸箱的底部托住，下压机构的直线往复驱动机构驱动连杆转动，压板下行并将纸箱按住，在托板和压板的双重作用下，纸箱被夹取；
25.(5)大臂伸缩机构先动作退回，使箱子完全移出，同时左右摆动机构、升降机构、大臂机构，通过运动控制算法顺利避障后，将货物运送到过渡滚筒输送机构上方后，夹具通过程序控制电磁阀先释放吸盘，再将压板抬起，收回托板，纸箱落到过渡滚筒输送机构上，然后移动到伸缩皮带线上，输送至后方工位。
26.本发明具有以下有益效果：
27.(1)该装卸设备能够完全替代人工进行全自动的货物装卸，大大减少人员接触，降低感染风险，有效防控疫情传播。
28.(2)采用吸盘辅助侧吸、托板托起货物，下压机构从上方压住货物的抓取方式，解决了纸箱货物尺寸和表面材质的问题，可以适用于几乎全部的纸箱类货物的装卸；抓取的可靠性好，并且不损伤货物，针对集装箱内最高处、两侧、最底部的货物，都能采用本发明进行解决。
29.(3)子母车的设计，灵活性好，结构紧凑。
30.(4)连接输送线、消毒设备及码垛机器人，可完成集装箱纸箱货物的快速装货和卸货流程。设备最快可实现800～1200箱/每小时的装卸效率，一般普通纸箱类货物能够保证600箱/每小时。
附图说明
31.图1为实施例1冷链集装箱纸箱货物装卸设备的结构示意图；
32.图2为实施例1冷链集装箱纸箱货物装卸设备的俯视图；
33.图3为实施例1子车的结构示意图；
34.图4为实施例1子车的俯视图；
35.图5为实施例1子车的侧视图；
36.图6为实施例1母车的结构示意图；
37.图7为实施例1母车的俯视图；
38.图8为实施例1母车的侧视图；
39.图9为实施例2夹具的结构示意图；
40.图10为实施例2夹具的侧视图；
41.图11为实施例2夹具的俯视图；
42.图12为实施例3规划的一种抓取方案示意图；
43.图13为实施例4卸货流程图；
44.图14为实施例4装货流程图。
具体实施方式
45.下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
46.实施例1
47.一种冷链集装箱纸箱货物装卸设备，如图1和图2所示，包括母车1和设置在母车1上的子车2。
48.如图3
‑
图5所述，子车2包括子车车身26、子车驱动机构27、子车转向机构29、大臂伸缩机构21、夹具左右摆动机构22、夹具升降机构23、坦克链24、夹具25、大臂支撑机构28、过渡辊筒输送机构210及3d视觉识别系统。子车驱动机构27和子车转向机构29分别设置在子车车身26的后端和前端，用于实现子车的移动和转向。子车驱动机构27采用现有的车辆驱动方案，子车转向机构29采用现有的车辆转向方案，优选后轮驱动和前轮转向。
49.夹具25、夹具升降机构23、夹具左右摆动机构22和大臂伸缩机构21依次连接，用于实现夹具的前进后退、上下移动、左右摆动和对纸箱货物的抓取。夹具25、夹具升降机构23设置在子车车身26的前端，以便于有足够的空间进行抓取动作。夹具25、夹具升降机构23、夹具左右摆动机构22和大臂伸缩机构21的功能系统优选压缩空气系统，空气压缩机211设置在子车车身26上。
50.大臂伸缩机构21、夹具左右摆动机构22、大臂支撑机构28及过渡辊筒输送机构210设置在子车车身26上，大臂支撑机构28用于支撑大臂伸缩机构21，过渡辊筒输送机构210设置在子车车身26的一侧，在夹具25的动作范围内。
51.夹具25的侧面设置3d视觉识别系统(图中未示出)，用于进行集装箱内纸箱货物的3d视觉扫描，以获得2d图像、点云数据、结构数据。
52.作为进一步的改进，坦克链24用于保护子车上的电缆和气管。
53.作为进步的改进，子车设有自动纠偏系统，可实时对子车进行纠偏，保证行走位置的准确。
54.如图6
‑
8所示，母车1包括母车底盘11、母车移动机构12、电控柜13、电池组15、母车升降机构16、伸缩皮带线17和集装箱过渡机构19。
55.母车移动机构12用于实现母车1的整体移动，优选电力驱动。母车1上设置电源，用于母车1和子车2的供电，优选车载电池组15，以便于移动作业，到达指定位置后可切换至固定电源作业。
56.母车升降机构12设置在母车底盘的四个角上，用于实现母车的整体上升和下降，母车升降机构16优选液压缸升降机构，其液压站14优选设置在母车底盘11上。
57.伸缩皮带线17设置在母车底盘的一侧，用于输送纸箱货物。
58.母车底盘11上设置纵向导轨，子车2设置在纵向导轨上，子车能够沿纵向导轨移入和移出母车，伸缩皮带线17与母车底盘11之间留有供子车2进入和前后移动的空间。
59.集装箱过渡机构19设置在母车底盘11的前方，并与母车底盘的纵向导轨衔接，用于搭接到集装箱箱底。作为进一步的改进，集装箱过渡机构19与母车底盘11转动连接，在集装箱过渡机构19的前端设置钢丝绳，母车底盘11上设置手摇排线滚轮，钢丝绳绕在排线滚轮上，通过连摇动排线滚轮就能将集装箱过渡机构收起或者放下。
60.子2车设置在母车1的纵向导轨上，子车驱动机构27和子车转向机构29使子车能够沿纵向导轨移入和移出母车，并沿纵向导轨向前移动到集装箱内。当子车向前移动时，母车的伸缩皮带线17会跟随子车的过渡辊筒输送机构210伸出，与子车的过渡辊筒输送机构210衔接，夹具左右摆动机构22的摆动幅度能够保证夹取的纸箱货物落到过渡辊筒输送机构210上，当子车退回母车时，母车的伸缩皮带线17会跟随子车的过渡辊筒输送机构210缩回。
61.作为进一步的改进，子车携带拖令电缆，拖令电缆可行走较长的距离，标准40英尺集装箱长度大约12m，子车1携带拖令电缆可一直向前行走，行走的同时伸缩皮带线可进行同步伸缩，将在集装箱最内的货物传送出来。子车2退回母车1时，拖令电缆通过设置在母车上的卷筒18自动收起。
62.上述机构的动作均采用自动化控制，母车底盘11上设置母车控制柜13，子车车身26上设置子车控制柜212。
63.实施例2
64.在实施例1的基础上，本实施例的夹具25包括吸盘机构251、托板机构252、下压机构253和基座254。基座254提供吸盘机构251、托板机构252和下压机构253的安装位置和空间。
65.如图9
‑
图11所示，吸盘机构251为7个，并列设置在基座251上，吸盘机构251包括吸盘组、真空发生器、气源开关和直线往复驱动机构，吸盘组有四个吸盘，呈方形排列，每个吸盘2511连接一个真空发生器并设置独立的气源开关。每个吸盘机构的后方设置可以单动的直线往复驱动机构，用于实现吸盘组的前后移动。由于吸盘组的每个吸盘是单独控制的，因此，对于外形尺寸小于吸盘组的纸箱，也能够达到最好的吸附效果。气源开关优选电磁阀，直线往复驱动机构优选气缸。
66.在每个吸盘组机构251的下方都设有一个托板机构252。托板机构252包括托板2521及直线往复驱动机构，托板2521设置在基座251的底部，基座251的底部设置导轨，直线往复驱动机构驱动托板在导轨上前后移动。直线往复驱动机构优选无杆气缸，使设备紧凑。
67.下压机构253设置在基座254上相邻两个吸盘机构251之间，包括连杆2531、压板2532、支架2533和气缸。支架2532固定设置在基座上，连杆2531设置在支架2532上，连杆2531的一端连接压板2532，另一端连接气缸的活塞端。压板2532设置在吸盘2511的前方，连杆2531在气缸的驱动下，能够在支架2532上转动，进而带动压板2532上下移动。压板2532与连杆2531可转动连接，是为了实现压板2532的下压面的被动调整，使其朝向需要按压的箱体，实现下压动作。
68.实施例3
69.一种冷链集装箱纸箱货物搬运方法，采用实施例2的冷链集装箱纸箱货物装卸设备
70.(1)人工遥控驾驶母车机构左右移动至库区月台口位置，与月台打开箱门的集装箱口对齐，操控母车升降机构将母车底部顶升到与月台集装箱箱底平齐，便于后期子车顺
利驶入，调整集装箱过渡机构，搭接到集装箱箱底，完成母车所有机构的调整；
71.(2)启动装卸设备的全自动控制程序，3d视觉识别系统进行集装箱内货物的3d视觉扫描，获取的数据结合ai算法，准确标定出集装箱内货物的中心点坐标，通过socket协议进行3d视觉相机与设备的运动控制器进行数据交互，运动控制器根据3d视觉识别系统得到的数据进行夹具的运动轨迹运算，得到最佳的运动轨迹和最佳的夹具动作方案。如图12所示，一种抓取方案：抓取动作顺序1——2——3——4
……
以此类推，3.1，3.2，4.1，4.2
……
表示可以同时抓取2～4箱。
72.(3)子车通过驱动机构行走到所需位置，同时大臂伸缩机构、夹具左右摆动机构、夹具升降机构在各自电机的驱动下进行避障并运动到所需位置，所需位置即为3d视觉数据传输到运动控制器后经过运动算法运算后得到的最佳位置；
73.(4)子车的所有运动机构到位后，夹具按照规划路径进行动作，吸盘机构在直线往复驱动机构的驱动下，贴近纸箱，气源开关打开，真空发生器产生负压，使吸盘吸附在纸箱侧面，提升机构将吸盘机构向上提升使被吸附的纸箱与下方的纸箱产生缝隙，托板机构的直线往复驱动机构将托板从基座下方推出并插入缝隙中，将纸箱的底部托住，下压机构的直线往复驱动机构驱动连杆转动，压板下行并将纸箱按住，在托板和压板的双重作用下，纸箱被夹取；
74.(5)大臂伸缩机构先动作退回，使箱子完全移出，同时左右摆动机构、升降机构、大臂机构，通过运动控制算法顺利避障后，将货物运送到过渡滚筒输送机构上方后，夹具通过程序控制电子阀先释放吸盘，再将压板抬起，收回托板，纸箱落到渡滚筒输送机构上，然后上到伸缩辊筒线上，输送至后方工位。
75.实施例4
76.本发明的冷链集装箱纸箱货物装卸设备与输送线、消毒设备及码垛机器人共同组成集装箱装卸货机器人。
77.当卸货时，参考图13，步骤如下：(1
‑
1)打开集装箱门，遥控所述的装卸设备移动到集装箱门口，将伸缩滚筒线、消毒设备、码垛设备对接好，人工微调装卸设备左右距离，使其与集装箱门正对；(1
‑
2)对正后，一键启动自动模式，3d视觉识别系统判断箱子位置和距离，启动夹具抓取箱子，抓取成功后放置到伸缩辊筒线上，输送至消毒设备进行消毒、缓存、机器人码垛、缠膜及入库；
78.当装货时：参考图14，步骤如下：(2
‑
1)打开集装箱门，遥控所述的装卸设备移动到集装箱门口，将伸缩滚筒线、消毒设备、码垛机器人对接好，人工微调装卸设备左右距离，使其与集装箱门正对；(2
‑
2)对正后，叉车将货物放置到拆垛位，人工拆除外部异物或缠绕膜；(2
‑
3)一键启动自动模式，3d视觉识别系统拍照识别剁型，机器人拆垛，输送线将货物输送到消毒设备消毒，再输送到装卸设备；(2
‑
4)装卸设备装货，人工远程监控装货情况。
79.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。