一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统及方法

1.本发明涉及一种开锁装置及方法，尤其涉及一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统及方法。


背景技术：

2.随着当今航运科技的进步，船舶承载的集装箱日益增多，集装箱扭锁使用量随之加大。集装箱扭锁是用于甲板上集装箱固定的装置，使用的时候先把集装箱扭锁插在集装箱四个底角件的底孔中，然后扭转锁头90度把集装箱锁住，起到固定集装箱作用。
3.目前市面上现有的集装箱扭锁有“杆式、单拉、双拉、全自动锁”四种，其中全自动锁最方便快捷，但是因为其造价昂贵而难以维护，故障后很难修理，并且目前世界范围内的杆式、单拉、双拉扭锁占全世界港口扭锁总量的95％以上，所以现船舶大都还需要采用人工开锁的方式解锁集装箱上的扭锁。目前世界上集装箱开锁作业普遍采用人工与桥吊、吊篮吊具相结合的方式，工人们在进行集装箱开锁作业时,首先要站在集装箱吊篮上,再配合由桥吊控制移动的吊篮吊具从而达到对不同高度的集装箱进行开锁操作。
4.目前集装箱码头的堆码箱可达8层，而空箱最高可达10层，此时箱顶距甲板至少达20米，对于中高层的集装箱，工人需要借助桥吊来开锁，而港口桥吊作业区域并不能与集装箱船舶堆码装载贝位一一对应，不对应的贝位需要等其他贝位桥吊作业完毕后，才可辅助人工进行该贝位的中高层集装箱开锁，造成桥吊装卸作业等待，造成卸船效率下。
5.对于港口员工而言，人工开锁流程危险、繁琐且效率低，港口员工需要用一根近十斤的开锁杆去开集装箱扭锁，这对员工的体能是一个巨大的考验，而长时间高举沉重的开锁杆在港口高处进行作业存在较大的安全隐患，危险性极大，还对员工的脊椎产生伤害，同时高空作业效率很难提高，尤其是海边作业，海风和强烈的日光都会对员工的安全和工作效率造成影响。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统及方法。
7.为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统，包括机架、上攀爬臂装置、下攀爬臂装置，机架上设置有伸缩装置，上攀爬臂装置设置于伸缩装置的顶端，伸缩装置伸出带动上攀爬臂装置向上移动，下攀爬臂装置设置于机架的下部；机架上设置有滑动装置，滑动装置能在机架上横向移动；滑动装置上设置有机械臂，机械臂能够进行开锁操作；机架的底部设置有距离调节装置，距离调节装置能够调节开锁系统与集装箱之间的位置；
8.机架上设置有主控系统，主控系统分别与上攀爬臂装置、下攀爬臂装置、伸缩装置、滑动装置、机械臂、距离调节装置电连接。
9.进一步地、伸缩装置包括伸缩杆，伸缩杆竖向设置于机架上，上攀爬臂装置设置于
伸缩杆伸出端的顶端，伸缩杆伸缩带动上攀爬臂装置上下移动。
10.进一步地、上攀爬臂装置包括上摆臂、上摆臂横梁，上摆臂横梁设置于伸缩杆伸出端的顶端；上摆臂为两个，两个上摆臂分别铰接于上摆臂横梁的左侧、右侧，两个上摆臂中部之间铰接有上摆臂连接梁；上摆臂横梁上固定设置有驱动电机，驱动电机的输出轴固定连接有连接片，连接片的另一端与上摆臂连接梁相铰接，通过驱动电机带动上摆臂左右摆动。
11.进一步地、下攀爬臂装置包括下摆臂、驱动舵机，下摆臂连接于驱动舵机的后部，驱动舵机设置于机架上，驱动舵机带动下摆臂摆动伸出或收回。
12.进一步地、滑动装置包括滑台，机架上横向设置有与滑台相配合的滑轨，机架上横向设置有与滑轨位置相对应的牵引线；滑台上设置有减速电机，减速电机的输出端与牵引线相连接，减速电机拉动牵引线驱动滑台沿着滑轨横向移动。
13.进一步地、距离调节装置包括轨道方位轮、距离调节舵机，距离调节舵机设置于机架的底部，轨道方位轮连接于距离调节舵机的另一侧，距离调节舵机带动轨道方位轮转动调节机架与集装箱之间的距离。
14.进一步地、机械臂设置于滑台上，机械臂上设置有s钩，s钩用于打开集装箱扭锁。
15.一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统的工作方法为：
16.通过人工或塔吊把机架放置在与待进行开锁操作的集装箱相对应的位置，主控系统控制驱动电机启动，驱动电机带动上摆臂收回；伸缩装置的伸缩杆的伸出端伸出将上摆臂举升到第二层集装箱和第三层集装箱之间的缝隙处，驱动电机带动上摆臂摆动伸出卡置于缝隙间，实现上攀爬臂装置卡在集装箱上，此时伸缩杆缩回拉升机架向上移动，将下摆臂拉升至第二层集装箱的下缝隙处，主控系统控制驱动舵机驱动下摆臂摆出卡住集装箱；主控系统控制减速电机牵动牵引线带动滑台沿着滑轨左右移动，当滑台移动到达指定位置后，主控系统控制机械臂带动s钩对第二层集装箱的扭锁进行开锁操作，开锁后机械臂带动s钩复位，减速电机通过牵引线牵引滑台横向移动至第二层集装箱的另一侧进行开锁操作；开锁完成后，主控系统控制驱动电机带动上摆臂摆动收回，伸缩杆的伸出端继续向上伸出将上摆臂举升至第三层集装箱与第四层集装箱之间的缝隙处，重复上述步骤完成开锁系统向上爬升并开锁作业。
17.本发明的垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统在现如今港口均为人工开锁的现状下提供了一种机械开锁的装置及开锁方法，机械开锁新颖且稀缺；辅助开锁系统是辅助人工完成港口靠泊集装箱船卸船前的扭锁开锁作业,能够有效解决港口卸船作业扭锁开锁效率不高、人工作业效率低、工作环境危险性系数高等问题,可提高港口装卸作业效率、降低集装箱船舶在港停泊时间、弥补传统人工开锁作业流程的缺陷、大大提高船舶运营与码头经营的效益。
附图说明
18.图1为本发明的垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统的结构示意图。
19.图2为图1的后视图。
20.图3为图1的左视图。
21.图4为图2的俯视图。
22.图5为图1的侧视图。
23.图6为图1的侧视图。
24.图7为辅助开锁系统的控制系统连接示意图。
25.图中：1、机架；2、上攀爬臂装置；3、下攀爬臂装置；4、伸缩装置；5、滑动装置；6、机械臂；7、距离调节装置；8、主控系统；9、s钩；
26.21、上摆臂；22、上摆臂横梁；23、驱动电机；24、上摆臂连接梁；25、连接片；31、下摆臂；32、驱动舵机；41、伸缩杆；51、滑台；52、滑轨；53、减速电机；54、牵引线；71、轨道方位轮；72、距离调节舵机。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.如图1-图3所示，一种垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统，包括机架1、上攀爬臂装置2、下攀爬臂装置3，机架1上设置有伸缩装置4，上攀爬臂装置2设置于伸缩装置4的顶端，伸缩装置伸出带动上攀爬臂装置向上移动，下攀爬臂装置3设置于机架1的下部；机架1上设置有滑动装置5，滑动装置能在机架上横向移动；滑动装置5上设置有机械臂6，机械臂能够进行开锁操作；机架1的底部设置有距离调节装置7，距离调节装置能够调节开锁系统与集装箱之间的位置。
29.如图7所示，机架1上设置有主控系统8，主控系统分别与上攀爬臂装置、下攀爬臂装置、伸缩装置、滑动装置、机械臂、距离调节装置电连接。
30.如图5、图6所示，伸缩装置4包括伸缩杆41，伸缩杆竖向设置于机架上，上攀爬臂装置2设置于伸缩杆41伸出端的顶端，伸缩杆伸缩带动上攀爬臂装置上下移动。伸缩杆通过直流电机带动丝杆运动，使伸缩臂上下移动，实现机架的灵活升降，实现攀爬集装箱的工作目标。
31.上攀爬臂装置2包括上摆臂21、上摆臂横梁22，上摆臂横梁设置于伸缩杆41伸出端的顶端；上摆臂21为两个，两个上摆臂分别铰接于上摆臂横梁的左侧、右侧，两个上摆臂中部之间铰接有上摆臂连接梁24；上摆臂横梁22上固定设置有驱动电机23，驱动电机的输出轴固定连接有连接片25，连接片的另一端与上摆臂连接梁24相铰接，通过驱动电机带动上摆臂左右摆动。
32.两个上摆臂、上摆臂横梁22及上摆臂连接梁24构成了平行双曲柄机构，主控系统控制驱动电机23带动位于机架上部的平行双曲柄机构实现左右摆动，从而实现上摆臂的摆出和回缩。运用平行双曲柄结构原理使上摆臂在爬升后进行集装箱的层级固定，结构稳定，能更好地辅助机械臂开锁作业。
33.上摆臂横梁22上设置有上攀爬臂限位装置，在上摆臂举升到合适位置时，防止上摆臂过度展开，在合适角度限制上摆臂伸展角度，确保上摆臂精准摆入集装箱之间缝隙。
34.下攀爬臂装置3包括下摆臂31、驱动舵机32，下摆臂连接于驱动舵机的后部，驱动舵机设置于机架1上，驱动舵机带动下摆臂摆动伸出或收回。
35.滑动装置5包括滑台51，机架1上横向设置有与滑台51相配合的滑轨52，机架1上横向设置有与滑轨52位置相对应的牵引线54；滑台51上设置有减速电机53，减速电机的输出端与牵引线相连接，减速电机拉动牵引线驱动滑台沿着滑轨横向移动，调节机械臂的位置
从而可以打开位于集装箱两侧的锁扣，实现一次攀爬，两次开锁。滑动装置使用减速电机带动牵引线带动滑台左右移动，更能适应港口集装箱装卸作业环境，能更好的辅助机械臂进行开锁作业。
36.距离调节装置7包括轨道方位轮71、距离调节舵机72，距离调节舵机设置于机架1的底部，轨道方位轮71连接于距离调节舵机72的另一侧，距离调节舵机带动轨道方位轮转动调节机架与集装箱之间的距离。
37.机械臂6设置于滑台51上，机械臂6上设置有s钩9，s钩用于打开集装箱扭锁。机械臂为多轴机械臂，第一个轴用于连接底座与机械臂，控制整个机械臂的旋转；第二个轴用于控制机械臂小臂的上下摆动；第三个轴用于控制机械臂大臂的上下摆动；第四个轴用于控制机械臂小臂的旋转，即s钩的旋转；机械臂可以通过控制终端进行远程控制，可以实现远程控制机械臂进行开锁任务。机械臂运用多轴机械臂原理，可以实现“全方位，多角度”开锁，使它更加灵活，机械臂顶部采用多锁实用型“s钩”，可针对常见的所有锁型，在开锁过程中无需更换，大大提高开锁作业效率。
38.主控系统采用了89c52主控芯片，主控芯片采用高性能comos8的微处理器—89c52单片机做为主控芯片，通过接收上超声波模块和下超声波模块的输入信号，根据程序来判断何时到达集装箱箱体之间缝隙，控制驱动电机驱动上摆臂、驱动舵机驱动下摆臂及控制伸缩装置伸缩实现机架的自动攀爬。
39.机架1的上部、下部分别设置有上超声波测距、下超声波测距，能发射超声波对集装箱进行照射并接收其回波，由此获得目标至超声波发射点的距离，用于检测上下两集装箱之间的缝隙，发送信号给主控芯片，寻找两集装箱之间的缝隙，结合程序来确定伸缩杆的伸缩臂何时停止伸缩，用来应对不同标高集装箱的开锁问题。
40.机架的上部还设置有高清图像回传装置，运用高清摄像头进行远程监控，方便进行监视周围集装箱锁的方位进行精准开锁，实时监控。
41.机架上还设置有电源系统，辅助开锁系统有两种工作模式，在拖缆作业时电力不受束缚，动力冗余大，机架攀爬灵活；在拖缆作业情况下，输入的高压交流电由开关电源降压至辅助开锁装置需要的直流24v电源供整机使用。由24v降到合适的电压来给各模块供电。12v为上机械臂和高清图传模块供电，8v负责给机械臂及上、下攀爬臂装置供电，同时隔离电源可以很好的屏蔽因电机正反转和继电器频繁吸合时产生的电磁干扰，使系统更加稳定的运行。在不方便拖缆作业的情况下可以携带电池以保证辅助开锁系统的正常工作，从而更加灵活的适应更多工况。
42.机架上还设置有故障显示模块，当出现辅助开锁系统无法正常工作的状况时，故障显示模块会通过数码管显示代码来表明哪一个环节出现了问题，并且通过指示灯闪烁指示。
43.本发明的垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统由桥吊将辅助开锁系统下攀爬臂装置放置在第一层集装箱顶部，辅助开锁系统自动向上攀爬对集装箱进行开锁，开锁完成后辅助开锁系统返回，桥吊将辅助开锁系统取下后桥吊吊取集装箱。辅助开锁系统具体的的工作方法为：
44.通过人工或塔吊把机架1放置在与待进行开锁操作的集装箱相对应的位置，主控系统控制驱动电机23启动，驱动电机带动上摆臂21收回；伸缩装置4的伸缩杆41的伸出端伸
出将上摆臂21举升到第二层集装箱和第三层集装箱之间的缝隙处，驱动电机带动上摆臂21摆动伸出卡置于缝隙间，实现上攀爬臂装置卡在集装箱上，此时伸缩杆41缩回拉升机架1向上移动，将下摆臂31拉升至第二层集装箱的下缝隙处，主控系统控制驱动舵机32驱动下摆臂31摆出卡住集装箱；主控系统控制减速电机53牵动牵引线54带动滑台51沿着滑轨52左右移动，当滑台移动到达指定位置后，主控系统控制机械臂6带动s钩9对第二层集装箱的扭锁进行开锁操作，开锁后机械臂带动s钩复位，减速电机通过牵引线牵引滑台横向移动至第二层集装箱的另一侧进行开锁操作；开锁完成后，主控系统控制驱动电机23带动上摆臂21摆动收回，伸缩杆41的伸出端继续向上伸出将上摆臂举升至第三层集装箱与第四层集装箱之间的缝隙处，重复上述步骤完成开锁系统向上爬升并开锁作业。
45.本发明的垂直爬升式集装箱扭锁辅助开锁系统可以实现开启港口员工使用开锁杆无法触及的中高层和较为危险的高层的集装箱扭锁，辅助开锁系统辅助人工进行集装箱扭锁的开锁，大大提升了集装箱扭锁开锁的安全性和效率。辅助开锁系统可以在其他贝位工作时，对空闲的贝位进行自动开锁作业，相比人工用辅助开锁系统开锁简单、安全且高效。
46.上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。