一种自动挂接卸货装置及使用方法

技术领域

本发明属于挂接迁移技术领域，具体是一种自动挂接卸货装置及使用方法。

背景技术

目前，实现挂接迁移任务有较多的挂接装置，对于自动挂接装置所应用的实际工况中，在集装兜下的袋装货物还无法实现一人一机或无人叉车的装卸。对于某些小中型物流公司，没必要投入巨大的资金实现完全自动化装备运输，此时他们仍以单一的叉车但却无法实现一人一机对于集装兜货物的挂接迁移任务，这会使得：一是装卸人员年龄偏高，可持续年限短，无后续力量，预估多年后装卸力量锐减；二是装卸费用高、效率低，装车辆数与装车时间成正比，不能适应工作发展需求，对于上述方式，会使得装卸费用变高、效率低，且预估在几年后装卸力量锐减。

申请号为：CN202020282274.5，公开了一种装卸货装置及装卸货系统，包括立架和多个装卸货组件。立架沿竖直方向延伸。多个装卸货组件沿竖直方向间隔设置于所述立架，每个所述装卸货组件包括单独的驱动结构，多个所述装卸货组件能够分别在不同高度上向搬运机器人输送货物或者将搬运机器人上的货物卸下。该卸货装置虽然解决了搬运机器人存在的装卸货物效率低下的问题，但是仍然无法实现自动装卸。

申请号为：CN202220559277.8，公开了一种基于货车卸货的升降式卸货装置，包括支撑底架，两个相对设置并垂直设置在所述支撑底架上的支撑杆，设置在两个所述支撑杆之间并可相对所述支撑杆做升降动作的装卸货框，设置在所述支撑杆上用于驱动所述装卸货框做升降动作的驱动机构，所述装卸货框的左侧设置有可相对装卸货框转动的第一尾板，所述装卸货框的右侧设置有可相对装卸货框转动的第二尾板。该专利虽然可以适用多种货物的装卸作业，但是仍然无法实现自动装卸。

发明内容

本发明为了解决自动装卸的问题，提供一种自动挂接卸货装置及使用方法。

本发明采取以下技术方案：一种自动挂接卸货装置，包括叉车本体，叉车本体前端为内门架和外门架，内门架和外门架上设置可以上下移动的叉架，叉架由调姿液压缸驱动，叉架底部设置叉子，所述叉架上安装有单驱动剪叉伸缩机构，单驱动剪叉伸缩机构设置在叉子上方并可以在水平方向沿叉子前后伸缩，单驱动剪叉伸缩机构前端安装有可控磁性装置；还包括用于装载货物的集装兜，集装兜上设置有两组吊绳，吊绳上连接有磁性吊环组件，所述磁性吊环组件与可控磁性装置磁性连接，可控磁性装置可以调节对磁性吊环组件的磁性吸力。

在一些实施例中，可控磁性装置包括安装在单驱动剪叉伸缩机构前端的末端伸缩架，末端伸缩架上安装有可以上下移动的磁铁架，磁铁架上铺设有磁铁。

在一些实施例中，末端伸缩架一侧设置步进电机，步进电机的输出轴与步进螺栓杆连接，步进螺栓杆与步进滑块螺栓配合连接，步进滑块沿设置在末端伸缩架外侧的步进凹槽上下滑动；所述末端伸缩架另一侧设置定滑轨，定滑轨上设置有动滑块，所述磁铁架的两侧分别与步进滑块和动滑块固定连接，所述磁铁固定在磁铁架上侧。

在一些实施例中，磁铁架前端的两侧对称位置设置有压力传感器以及激光式测距传感器，压力传感器受到挤压时，挤压后压力传感器将压力信号转换成相应的电信号，将电信号发送至运动控制卡中，运动控制卡通过AD转换发送至机载计算机，机载计算机向液压控制回路中电磁控制阀发出控制指令。

在一些实施例中，磁铁架底部中心位置设置有双目摄像头，双目摄像头用于检测识别两组磁性吊环组件之间的距离。

在一些实施例中，磁性吊环组件的上部为可以让叉子伸入的内载钢圈，内载钢圈外层设置有磁性钢圈，磁性吊环组件的下部设置有吊环凹槽和吊环锁头，吊环锁头通过吊环旋钮扭动实现伸缩，实现吊环锁头伸入吊环凹槽中。

在一些实施例中，集装兜的底部为相互连接的带有电子锁的承载板I以及带有锁头凹槽的承载板II，承载板I与承载板II之间可以开合，承载板I与承载板II之间通过电子锁与锁头凹槽锁紧，承载板I与承载板II外侧与集装兜的底部铰接连接。

在一些实施例中，电子锁包括并排设置的多组锁头，多组锁头后端固定在锁体上，所述锁体的中间部分设置有锁体圆柱凸起，锁体中部后侧设置有锁体直槽口；所述承载板I的中部固定有滑动台，滑动台下端中部设有与锁体内侧的直槽口配合的圆柱凸起，所述承载板I位于滑动台的一侧设置转轴，转轴上设置有凸轮，凸轮上设有圆孔，该圆孔与锁体传动件一端设有的锁体圆柱凸起配合连接，锁体传动件另一端设置锁体传动件直槽口，锁体传动件直槽口套在锁体圆柱凸起上；所述转轴由电机驱动，电机由设置在集装兜上的电源感应箱控制驱动；所述锁体后侧对称设置有两组弹簧，通过弹簧与承载板I连接；所述承载板I内设置用于安装电子锁的槽体，所述承载板II上设置有可以让锁头端部插入的凹槽，所述锁头底部设置有锁体动导轨，所述槽体和凹槽内设置有磁片，槽体和凹槽对应锁体动导轨位置处设置有锁体定导轨，锁体动导轨与锁体定导轨相互契合实现相对滑动；承载板I和承载板II上均设置有电磁铁，电磁铁由电源感应箱控制是否通电。

一种自动挂接卸货装置的使用方法，包括以下步骤，

S100：通过内门架以及外门架的配合，单驱动剪叉伸缩机构连同可控磁性装置上升；

S200：单驱动剪叉伸缩机构驱动可控磁性装置向前伸进，当触碰到货物时，磁铁架前端的压力传感器受到挤压，压力传感器将压力信号转换成相应的电信号发送至运动控制卡中，运动控制卡中通过AD转换发送至机载计算机，机载计算机同时向液压控制回路中电磁控制阀发出控制指令，使单驱动剪叉伸缩机构缩进，同时驱动内门架上升，使得内门架带动单驱动剪叉伸缩机构上升避开货物；

S300：单驱动剪叉伸缩机构伸进到指定位置后，通过调整磁铁架的上下位置，从而调节磁铁对磁性吊环组件的吸力，使磁性吊环组件吸附在磁铁架上；

S400：利用双目摄像头识别磁性吊环组件的位置，并测定两个磁性吊环组件间的距离，然后将数据传给机载计算机；

S500：机载计算机得到两吊环水平距离信号后，将此信号转化成控制叉子距离的电信号发送至液压控制电路使得控制两叉子的液压控制信号对液压缸进行伸缩，使得叉子间的水平距离与磁性吊环组件间的水平距离相等，实现叉子准确进入磁性吊环组件。

步骤S200中，避开货物后，为避免在同样的工况下，出现撞击货物的事故，通过激光测距传感器记录该高度，在下次同样的工况下，直接通过之前记录的数据通过数据转换得出驱动调姿液压缸的液压控制量，使得单驱动剪叉伸缩机构在驱动调姿液压缸的驱动下上升到合适的高度以避免在同样的工况下发生碰撞。

与现有技术相比，本发明可实现带有电子锁的集装兜在可控磁铁下实现自由的直立，通过可识别装置对挂接装置进行位置的调整继而实现叉车叉子对磁性吊环的穿入，穿入后将集装兜内货物迁移到指定地点通过集装兜内电子锁及电磁铁的作用自动卸货及自动闭兜从而实现一人一机的挂接迁移任务。

本发明可加载于某些施工车辆及叉车等车辆，同时也可应用于流水线作业的挂接迁移任务等场合，可以实现自动化，功能单一且没有实现智能化的设备上加载此自动挂接卸货装置，增加设备的功能性，提高作业效率，增大设备在工作时的自动化、智能化程度。实现对货物的自动挂接及卸货任务，朝着设计先进化、效率最大化、挂接变革化的目标，向自动化、智能化方向发展。

附图说明

图1为本发明加载于叉车的整体结构示意图；

图2 为本发明加载于叉架及内外门架的结构示意图；

图3 为本发明加载于可双液压缸驱动叉架的结构示意图；

图4 为磁铁架、磁铁及可识别装置的组件机构示意图；

图5 为集装兜的整体结构示意图；

图6 为带有电子锁的承载板I的内部结构示意图；

图7 为加载于磁铁架的可识别感知装置示意图；

图8为锁体结构示意图；

图9 为承载板I示意图；

图10 为承载板II示意图；

图11为吊环结构示意图；

图中1-叉车本体、2-单驱动剪叉伸缩机构、3-可控磁性装置、4-内门架、5-外门架、6-可拆卸式轴承座、7-剪叉基座、8-叉子、9-末端伸缩架、10-定滑轨、11-调姿液压缸、12-剪叉伸缩机构液压缸、13-伸缩架、14-滑块、15-磁铁、16-同步液压缸、17-滚轮、18-铰杆、19-磁铁架、20-叉架、21-激光式测距传感器、22-压力传感器、23-双目摄像头、24-磁性吊环组件、25-吊绳、26-集装兜、27-电源感应箱、28-承载板I、29-承载板II、30-电磁铁、31-锁体、32-锁头、33-滑动台、34-转轴、35-凸轮、36-锁体传动件、37-弹簧、38-锁体定导轨、39-集装兜铰接件、40-锁体圆柱凸起、41-锁体直槽口、42-锁体动导轨、43-锁体传动件直槽口、44-磁性钢圈、45-内载钢圈、46-吊环旋钮、47-吊环凹槽、48-步进电机、49-步进螺栓杆，50-步进滑块，51-步进凹槽，52-槽体，53-磁片，54-凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中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的一部分实施例，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。

参见图1-2，一种自动挂接卸货装置，包括叉车本体1，叉车本体1前端为内门架4和外门架5，内门架4和外门架5上设置可以上下移动的叉架20，叉架20由调姿液压缸11驱动，叉架20底部设置叉子8，叉架20上安装有单驱动剪叉伸缩机构2，单驱动剪叉伸缩机构2设置在叉子8上方并在水平方向沿叉子8前后伸缩，单驱动剪叉伸缩机构2前端安装可控磁性装置3；还包括集装兜26，集装兜26上设置有两组吊绳25，吊绳25与磁性吊环组件24连接，所述磁性吊环组件24与可控磁性装置3磁性连接，可控磁性装置3可以调节对磁性吊环组件24的磁性吸力。

如图2、3、4所示，可控磁性装置3包括安装在单驱动剪叉伸缩机构2前端的末端伸缩架9，末端伸缩架9上安装有可以上下移动的磁铁架19，磁铁架19上铺设有磁铁15。通过调节磁铁架19在末端伸缩架9的位置，从而调节磁铁15与磁性吊环组件24的相对位置，从而改变两者之间的磁吸力。

其中，如图2、3所示，单驱动剪叉伸缩机构2焊接有可拆卸式轴承座6，可拆卸式轴承座6连接于叉架20中部使单驱动剪叉伸缩机构2位置保持固定。单驱动剪叉伸缩机构2包括剪叉基座7，剪叉基座7的一侧铰接伸缩杆架（H型）与剪叉伸缩机构液压缸12铰接，单驱动剪叉伸缩机构2在剪叉伸缩机构液压缸12的驱动下使得剪叉基座7另一侧带有凹型槽的滚轮杆连同滚轮17在剪叉基座7平面内移动，滚轮17与伸缩架13一端一侧的分支铰接，伸缩架13在剪叉伸缩机构液压缸12驱动下进行伸缩，伸缩架13另一端连接末端伸缩架9，末端伸缩架9同剪叉基座7结构类似，末端伸缩架9一侧通过带有滚轮的滚轮杆与伸缩杆末端连接，另一侧铰接于伸缩杆使得剪叉基座7与末端伸缩架9始终保持在同一高度。

如图4所示，末端伸缩架9一侧设置步进电机48，步进电机48的输出轴连接步进螺栓杆49，步进螺栓杆49与步进滑块50螺栓配合，步进滑块50沿设置在末端伸缩架9外侧的步进凹槽51滑动；末端伸缩架9另一侧设置定滑轨10，定滑轨10上设置有动滑块，所述磁铁架19的两侧分别与步进滑块50和动滑块固定连接，磁铁架19上侧设置磁铁15。通过步进电机48的正反转，使磁铁架19沿末端伸缩架9上下移动，最终实现磁铁15的上下移动。由于网兜货物呈多层放置对于网兜上的磁性吊环组件24存在多种情况的摆置，可能会存在低层网兜上的磁性吊环组件24在高层网兜货物的压制下存在夹紧等不利位置，继而需要更强的磁力对磁性吊环组件24进行吸起，此时可通过调整磁铁架19的高度，缩小磁性吊环组件24与磁铁15的距离，增大磁场强度继而增强对磁性吊环组件24的磁力将不易吸起的磁性吊环组件24吸起。

如图4和图7所示，磁铁架19前端的两侧对称位置分布有压力传感器22以及激光式测距传感器21，当由于上升高度不足导致碰撞发生时，压力传感器22受到挤压，挤压后压力传感器22将压力信号转换成相应的电信号，将电信号发送至运动控制卡中，运动控制卡通过AD转换发送至机载计算机，机载计算机向液压控制回路中电磁控制阀发出控制指令。

所述磁铁架19底部中心位置设置有双目摄像头23，双目摄像头23用于检测识别两组磁性吊环组件之间的距离。

具体识别过程如下：

步骤1：待双目摄像头23处于磁性吊环组件24上方时，双目摄像头23左右摄像头开始采集图片。

步骤2：将采集到的图像进行图像预处理，具体图像预处理包括对图像进行灰度化处理、滤波处理、二值化处理等实现对磁性吊环组件24与集装兜图像分割，将磁性吊环组件24进行分割。利用磁性吊环组件24颜色设计为纯白色的设计即利用吊环同周围环境的颜色特征差异性将磁性吊环组件24同背景分割出，可采用基于Eckhorn的猫视觉皮层模型的图像分割方法——基于脉冲耦合神经网络（PCNN），分割数学方程如下：

式中：

步骤3：将双目摄像头23所采集的及进行图像预处理后的左摄像头图像、右摄像头图像进行目标的特征点匹配。依据磁性吊环组件24的颜色，几何形状等特征，从某一摄像头图形中的模板特征点在另一摄像头图像的特征点进行搜索匹配点，实现特征点匹配，完成对磁性吊环组件24的识别。

步骤4：识别磁性吊环组件24后，吊环矩形框标定，可获得其在图像平面下的磁性吊环组件24标定框的像素坐标，通过对双目摄像头标定及获得图像坐标系与世界坐标系转换关系，即可获得吊环矩形框的世界坐标。获得磁性吊环组件24识别框中心点的坐标关系转换如下：

其中s为尺度因子，（u,v）是吊环矩形框中心点的像素坐标,R为世界坐标系转化到摄像机坐标系的正交旋转矩阵，T为世界坐标系原点在摄像机坐标系下的位移矩阵。

步骤5：获得采集图片中磁性吊环组件24矩形框的世界坐标系后，进行运算获得两磁性吊环组件24的实际距离，假定采集图像中一吊环的的世界坐标为（X1，Y1，Z1）,另一吊环的世界坐标为（X2，Y2，Z2）吊环间的距离D为：

磁性吊环组件24的上部为可以让叉子8伸入的内载钢圈45，内载钢圈45外层设置有磁性钢圈44，磁性吊环组件24的下部设置有吊环凹槽47和吊环锁头，吊环锁头通过吊环旋钮46扭动实现伸缩，实现吊环锁头伸入吊环凹槽47中。当吊环锁头缩进时将一对吊绳放入锁头上方，完成吊绳的放入，此时通过旋钮的扭动实现锁头的伸进，完成对一对拉绳的连接，为自动挂接任务做准备。

如图5所示，集装兜26呈四方体，集装兜26的底部为相互连接的带有电子锁的承载板I28以及带有锁头凹槽的承载板II29，承载板I28与承载板II29之间可以开合，承载板I28与承载板II29之间通过电子锁与锁头凹槽锁紧，承载板I28与承载板II29外侧与集装兜26的底部铰接连接。

如图6、8所示，电子锁包括并排设置的多组锁头32，多组锁头32后端固定在锁体31上，锁体31的中间部分设置有锁体圆柱凸起40，锁体31中部后侧设置有锁体直槽口41。

所述承载板I28的中部固定有滑动台33，滑动台33下端中部设有与锁体内侧的直槽口41配合的圆柱凸起，所述承载板I28位于滑动台33的一侧设置转轴34，转轴34上设置有凸轮35，凸轮35上设有圆孔，该圆孔与锁体传动件36一端设有的锁体圆柱凸起40配合连接，锁体传动件36另一端设置锁体传动件直槽口43，锁体传动件直槽口43套在锁体圆柱凸起40上。

转轴34由电机驱动，电机由设置在集装兜上的电源感应箱27控制驱动；锁体31后侧对称设置有两组弹簧37，通过弹簧37与承载板I28连接。

如图9,10所示，承载板I28内设置用于安装电子锁的槽体52，所述承载板II29上设置有可以让锁头32端部插入的凹槽54，所述锁头32底部设置有锁体动导轨42，所述槽体52和凹槽54内设置有磁片53，槽体52和凹槽54对应锁体动导轨42位置处设置有锁体定导轨38，锁体动导轨42与锁体定导轨38相互契合实现相对滑动；承载板I28和承载板II29上均设置有电磁铁30，电磁铁 30由电源感应箱27控制是否通电。

本发明中通过加载于叉车上的感应装置发出无线信号使得集装兜上的电源感应箱27对应的传感器得到感应信号通过箱内的控制器发出指令使得连接于转轴34的电机工作，电机工作带动转轴34的转动，转轴34带动凸轮35从而使得锁体31上表面的锁体圆柱凸起40带动锁体31进行直线运动继而实现锁头32进入或退出另一个承载板内的凹槽，实现开锁的功能。开锁后承载板I和承载板II由于货物的重量及自身的重力分开，当货物完全放置后，叉车上感应装置发出无线信号使得集装兜上的电源感应箱27对应的传感器得到相应的信号再通过箱内控制器发出指令使得电磁铁30产生磁力作用，在此磁力的作用下，承载板I和承载板II开始闭合在闭合到一定高度后在磁片53的磁力作用下实现闭合，由于锁头32侧面呈三角状，在锁头32上表面与另一侧承载板II29下表面碰撞时在弹簧37弹力的作用下可实现锁头32插入到承载板II29内相应的凹槽内，此时两侧承载板在此磁力作用下实现闭合。

现以实际集装兜下的袋装货物挂接迁移为例，具体展开；

如图1加载于叉车上的自动挂接卸货装置，在实际工况中，已经提前将货物放入含电子锁的集装兜26，现需将其转移到某一卸货点。

假定所有带有两个磁性吊环组件24的含电子锁的集装兜26已整齐码放到所指定的地点，现需要叉车1到达此处并将所有含有货物的集装兜转移至卸货点。

带有磁性吊环的含电子锁的集装兜26成多层放置，现以此集装兜26呈双层放置在所指定的地点为例来演示加载有本发明的自动挂接卸货装置的叉车1到达此地点，对含有货物的此集装兜26进行一人一机的挂接迁移流程。

一种自动挂接卸货装置的使用方法，包括以下步骤，

S100：先将叉车1行驶至需要卸货的指定地点，行驶至与集装兜26（假定集装兜内已经装好所需迁移的货物）对齐的位置，通过内门架4以及外门架5的配合，单驱动剪叉伸缩机构2连同可控磁性装置3上升到某一高度。

S200：单驱动剪叉伸缩机构2驱动可控磁性装置3向前伸进，当触碰到货物时，磁铁架19前端的压力传感器22受到挤压，压力传感器22将压力信号转换成相应的电信号发送至运动控制卡中，运动控制卡中通过AD转换发送至机载计算机，机载计算机同时向液压控制回路中电磁控制阀发出控制指令，使单驱动剪叉伸缩机构2缩进，同时驱动内门架4上升，使得内门架4带动单驱动剪叉伸缩机构2上升避开货物。

为避免在同样的工况下，出现撞击货物的事故，当调整到合适的高度后，通过激光测距传感器记录该高度，在下次同样的工况下，直接通过之前记录的数据通过数据转换得出驱动调姿液压缸的液压控制量，使得单驱动剪叉伸缩机构2在驱动调姿液压缸的驱动下上升到合适的高度以避免在同样的工况下发生碰撞。

S300：单驱动剪叉伸缩机构2伸进到指定位置后，通过调整磁铁架19的上下位置，从而调节磁铁15对磁性吊环组件24的吸力，使磁性吊环组件24吸附在磁铁架19上。

S400：利用双目摄像头23识别磁性吊环组件24的位置，并测定两个磁性吊环组件24间的距离，然后将数据传给机载计算机。

S500：机载计算机得到两吊环水平距离信号后，将此信号转化成控制叉子8距离的电信号发送至液压控制电路使得控制两叉子的液压控制信号对液压缸进行伸缩，使得叉子8间的水平距离与磁性吊环组件24间的水平距离相等，实现叉子准确进入磁性吊环组件24。