一种柱形物品安全转运装置及用于其的转运方法

技术领域

本发明涉及安全转运技术领域，尤其涉及一种柱形物品安全转运装置及用于其的转运方法。

背景技术

当前柱形物品的转运按照其重量和尺寸划分，分为机器搬运和人工搬运，大多是通过机械厂房的吊车、天车结合吊带并辅以人工操作来完成，需要耗费大量的人力和物力。并且，柱形物品在生活中的应用广泛，如金属舱段、石油管道、天然气管道等各类管道，它们的安全转运是资源保障中的重要环节之一。

现有实现柱形物品安全转运的方式是采用柔性转运、力反馈等方法提高安全转运的成功率，但均无纠错机制，其实现安全转运的思路是尽可能提高转运的可靠性，具体包括转运前提——安全、精确抓取动作的完成、放置前提——安全转运、精准识别落位，但事实是任何方法都不能保证每一次转运都是可靠的，抓取、转运、放置中的任何一个环节出现纰漏都可能影响本次物流过程。因此在整个过程不可靠时，安全抓放与转运装置必须在保证目标物品安全的前提下发出提醒，约束本次转运动作的执行，进而复位重新执行转运动作。

具体来说，现有安全转运装置的转运过程存在以下几个问题：1)现有转运装置在判断转运的前提——抓取成功方面不能提供可靠、充分的依据。目前，包括柱形物品在内的大型关键部件所用的转运装置大多利用气动、液压等锁紧方式来保证末端执行器与待抓物品之间的可靠锁定，进而实现安全抓取，仅可通过锁紧力来判定抓取是否可靠，依据不充分。2)现有转运装置没有判断放置是否可靠的机制。现有的安全转运装置局限于实现目标物品的抓取工作，但物品的放置也是抓取装置工作过程中重要的环节，不考虑对物品的安全放置，也就无法保证放置物品时末端执行器与物品完全脱离，存在放置时造成物品损坏的风险。3)结合1)和2)，在人工操作转运时，无法在操作员之外提供安全提示，进而提醒操作员转运不可靠，需复位重新执行动作。

综上所述，现有大型关重部件尤其是柱形物品的安全转运装置均通过设计结构等思路来提高安全转运的成功率，但事实是任何方法均不能保证每一次抓取、防落可靠，进而不能保证产品安全转运的成功率为1，而且在不可靠抓取防落动作出现时，现有装置无法进行判定进而保护目标产品，极大地增加了物品损坏的风险。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题之一，本发明提供了一种柱形物品安全转运装置及用于其的转运方法。

根据本发明的一方面，提供了一种柱形物品安全转运装置，装置包括支撑单元、缓冲单元、锁定解锁单元、随形夹具、监测单元、转运执行器和转运控制器；

支撑单元包括支撑板、底座和导向限位组件，支撑板设置在底座上方且通过导向限位组件和缓冲单元与底座连接，支撑板通过导向组件相对底座上下运动，缓冲单元用于消耗支撑板上下运动的能量；

锁定解锁单元设置在支撑板上，随形夹具套设在柱形物品上，锁定解锁单元用于与随形夹具配合以锁定和解锁柱形物品；

监测单元设置在支撑板与底座之间，用于监测缓冲单元的变化量，转运控制器与转运执行器连接，用于根据变化量控制转运执行器与随形夹具配合以锁定和解锁柱形物品并控制转运执行器移动。

进一步地，底座包括底板和设置在底板两端的第一立板和第二立板，导向限位组件包括导轨和滑块，导轨设置在第一立板和第二立板上，滑块设置在支撑板的两端，支撑板通过滑块与导轨的配合相对底座上下运动。

进一步地，缓冲单元包括依次连接的上法兰、压簧和下法兰，上法兰与支撑板连接，下法兰与底座连接。

进一步地，监测单元包括压力传感器，压力传感器与缓冲单元连接，监测单元监测的缓冲单元的变化量包括施加在缓冲单元上的力的变化量。

进一步地，随形夹具包括第一随形段、第二随形段、转轴和肘夹，第一随形段和第二随形段均一端与转轴可转动地连接，另一端与肘夹连接，通过肘夹对第一随形段和第二随形段进行锁定和解锁，第一随形段上具有上拉钉，第二随形段上具有下拉钉，随形夹具通过上拉钉与转运执行器配合，通过下拉钉与锁定解锁单元配合。

进一步地，第一随形段和第二随形段的内表面设置有内衬，用于对柱形物品的外表面进行保护。

进一步地，内衬的材质为聚氨酯。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于本发明前述提出的柱形物品安全转运装置的转运方法，转运方法包括：

S1，利用锁定解锁单元通过随形夹具将柱形物品锁定在支撑板上，支撑板通过导向组件和缓冲单元设置在底座的上方；

S2，通过转运控制器控制转运执行器与随形夹具配合以将柱形物品锁定，此时转运执行器处于第一初始位置；

S3，通过转运控制器控制转运执行器向上抬高至第一预设高度；

S4，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量；

S5，判断S4得到的变化量是否满足第一预设条件，如果否，则转至S6，如果是，则转至S7；

S6，通过转运控制器控制转运执行器从第一预设高度下降至第一初始位置后与随形夹具解除锁定，转至S2；

S7，通过转运控制器控制转运执行器从第一预设高度下降至第一初始位置，解除锁定解锁单元的锁定，通过转运控制器控制转运执行器移动以将柱形物品转运至指定位置。

进一步地，方法还包括：

S8，通过转运控制器控制转运执行器通过随形夹具锁定柱形物品，并移动柱形物品使其对准锁定解锁单元；

S9，利用锁定解锁单元与随形夹角配合以将柱形物品锁定，此时，转运执行器处于第二初始位置；

S10，通过转运控制器控制转运执行器解除与随形夹具的锁定后抬高至第二预设高度；

S11，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量；

S12，判断S11得到的变化量是否满足第二预设条件，如果否，则转至S13，如果是，则转至S14；

S13，通过转运控制器控制转运执行器从第二预设高度下降至第二初始位置后转至S10；

S14，判定转运执行器与随形夹具解锁成功。

进一步地，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量包括力的变化量，第一预设条件为力的变化量的绝对值大于或等于第一阈值，第二预设条件为力的变化量的绝对值小于或等于第二阈值。

应用本发明的技术方案，提供了一种柱形物品安全转运装置及用于其的转运方法，该装置通过缓冲单元和导向限位组件连接支撑单元的支撑板和底座，使得支撑板能够相对底座上下运动，并对柱形物品形成缓冲保护，锁定解锁单元通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定的解锁，转运执行器通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定和解锁，在转运时通过监测单元监测缓冲单元的变化量并将其传输给转运控制器，通过转运控制器根据变化量控制转运执行器与随形夹具的锁定和解锁并控制转运执行器移动，能够实现对转运过程中转运执行器抓取和放置动作的纠错，进而在出现不可靠抓取和不可靠放置时对柱形物品进行保护，并为操作员提供二次甚至多次的转运机会，大大提升转运的安全性、可靠性和成功率，同时大幅降低对柱形物品造成损坏的风险，在一定程度上填补了空白。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的柱形物品安全转运装置的整体视图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的柱形物品安全转运装置的主视图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的柱形物品安全转运装置的左视图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的随形夹具的结构示意图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的缓冲单元的结构示意图；

图6示出了根据本发明的具体实施例提供的锁定解锁单元的结构示意图；

图7示出了根据本发明的具体实施例提供的锁定解锁单元与随形夹具的配合关系示意图；

图8示出了根据本发明的具体实施例提供的转运过程中的抓取流程示意图；

图9示出了根据本发明的具体实施例提供的转运过程中的放置流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1、图2和图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种柱形物品安全转运装置，装置包括支撑单元10、缓冲单元20、锁定解锁单元30、随形夹具40、监测单元、转运执行器50和转运控制器；支撑单元10包括支撑板11、底座12和导向限位组件13，支撑板11设置在底座12上方且通过导向限位组件13和缓冲单元20与底座12连接，支撑板11通过导向组件13相对底座12上下运动，缓冲单元20用于消耗支撑板11上下运动的能量；锁定解锁单元30设置在支撑板11上，随形夹具40套设在柱形物品60上，锁定解锁单元30用于与随形夹具40配合以锁定和解锁柱形物品60；监测单元设置在支撑板11与底座12之间，用于监测缓冲单元20的变化量，转运控制器与转运执行器50连接，用于根据变化量控制转运执行器50与随形夹具40配合以锁定和解锁柱形物品60并控制转运执行器50移动。

应用此种配置方式，提供了一种柱形物品安全转运装置，该装置通过缓冲单元和导向限位组件连接支撑单元的支撑板和底座，使得支撑板能够相对底座上下运动，并对柱形物品形成缓冲保护，锁定解锁单元通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定的解锁，转运执行器通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定和解锁，在转运时通过监测单元监测缓冲单元的变化量并将其传输给转运控制器，通过转运控制器根据变化量控制转运执行器与随形夹具的锁定和解锁并控制转运执行器移动，能够实现对转运过程中转运执行器抓取和放置动作的纠错，进而在出现不可靠抓取和不可靠放置时对柱形物品进行保护，并为操作员提供二次甚至多次的转运机会，大大提升转运的安全性、可靠性和成功率，同时大幅降低对柱形物品造成损坏的风险，在一定程度上填补了空白。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中转运装置成功率低且无二次甚至多次转运机会导致柱形物品易损坏的技术问题。

进一步地，如图2所示，本发明实施例中，底座12包括底板121和设置在底板121两端的第一立板122和第二立板123，导向限位组件13包括导轨和滑块，导轨设置在第一立板122和第二立板123上，滑块设置在支撑板11的两端，支撑板11通过滑块与导轨的配合相对底座12上下运动。通过此种配置方式，既能够使支撑板11具有相对于底座12上下移动的自由度，用于判断抓取和放置是否可靠，也能够防止支撑板11相对底座12左右摇晃，对柱形物品进行保护。作为本发明的具体实施例，第一立板122、第二立板123和导轨均与底板121垂直，通过导轨和滑块的配合使支撑板11能够沿底板121的Z轴方向上下运动，这样，能够降低导轨和滑块卡滞对抓取和放置可靠性判断的影响。

此外，如图5所示，本发明实施例中，缓冲单元20包括依次连接的上法兰21、压簧22和下法兰23，上法兰21与支撑板11连接，下法兰23与底座12连接。通过挤压压簧22能够对支撑板11的下落过程起到缓冲作用，从而对锁定在支撑板11上的柱形物品60起到缓冲保护。

进一步地，本发明实施例中，监测单元包括压力传感器，压力传感器与缓冲单元20连接，监测单元监测的缓冲单元20的变化量包括施加在缓冲单元20上的力的变化量。通过压力传感器检测抓取或放置是否安全可靠，同时在不可靠抓取或不可靠放置出现时反馈给操作人员并协助完成二次或多次抓取或放置，循环抓取过程或放置过程直至实现安全抓取或安全放置。

如图3所示，本发明实施例中，随形夹具40包括第一随形段41、第二随形段42、转轴43和肘夹44，第一随形段41和第二随形段42均一端与转轴43可转动地连接，另一端与肘夹44连接，通过肘夹44对第一随形段41和第二随形段42进行锁定和解锁，第一随形段41上具有上拉钉411，第二随形段42上具有下拉钉421，随形夹具40通过上拉钉411与转运执行器50配合，通过下拉钉421与锁定解锁单元30配合。为了放置在夹具对柱形物品造成损坏，本发明实施例中，在第一随形段41和第二随形段42的内表面设置内衬45，用于对柱形物品60的外表面进行保护。其中，内衬45的材质根据实际情况选用，例如选用聚氨酯，能够对物品外表面进行有效保护。

进一步地，本发明实施例中，锁定解锁单元30采用如图6所示的结构，其与随形夹具40的配合关系如图7所示。下拉钉421与零点定位母头31通过气路控制，配合锁紧待转移圆柱物，完成安全放置。在转运流程的准备阶段，转运执行器50上拾取器的气路打开，与随形夹具40的上拉钉411对接；在转运流程开始阶段，气路闭合，拾取器与上拉钉411完成锁紧，并在转运过程中保持锁紧，拾取器带动随形夹具40从而带动柱形物品完成转运；完成转运流程后，为了保证安全放置，拾取器的气路保持锁紧，锁定解锁单元30的零点定位母头31的气路打开，并通过拾取器运动至下拉钉421处，与下拉钉421完成配合，零点定位母头31的气路锁紧，拾取器的气路打开，完成安全放置。

此外，摇摆轴33通过机械孔位的结构约束以及阻尼簧32，可以满足随形夹具沿轴心方向的一定角度内的转动，也就是柱形物品左右的晃动余量，从图7视角从上向下看，即为随形夹具沿的轴心的旋转，转动范围根据实际情况确定，例如±0.5°。为了保持转运平衡，每个柱形物的前后各夹持一个随形夹具，锁定解锁单元30是固定在支撑板11上的，不具有柔性，通过转动余量的设计可以避免形位公差引起的前后夹具不同心、加工误差引起的柱形物前后不同轴，进而导致夹持不顺畅、内有暗劲等不利于安全转运的情况。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于本发明前述提出的柱形物品安全转运装置的转运方法，转运方法包括：S1，利用锁定解锁单元通过随形夹具将柱形物品锁定在支撑板上，支撑板通过导向组件和缓冲单元设置在底座的上方；S2，通过转运控制器控制转运执行器与随形夹具配合以将柱形物品锁定，此时转运执行器处于第一初始位置；S3，通过转运控制器控制转运执行器向上抬高至第一预设高度；S4，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量；S5，判断S4得到的变化量是否满足第一预设条件，如果否，则转至S6，如果是，则转至S7；S6，通过转运控制器控制转运执行器从第一预设高度下降至第一初始位置后与随形夹具解除锁定，转至S2；S7，通过转运控制器控制转运执行器从第一预设高度下降至第一初始位置，解除锁定解锁单元的锁定，通过转运控制器控制转运执行器移动以将柱形物品转运至指定位置。该过程能够保证安全抓取，流程图如图8所示。

进一步地，方法还包括：S8，通过转运控制器控制转运执行器通过随形夹具锁定柱形物品，并移动柱形物品使其对准锁定解锁单元；S9，利用锁定解锁单元与随形夹角配合以将柱形物品锁定，此时，转运执行器处于第二初始位置；S10，通过转运控制器控制转运执行器解除与随形夹具的锁定后抬高至第二预设高度；S11，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量；S12，判断S11得到的变化量是否满足第二预设条件，如果否，则转至S13，如果是，则转至S14；S13，通过转运控制器控制转运执行器从第二预设高度下降至第二初始位置后转至S10；S14，判定转运执行器与随形夹具解锁成功。该过程能够保证安全放置，流程图如图9所示。

其中，利用监测单元监测缓冲单元在转运执行器抬高前后的变化量包括力的变化量，第一预设条件为力的变化量的绝对值大于或等于第一阈值，第二预设条件为力的变化量的绝对值小于或等于第二阈值。第一阈值和第二阈值根据实际情况确定，第一预设高度和第二预设高度综合考虑缓冲单元的压缩量和导向限位组件的行程来确定。

通过这种方式，提供了一种用于本发明前述提出的柱形物品安全转运装置的转运方法，能够实现对转运过程中转运执行器抓取和放置动作的纠错，进而在出现不可靠抓取和不可靠放置时对柱形物品进行保护，并为操作员提供二次甚至多次的转运机会，大大提升转运的安全性、可靠性和成功率，同时大幅降低对柱形物品造成损坏的风险。

也就是说，S1至S7的抓取过程为：拾取器运动至目标物品位置并将其锁紧，然后将保持锁紧状态的拾取器抬高至预设高度，执行此动作的过程中操作人观察压力传感器读数，并进行压力传感器反馈的数值显著减小的判定，判定为是才可以认为抓取可靠并执行下一步。若有判定为否则证明拾取器锁定不可靠，需重新进行抓取动作，其过程是驱动拾取器将目标物品下降至初始位置，随后拾取器解锁目标物品，重新进行抓取流程。如果判定为是证明可靠，驱动抓取执行器将易损零件下降至初始位置，然后解除锁定解锁单元，此时安全抓取动作结束，可以驱动拾取器移动目标物品到指定位置。S8至S14的放置过程为：驱动拾取器使目标物品运动至锁紧机构位置处，然后将锁定解锁单元锁定，随后将拾取器解锁并驱动其抬高至预设高度，抬高过程中观察压力传感器读数，并进行压力传感器读数变化微小的判定，判定为是可以认为放置可靠并执行下一步。若判定为否证明拾取器未解锁成功，需重新进行放置动作，其过程是驱动拾取器将目标物品下降至初始位置，解锁拾取器重新执行抬高动作和判定过程。如果判定为是证明放置可靠，放置动作完成。

本发明提供的目标重物转运装置和转运方法能够应用在各个领域，例如可以应用在导弹装配领域，导弹装配领域目前尚无快速抓取和放置的装置来支持导弹可靠抓取和可靠放置，本发明提供的转运装置可提高转运和放置的效率和可靠性，节省人工成本，基于转运和放置动作的成功率不可能为1的工程实际，解决不可靠转运和放置动作可能对目标重物造成损坏的问题，解决此问题的同时给予操作员进行二次甚至多次转运和放置动作的机会；同时考虑到传感器件存在一定的故障率，采用四个压力传感器(可以根据实际情况设置更多或更少压力传感器)进行反馈，为避免四个压力传感器同时损坏的情况，设置了相机系统(长度监测组件)进行二次判定，在保证反馈信息可靠性的同时提醒操作员是否存在元器件的故障。

本发明提出的转运装置和转运方法能够应用于多种场景，例如，天然气管道是多段管道套接而成的，需要将多段管道在生产线上进行数次搬运，除人力搬运之外，还可以通过自动转运，这就涉及到了安全转运、准确抓取和放置。自动化是未来发展的趋势，在生产车间，自动化可以大大人力和降低劳动成本。但同时带来的安全隐患也随之增加，转运的三个必要环节——抓取、转运、放置都和精度与稳定性相关。通过特制随行夹具将管道夹紧，拾取器结合力传感器和支撑单元判断是否准确抓取和放置，多个传感器可以提高准确率，拾取器的吸合与断开通过气路控制，在气压达到一定值时才可以开始运转，保证转运过程管道不会掉落，防止电控突然断电造成的损失。由此，实现天然气管道的安全抓放与转运。

综上所述，本发明提供了一种柱形物品安全转运装置及用于其的转运方法，该装置通过缓冲单元和导向限位组件连接支撑单元的支撑板和底座，使得支撑板能够相对底座上下运动，并对柱形物品形成缓冲保护，锁定解锁单元通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定的解锁，转运执行器通过与随形夹具配合能够实现对柱形物品的锁定和解锁，在转运时通过监测单元监测缓冲单元的变化量并将其传输给转运控制器，通过转运控制器根据变化量控制转运执行器与随形夹具的锁定和解锁并控制转运执行器移动，能够实现对转运过程中转运执行器抓取和放置动作的纠错，进而在出现不可靠抓取和不可靠放置时对柱形物品进行保护，并为操作员提供二次甚至多次的转运机会，大大提升转运的安全性、可靠性和成功率，同时大幅降低对柱形物品造成损坏的风险，在一定程度上填补了空白。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中转运装置成功率低且无二次甚至多次转运机会导致柱形物品易损坏的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。