CN102874606B - 手动托盘车自动码垛装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手动托盘车自动码垛装置。包括吊臂部件、立柱部件和底座部件；吊臂部件中吊臂固定连接在吊臂座的一侧，底座部件中的“L”形底座上装有水平大滑台和水平小滑台，立柱部件的中空的立柱底部固定在水平小滑台上端面。本发明实现了吊钩在x轴和z轴方向上的精定位，以及y轴上的粗定位；通过对两个气缸以及两个伺服电机的控制，实现了吊钩抓取手动托盘车、搬运下料以及码垛的整套动作。整套装置实现了抓取、搬运下料以及码垛过程的自动化，使用快捷方便，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，改善了工人的劳动环境，具有良好的性价比。

Description

手动托盘车自动码垛装置

技术领域

本发明涉及一种手动托盘车码垛装置，尤其是涉及一种手动托盘车自动码垛装置。

背景技术

手动托盘车是简便、有效的物流搬运设备，广泛应用于车间、仓库、车站、港口、机场等国民经济各部门，是装卸、短距离运输的高效设备。随着经济、物流业的快速发展，手动托盘车已出现持续的供不应求的局面。我国是托盘车制造与消费大国，但其生产模式为劳动密集型，技术含量低、附加值低，随着劳动力成本上升、人民币升值等因素的恶化，我国低成本的优势将逐渐丧失，因此如何加快托盘车生产技术改造，实现托盘车自动化生产已迫在眉睫。

手动托盘车由十八个零部件构成，绝大部分零部件为异型钣金件，手动托盘车的示意图如附图7所示。由于应用场合的不同，手动托盘车有多个规格，各种规格的高度基本一致，但长度和宽度各不相同。目前手动托盘车的焊接加工主要采用焊接机器人+人工补焊的方式组织生产，焊接完之后，需人工将手动托盘车从焊接生产线搬运到物料架，并进行码垛，以便后续的装配、喷涂等工序。

可见，目前手动托盘车的下料、码垛存在以下的局限性：1）难以满足自动化生产节拍要求，生产效率低，劳动强度大。手动托盘车的外形不规则，宽度超过0.5米，最长长度一般超过1.2米，重量约为30~40kg左右，每个操作人员每天需码垛上百个手动托盘车。2）工作环境恶劣。焊接完的托盘车温度高，自动焊接生产线上产生的废气、尘屑等严重危害操作工人的身心健康。3）劳动力密集，招工和管理困难。随着中国劳动力成本上升、人民币升值以及环境、资源瓶颈等因素恶化，中国低成本的优势将逐步消失，出现招工和管理困难，难以按时完成订单任务。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种手动托盘车自动码垛装置，极大方便了手动托盘车下料码垛过程，实现了焊接生产线手动托盘车下料码垛的自动化。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括吊臂部件、立柱部件和底座部件；其中：

1）吊臂部件：包括吊钩，框形吊臂滑座，吊臂，两副吊臂直线导轨副，水平滚珠丝杠副，同步带和同步带轮，水平传动伺服电机和吊臂座；吊臂固定连接在吊臂座的一侧，在吊臂上面沿长度方向两侧分别平行安装吊臂直线导轨副，在两个吊臂直线导轨副中间安装水平滚珠丝杠副；在吊臂靠近吊臂座的一侧安装有水平传动伺服电机；两个同步带轮分别安装在伺服电机轴和水平滚珠丝杠副上，两个同步带轮通过同步带相连接；框形吊臂滑座安装在吊臂外，吊臂滑座的上侧内壁两侧固定在两个吊臂直线导轨副的导轨滑块上，吊臂滑座的上侧内壁中间与水平滚珠丝杠副连接，吊臂滑座下端装有吊钩；

2）立柱部件：包括竖直传动伺服电机，电机座与联轴器，立柱，吊臂座和竖直滚珠丝杠副；内部中空的立柱两侧分别与地面垂直安装一个立柱直线导轨副；内部中空的立柱内部安装了竖直滚珠丝杠副，内部中空的立柱顶部安装竖直传动伺服电机，竖直滚珠丝杠副一端和竖直传动伺服电机通过电机座与联轴器相连接，吊臂座安装在立柱直线导轨副的导轨滑块上，并且与竖直滚珠丝杠副的丝杠螺母连接；

3）底座部件：所述的内部中空的立柱底部固定在底座上端面；

所述的底座部件：包括水平小滑台，两副水平小滑台直线导轨副，水平小滑台推动气缸，两副水平大滑台直线导轨副，水平大滑台，水平大滑台推动气缸和“L”形底座；“L”形底座通过螺栓连接固定在地面上；“L”形底座的台阶面上沿着长度方向平行安装有水平大滑台推动气缸，“L”形底座的顶部端面和长侧面上沿“L”形底座的长度方向分别安装有水平大滑台直线导轨副；水平大滑台安装在“L”形底座长边的两侧，水平大滑台上侧内壁和长边内壁分别与水平大滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平大滑台与水平大滑台推动气缸的气缸杆连接；水平大滑台短边外侧安装有水平小滑台推动气缸，水平大滑台的顶部端面和长边外侧上沿水平大滑台长度方向上各安装有水平小滑台直线导轨副；水平大滑台推动气缸和水平小滑台推动气缸沿着“L”形底座长度平行安装；水平小滑台上侧内壁和长边内壁分别与水平小滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平小滑台与水平小滑台推动气缸的气缸杆连接。

所述的吊钩，其上端平面上有螺纹孔，通过螺栓与吊臂滑座底面相连，吊钩的中间上有两个支撑芯，吊钩的下端开有挂钩槽。

本发明的有益效果是：

1、本发明y轴方向采用双气缸和大小滑台的形式实现多位置粗定位，z轴和x轴方向采用伺服电机带动滚珠丝杠副的形式实现精确位置定位，实现了手动托盘车下料码垛的自动化，提高了手动托盘车的下料码垛的效率，大大降低了工人的劳动强度，改善了工人的劳动环境。

2、本发明具有柔性化特点，其独特的吊钩设计适用于多种不同型号的手动托盘车下料码垛的自动化实现，提高了整套装置的利用率。

3、本发明从机电一体化设计思想出发，根据手动托盘车的特点，为手动托盘车的自动化搬运下料提供了一套切实可行的解决方案。

本发明实现了抓取、搬运下料以及码垛过程的自动化，使用快捷方便，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，改善了工人的劳动环境，具有良好的性价比。

附图说明

图1是手动托盘车自动码垛装置的正视图。

图2是手动托盘车自动码垛装置底座滑台的右视图。

图3是手动托盘车自动码垛装置吊臂座的剖视图。

图4是手动托盘车自动码垛装置A-A截面的剖视图。

图5是手动托盘车自动码垛装置吊钩的正视图。

图6是手动托盘车自动码垛装置吊钩的左视图。

图7是手动托盘车示意图。

图中：1、吊钩，2、框形吊臂滑座，3、吊臂，4、吊臂直线导轨副，5、水平滚珠丝杠副，6、同步带和同步带轮，7、水平传动伺服电机，8、竖直传动伺服电机，9、电机座与联轴器，10、立柱，11、吊臂座，12、竖直滚珠丝杠副，13、立柱直线导轨副，14、水平小滑台，15、水平小滑台直线导轨副，16、水平小滑台推动气缸，17、水平大滑台直线导轨副，18、水平大滑台，19、水平大滑台推动气缸，20、“L”形底座，21、支撑芯，22、挂钩槽，23、货叉，24、中档，25、三角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了便于说明，坐标系定义如附图1和附图2所示，定义“L”形底座20宽度方向为x向，“L”形底座20长度方向为y向，“L”形底座20高度方向为z向。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括吊臂部件、立柱部件和底座部件；其中：

1）吊臂部件：包括吊钩1，框形吊臂滑座2，吊臂3，两副吊臂直线导轨副4，水平滚珠丝杠副5，同步带和同步带轮6，水平传动伺服电机7和吊臂座11；吊臂3固定连接在吊臂座11的一侧，在吊臂3上面沿长度方向两侧分别平行安装吊臂直线导轨副4，在两个吊臂直线导轨副4中间安装水平滚珠丝杠副5；在吊臂3靠近吊臂座11的一侧安装有水平传动伺服电机7；两个同步带轮分别安装在伺服电机轴和水平滚珠丝杠副5上，两个同步带轮通过同步带相连接；框形吊臂滑座2安装在吊臂3外，吊臂滑座2的上侧内壁两侧固定在两个吊臂直线导轨副4的导轨滑块上，吊臂滑座2的上侧内壁中间与水平滚珠丝杠副5连接，吊臂滑座2下端装有吊钩1；

通过对水平传动伺服电机7的控制，可以实现框形吊臂滑座2及固定在框形吊臂滑座2上所有部件在x轴方向上精确的位置定位；

2）立柱部件：包括竖直传动伺服电机8，电机座与联轴器9，立柱10，吊臂座11和竖直滚珠丝杠副12；内部中空的立柱10两侧分别与地面垂直安装一个立柱直线导轨副13；内部中空的立柱10内部安装了竖直滚珠丝杠副12，内部中空的立柱10顶部安装竖直传动伺服电机8，竖直滚珠丝杠副12一端和竖直传动伺服电机8通过电机座与联轴器9相连接，吊臂座11安装在立柱直线导轨副13的导轨滑块上，并且与竖直滚珠丝杠副12的丝杠螺母连接；

通过对竖直传动伺服电机8的控制，可以实现吊臂座11及固定在吊臂座11上的所有部件在z轴方向上精确的位置定位；

3）底座部件：所述的内部中空的立柱10底部固定在底座上端面；

所述的底座部件：包括水平小滑台14，两副水平小滑台直线导轨副15，水平小滑台推动气缸16，两副水平大滑台直线导轨副17，水平大滑台18，水平大滑台推动气缸19和“L”形底座20；“L”形底座20通过螺栓连接固定在地面上；“L”形底座20的台阶面上沿着长度方向平行安装有水平大滑台推动气缸19，“L”形底座20的顶部端面和长侧面上沿“L”形底座20的长度方向分别安装有水平大滑台直线导轨副；水平大滑台18安装在“L”形底座20长边的两侧，水平大滑台18上侧内壁和长边内壁分别与水平大滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平大滑台18与水平大滑台推动气缸19的气缸杆连接；水平大滑台18短边外侧安装有水平小滑台推动气缸16，水平大滑台18的顶部端面和长边外侧上沿水平大滑台18长度方向上各安装有水平小滑台直线导轨副；水平大滑台推动气缸19和水平小滑台推动气缸16沿着“L”形底座20长度平行安装；水平小滑台14上侧内壁和长边内壁分别与水平小滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平小滑台14与水平小滑台推动气缸16的气缸杆连接；

通过对“L”形底座20上的水平大滑台推动气缸19的伸缩状态的控制，可以实现水平大滑台18在两个位置上的粗定位；通过对水平大滑台18上的水平小滑台推动气缸16的伸缩状态的控制，可以实现水平小滑台14在两个位置上的粗定位；通过对水平大滑台推动气缸19和水平小滑台推动气缸16伸缩状态的协调控制，最终可以实现水平小滑台14在四个不同位置上的粗定位。

如图5和图6所示，图5为本发明吊钩1的正视图，图6为本发明吊钩1的左视图。吊钩1的上端平面上有若干个螺纹孔，通过螺栓与吊臂滑座2相连；吊钩1的中间偏上有两个支撑芯21，吊钩1的下端是开有挂钩槽22。本发明在下料码垛时，吊钩1上的两个支撑芯21与托盘车上的三角25靠紧，用于吊钩1与托盘车在x方向上相对位置的定位；吊钩1的挂钩槽22可以勾住托盘车的中档24下部开口槽，即托盘车的重心所在的位置，这样就可以对托盘车进行下料和码垛操作了。

本发明的实施过程：

实施例1

采用图1和图2所示的装置，实现立柱10在y轴方向的粗定位。

首先，水平大滑台推动气缸19的伸缩可以实现与水平大滑台推动气缸19的气缸杆相连的水平大滑台18在y轴方向上两个位置的粗定位；然后，水平小滑台推动气缸16的伸缩可以实现与水平小滑台推动气缸16的气缸杆相连的水平小滑台14在y轴方向上两个位置的粗定位。这样通过控制水平大滑台推动气缸19和水平小滑台推动气缸16的伸缩状态，即能实现固定在水平小滑台14上的立柱10在y轴方向上的4个不同位置的粗定位。

实施例2

采用图1和图3所示的装置，实现吊臂座11在z轴方向上的精确定位。

竖直传动伺服电机8通过电机座与联轴器9，带动与联轴器相连的竖直滚珠丝杠副12的动作，从而控制与竖直滚珠丝杠副12的丝杠螺母相连的吊臂座11在z轴方向上的精确定位。

实施例3

采用图1和图4所示的装置，实现吊钩1在x轴方向上的精确定位。

水平传动伺服电机7和水平滚珠丝杠副5是通过同步带和同步带轮6连接的。水平传动伺服电机7的动作，通过同步带和同步带轮6传递给水平滚珠丝杠副5，从而带动固定在水平滚珠丝杠副5的丝杠螺母上的框形吊臂滑座2在x轴方向的运动，以实现吊钩1在x轴方向上的精确定位。

实施例4

采用图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示装置，实现吊钩1对手动托盘车的抓取与放置。

首先，通过控制水平小滑台推动气缸16、水平大滑台推动气缸19、水平传动伺服电机7以及竖直传动伺服电机8，使得吊钩1伸到手动托盘车两货叉23之间；然后沿着x轴负方向移动靠近手动托盘车三角25，使得吊钩1上的两个支撑芯21与手动托盘车三角25向贴牢，挂钩槽22在手动托盘车中档24正下方；最后再使吊钩1向z轴正方向移动，这样，吊钩1的挂钩槽22就正好可以勾住手动托盘车中档24底部开口槽，即托盘车的重心所在位置，实现对手动托盘车的抓取。

手动托盘车的放置过程与抓取过程正好相反。首先，通过控制水平小滑台推动气缸16、水平大滑台推动气缸19、水平传动伺服电机7以及竖直传动伺服电机8，把吊钩1上的手动托盘车放到货架上；然后继续向z轴负方向移动吊钩1，使得吊钩1的挂钩槽22与手动托盘车中档24底部开口槽分离；最后，延x轴正方向移动吊钩1，使得吊钩1上的两个支撑芯21手动托盘车三角25分离，移出吊钩1，这样即实现了手动托盘车的放置以及吊钩1的顺利退出。

本发明采用两个气缸和两套伺服电机+滚珠丝杠机构，实现了吊钩1在x轴和z轴方向上的精定位，以及y轴上的粗定位；通过对两个气缸以及两个伺服电机的控制，实现了吊钩1抓取手动托盘车、搬运下料以及码垛的整套动作。整套装置实现了抓取、搬运下料以及码垛过程的自动化，使用快捷方便，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，具有良好的性价比。

本发明的设计原理：

首先，采用结构优化方法设计了专用吊钩的宽度和支撑芯的高度，专用吊钩能够实现多种规格手动托盘车的抓取、搬运、码垛以及工装夹具的顺利退出，极大的简化多规格手动托盘车工装，有效地降低制造、使用成本，节省了更换工装的辅助加工时间，有效地提高生产效率。

其次，根据手动托盘车码垛的实际需求，采用了伺服电机控制方式满足x轴和z轴方向上的精定位要求；采用两个气缸控制方式，实现y轴上的粗定位要求，可满足手动托盘车4×8叠层码垛。在满足实际需求的前提下，降低了装置的制造成本，具有良好的性价比。

第三，采用多轴联动技术，实现手动托盘车抓取、搬运下料以及码垛整套动作的迅捷、平稳、协调，本发明设计了对模型摄动具有稳定性及抗扰动的鲁棒控制策略，可现实不同规格的手动托盘车的精密定位控制。同时采用轻量化设计和空间拓扑结构优化技术，优化运动系统的动态响应性能。

最后，在保障安全性和可靠性的基础上，本装置采用全自动化设计，不需要人工参与，有效地提高生产效率、降低工人劳动强度以及改善工人劳动环境。

Claims (2)

1.一种手动托盘车自动码垛装置，包括吊臂部件、立柱部件和底座部件；其中：

1）吊臂部件：包括吊钩（1），框形吊臂滑座（2），吊臂（3），两副吊臂直线导轨副，水平滚珠丝杠副（5），同步带和同步带轮，水平传动伺服电机（7）和吊臂座（11）；吊臂（3）固定连接在吊臂座（11）的一侧，在吊臂（3）上面沿长度方向两侧分别平行安装吊臂直线导轨副，在两个吊臂直线导轨副中间安装水平滚珠丝杠副（5）；在吊臂（3）靠近吊臂座（11）的一侧安装有水平传动伺服电机（7）；两个同步带轮分别安装在伺服电机轴和水平滚珠丝杠副（5）上，两个同步带轮通过同步带相连接；框形吊臂滑座（2）安装在吊臂（3）外，吊臂滑座（2）的上侧内壁两侧固定在两个吊臂直线导轨副（4）的导轨滑块上，吊臂滑座（2）的上侧内壁中间与水平滚珠丝杠副（5）连接，吊臂滑座（2）下端装有吊钩（1）；

2）立柱部件：包括竖直传动伺服电机（8），电机座与联轴器（9），立柱（10），吊臂座（11）和竖直滚珠丝杠副（12）；内部中空的立柱（10）两侧分别与地面垂直安装一个立柱直线导轨副（13）；内部中空的立柱（10）内部安装了竖直滚珠丝杠副（12），内部中空的立柱（10）顶部安装竖直传动伺服电机（8），竖直滚珠丝杠副（12）一端和竖直传动伺服电机（8）通过电机座与联轴器（9）相连接，吊臂座（11）安装在立柱直线导轨副（13）的导轨滑块上，并且与竖直滚珠丝杠副（12）的丝杠螺母连接；

3）底座部件：所述的内部中空的立柱（10）底部固定在底座上端面；

其特征在于：所述的底座部件：包括水平小滑台（14），两副水平小滑台直线导轨副，水平小滑台推动气缸（16），两副水平大滑台直线导轨副，水平大滑台（18），水平大滑台推动气缸（19）和“L”形底座（20）；“L”形底座（20）通过螺栓连接固定在地面上；“L”形底座（20）的台阶面上沿着长度方向平行安装有水平大滑台推动气缸（19），“L”形底座（20）的顶部端面和长侧面上沿“L”形底座（20）的长度方向分别安装有水平大滑台直线导轨副；水平大滑台（18）安装在“L”形底座（20）长边的两侧，水平大滑台（18）上侧内壁和长边内壁分别与水平大滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平大滑台（18）与水平大滑台推动气缸（19）的气缸杆连接；水平大滑台（18）短边外侧安装有水平小滑台推动气缸（16），水平大滑台（18）的顶部端面和长边外侧上沿水平大滑台（18）长度方向上各安装有水平小滑台直线导轨副；水平大滑台推动气缸（19）和水平小滑台推动气缸（16）沿着“L”形底座（20）长度平行安装；水平小滑台（14）上侧内壁和长边内壁分别与水平小滑台直线导轨副的导轨滑块相连接，同时水平小滑台（14）与水平小滑台推动气缸（16）的气缸杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种手动托盘车自动码垛装置，其特征在于：所述的吊钩（1），其上端平面上有螺纹孔，通过螺栓与吊臂滑座（2）底面相连，吊钩（1）的中间上有两个支撑芯（21），吊钩（1）的下端开有挂钩槽（22）。