CN103818731A - 一种自动上料系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动上料系统及方法，前者包括托盘拆分装置，用于抓取位于托盘拆分位的堆叠在底层托盘上的所有托盘，使底层托盘成为独立托盘，及用于将独立托盘上的各行零部件顺次移送至推料工位；推料装置，用于将到达推料工位的一行零部件从独立托盘上推出；空托盘推出装置，用于将待堆垛空托盘从托盘拆分装置上推出；空托盘堆垛装置，用于抓取堆叠在空托盘堆垛位上的所有空托盘，将待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位，及将抓取的所有空托盘堆叠至待堆垛空托盘上。本发明可对堆叠在一起的托盘进行拆分推料处理，工作人员只需定期进行批量上料及批量取走空托盘，工作期间无需工作人员看管，而且本发明还具有使用及维修成本低的特点。

Description

一种自动上料系统及方法

技术领域

本发明涉及一种在生产线上实现自动上料的上料系统及上料方法。

背景技术

用于提供各工序所需零部件的上料系统在生产线上无处不在，尤其对于无法实现手动上料的较重零部件，例如发动机缸体。现有的用于提供较重零部件的上料方式主要为机器人上料或者吊具上料，前者为利用机器人抓取零部件，然后摆放在生产线上的指定位置，机器人上料存在的问题是：购买及维修成本均较高；后者为人工利用吊具将零部件吊起后摆放在生产线上的指定位置，吊具上料存在的问题是：上料效率低且不利于进行批量生产。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决上述问题，提供一种成本低且效率高的自动上料系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自动上料系统，包括：

托盘拆分装置，包括：

载台，用于承载托盘；

托盘抓取机构，用于抓取位于托盘拆分位的载台上的堆叠在底层托盘上的所有托盘，使所述底层托盘成为独立托盘，及用于将抓取到的所有托盘重新放置于回位至所述托盘拆分位的空置的载台上；以及，

载台移送机构，用于沿第一方向移送所述载台，以将所述独立托盘上的各行零部件顺次移送至推料工位，及将空置的载台移送回托盘拆分位，其中所述行的方向与所述第一方向正交；推料装置，用于将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出；

空托盘推出装置，用于在所述独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，将所述待堆垛空托盘从所述载台上推出，使所述载台空置；以及，

空托盘堆垛装置，包括：

空托盘移送机构，用于将所述待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位；以及，

空托盘抓取机构，用于抓取堆叠在空托盘堆垛位上的所有空托盘，使所述空托盘堆垛位空置，及用于在所述待堆垛空托盘到达所述空托盘堆垛位后，将抓取到的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上。优选的是，所述自动上料系统还包括托盘上料输送装置，所述托盘上料输送装置用于在所述托盘拆分装置上无托盘时，将从上至下堆叠在一起的托盘整体移送至位于所述托盘拆分位的所述载台上。

优选的是，所述托盘上料移送装置包括位于起始端的托盘上料位及位于所述托盘上料位及托盘拆分位之间的至少一个托盘储料位。

优选的是，所述托盘上料移送装置包括与所述托盘上料位及各托盘储料位一一对应的相互间独立驱动的托盘上料移送机构。

优选的是，所述载台上安装有定位块，所述定位块用于在所述推料装置将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出时，向所述独立托盘施加与所述推料装置的推出力相反的作用力。

优选的是，所述定位块为用于与所述独立托盘的拐角处相贴合的定位角块。

优选的是，所述托盘抓取机构包括：

连接臂；

抓手升降机构，用于带动所述连接臂沿竖直方向运动；以及，

抓手组件，包括卡爪和安装于所述连接臂上的转动机构，所述转动机构用于驱动所述卡爪绕竖直方向的转轴转动，使所述卡爪旋入次底层托盘的边框上的抓取缺口中，以在所述抓手升降机构的作用下完成所述抓取堆叠在底层托盘上的所有托盘的操作，及使所述卡爪从所述次底层托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成所述将抓起的所有托盘重新放置于空置的载台上的操作。

优选的是，所述空托盘抓取机构包括：

连接臂；

抓手升降机构，用于带动所述连接臂沿竖直方向运动；以及，

抓手组件，包括卡爪和安装于所述连接臂上的转动机构，所述转动机构用于驱动所述卡爪绕竖直方向的转轴转动，使所述卡爪旋入空托盘堆垛位上的底层空托盘的边框上的抓取缺口中，以在所述抓手升降机构的作用下完成所述抓取堆叠在所述空托盘堆垛位上的所有空托盘的操作，及使所述卡爪从所述底层空托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成将抓起的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上的操作。

优选的是，所述转动机构包括：

安装套筒，固定安装于所述连接臂上，所述安装套筒的中心线沿竖直方向延伸；

转轴，与所述安装套筒可相对转动地配合安装在一起，所述卡爪固定安装在所述转轴上；

齿轮，与所述转轴限制其相对转动地配合安装在一起。

齿条，与所述连接臂滑动配合安装，所述齿条与所述齿轮相啮合；以及，

驱动件，用于驱动所述齿条滑动。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种成本低且效率高的自动上料方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自动上料方法，包括：

抓取托盘拆分位上堆叠在底层托盘上的所有托盘，使所述底层托盘成为独立托盘；

沿第一方向移送所述独立托盘，使所述独立托盘上的各行零部件顺次到达推料工位，其中，所述行的方向与所述第一方向正交；

将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出；

在所述独立托盘从所述托盘拆分位移出后，将所述抓取到的所有托盘重新放置于所述托盘拆分位上；

在所述独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，抓取位于空托盘堆垛位上的所有空托盘，使所述空托盘堆垛位空置，以将所述待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位；

在所述待堆垛空托盘到达所述空托盘堆垛位后，将抓起的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上。

本发明的有益效果为：本发明的自动上料系统及方法可对从上至下堆叠在一起的托盘进行拆分推料处理，这样工作人员只需定期进行批量上料及批量取走空托盘堆垛位上的空托盘，工作期间无需工作人员看管，而且本发明的自动上料系统及方法的具有使用及维修成本低的特点。

附图说明

图1为根据本发明所述自动上料系统的一种实施结构的主视图；

图2为图1所示自动上料系统的俯视图；

图3为图1中A-A向截面示意图；

图4为图3所示托盘抓取机构的主视图；

图5为图3所示转动机构的一种实施结构在一视角上的示意图；

图6为图5所示转动机构在另一视角上的示意图。

附图标记说明：

1-托盘拆分装置；       11-载台；

12-托盘抓取机构；      13-载台移送机构；

121-连接臂；           122-抓手升降机构；

123-抓手组件；         1231-卡爪；

1232-安装套筒；        1233-转轴；

1234-齿轮；            1235-齿条；

1236-驱动件；          124-导向柱；

2-空托盘堆垛装置；     22-空托盘抓取机构；

23-空托盘移送机构；    3-推料工位；

4-托盘上料输送装置；   41-托盘上料位；

42-托盘储料位；      5-输送辊道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明的自动上料方法包括：抓取托盘拆分位上堆叠在底层托盘上的所有托盘，使所述底层托盘成为独立托盘，即使底层托盘与堆叠在其上的所有托盘相分离，以可以单独移送该底层托盘，在此，本发明中所提及的“堆叠”指从上至下的堆叠方式，另外，本发明中所提及的“托盘”指其上具有例如是发动机气缸的零部件的托盘；沿第一方向移送该独立托盘，使独立托盘上的各行零部件顺次到达推料工位，例如，对于零部件在独立托盘上呈3×3矩阵式排列的实施例，该步骤需要步进三次，将三行零部件顺次移送至推料工位，其中，行的方向与上述第一方向正交，列的方向与上述第一方向一致；将到达推料工位的一行零部件从独立托盘上推出，在实际应用中，具体为推出至生产线上线的输送辊道5上，以完成上料，对于零部件呈3×3矩阵式排列的实施例，每次推出三个零部件，一共推三次即可将独立托盘上的各行零部件全部推出；在独立托盘从托盘拆分位移出后，将抓取到的所有托盘重新放置于所述托盘拆分位上，以等待对剩余的所有托盘进行再次拆分，拆分操作直至托盘拆分位上仅剩一个托盘为止；在独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，抓取位于空托盘堆垛位上的所有空托盘，使空托盘堆垛位空置，以将待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位；在待堆垛空托盘到达空托盘堆垛位后，将抓起的所有空托盘堆叠在待堆垛空托盘上，使待堆垛空托盘成为空托盘堆垛位上位于底层的底层空托盘。循环进行以上自动上料方法即可将上料至托盘拆分位的堆叠在一起的各托盘中的零部件均上料至上产线上，在此，由于本发明的自动上料方法特别适用于较重的零部件，以零部件为发动机缸体为例，每个发动机缸体的重量约40kg，如果按照每个托盘放置9个发动机缸体计算，每个托盘的最大重量就高达360kg，在该种情况下，实际应用中通常堆叠两层托盘，如果需要堆叠更多的托盘，则需要增加整个系统的性能，这会使得成本增加。

本发明还提供了一种可以实现上述自动上料方法的自动上料系统，如图1至图3所示，本发明的自动上料系统包括托盘拆分装置1、推料装置（图中未示出）、空托盘推出装置（图中未示出）和空托盘堆垛装置2。该托盘拆分装置包括载台11、托盘抓取机构12和载台移送机构13，该载台11用于承载托盘；该托盘抓取机构用于抓取位于托盘拆分位的载台上的堆叠在底层托盘上的所有托盘，使底层托盘成为独立托盘，及用于将抓取的所有托盘重新放置于复位至托盘拆分位的空置的载台上，以等待进行再次拆分；该载台移送机构用于沿第一方向移送载台，进而移送位于载台上的独立托盘，以将独立托盘上的各行零部件顺次移送至推料工位3，及将空置的载台移送回托盘拆分位，以接收托盘抓取机构12之前抓取的所有托盘，其中所述行的方向与所述第一方向正交，该载台11可与沿第一方向设置的滑轨滑动配合，以保证载台11运动的方向性。该推料装置用于将到达推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出，该推料装置只要是可以完成沿第二方向施加推出力的机构即可，例如，该推料装置可包括推料杆及带动推料杆沿第二方向运动的例如是气缸的驱动件。该空托盘推出装置用于在独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，将待堆垛空托盘从载台上推出，使载台空置，该空托盘推出装置只要是可以完成施加推出力的机构即可，例如，该空托盘推出装置可包括推块及带动推块做直线运动的例如是气缸的驱动件，在此，为了节省安装空间，该零部件的推出方向与待堆垛空托盘的推出方向优选为在第二方向上彼此相反。该空托盘堆垛装置2包括空托盘移送机构23和空托盘抓取机构22，其中，该空托盘移送机构23用于将待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位，其可以采用电机驱动输送辊轮的输送结构；该空托盘抓取机构22用于抓取堆叠在空托盘堆垛位上的所有空托盘，使所述空托盘堆垛位空置，及用于在待堆垛空托盘到达空托盘堆垛位后，将抓起的所有空托盘堆叠在待堆垛空托盘上，完成待堆垛空托盘的堆垛，这样，工作人员只需定期利用叉车将空托盘批量运走即可。

在因零部件较重，所允许的托盘堆叠层数有限的情况下，为了便于工作人员摆放托盘及减少操作人员向自动上料系统摆放托盘的周期，本发明的自动上料系统还可包括托盘上料输送装置4，该托盘上料输送装置4用于在托盘拆分装置上无托盘时，将从上至下堆叠在一起的托盘整体移送至载台11上，为了保证托盘移送的方向性，该托盘上料输送装置可设置位于输送轨道两侧的导向轨。为了进一步减少操作人员向自动上料系统摆放托盘的周期，如图2所示，该托盘上料移送装置4可包括位于起始端的托盘上料位41及位于托盘上料位41及托盘拆分位之间的至少一个托盘储料位42，图1和图2所示的实施例中设置有两个托盘储料位42。该托盘上料移送装置4可具有与托盘上料位及各托盘储料位一一对应的相互间独立驱动的托盘上料移送机构，以可以分时控制各托盘上料移送机构动作，这样可在下一托盘上料移送机构完成托盘移送操作后，上一托盘上料移送机构再将其上的托盘移送至下一托盘上料移送机构，保证移送的稳定性及精确。在此，由于对该部分的运动控制精度要求相对较低，该托盘上料移送机构可以采用电机驱动链轮的结构。上述载台移送机构13相对托盘上料移送机构要求具有较高的运动精度，因此可采用电机驱动丝杠螺母运动副的机构，即上述载台11作为螺母与丝杠螺纹配合。

为了避免独立托盘在推料装置进行推料时相对载台11运动，可在载台11上安装定位块，该定位块至少用于在推料装置将到达推料工位的一行零部件从独立托盘上推出时，向独立托盘施加与推料装置的推出力相反的作用力。为了能够对独立托盘进行可靠的定位，该定位块可为用于与独立托盘的拐角处相贴合的定位角块，另外，该定位角块可以固定安装于载台11上，也可以采用可相对载台运动的结构，即通过例如是气缸的驱动件带动该定位角块运动，对于该种结构，可在载台上设置两个对角的定位角块，以将独立托盘可靠地夹紧固定在载台11上，并可在独立托盘成为待堆垛空托盘时松开待堆垛空托盘，使空托盘推出装置可将其从载台11上顺利推出。

如图3至图6所示，上述托盘抓取机构12可包括连接臂121、抓手升降机构122和抓手组件123，该抓手升降机构122用于带动连接臂121沿竖直方向运动，其可以由承载能力较强的液压油缸实现，在此，为了保证连接臂121的运动方向性，该连接臂121可通过导向柱124与安装框架沿竖直方向滑动配合；各抓手组件123安装于连接臂121上，用于抓取及松开托盘，以配合抓手升降机构122完成抓取及放置动作。该抓手组件123可包括卡爪1231和安装于连接臂121上的转动机构，该转动机构用于驱动卡爪1231绕竖直方向的转轴转动，使卡爪1231可旋入次底层托盘（即直接与底层托盘接触的托盘）的边框上的抓取缺口中，这样，在抓手升降机构122的作用下即可完成上述的抓取堆叠在底层托盘上的所有托盘的操作，即通过卡爪1231与次底层托盘的作用将底层托盘上的所有托盘整体抬起；另外，该转动机构还用于在抓手升降机构122带动抓取到的所有托盘下降至托盘拆分位时，控制卡爪1231从次底层托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成所述将抓起的所有托盘重新放置于空置的载台上的操作，此时，该次底层托盘将成为载台上的底层托盘。

在本实施例中，转动机构带动卡爪1231顺时针、逆时针旋转90度，即可完成旋入、旋出控制，在该实施例中，卡爪1231在旋出后与次底层托盘的边框平行，在旋入后与次底层托盘的边框垂直。

在此，本发明的托盘抓取机构结构，主要是其中抓手组件的结构，并非限制于上述给出的具体实施例，根据上述说明可知，上述抓手组件只要能够实现可以建立及解除与托盘之间的连接关系即可，例如，该抓手组件123也可以包括卡爪1231和安装于连接臂121上的平移机构，该平移机构用于驱动卡爪1231插入托盘的抓取缺口中，及驱动卡爪1231从该抓取缺口中退出；另外，该抓手组件还可以包括一对相对设置的卡爪，及驱动一对卡爪相向或者背向运动的驱动机构，该种抓手组件可以通过夹持托盘的边框与托盘建立连接关系。

本领域技术人员应当清楚，抓手组件的数量及安装位置应以可将托盘平稳抬起及避免与其他运动发生干涉为条件，在此，本发明的托盘抓取机构12可设置在第二方向上相对的一对抓手组件，或者设置在第二方向相对的两对抓手组件，或者设置在第一方向上相对的一对抓手组件及在第二方向上相对的一对抓手组件。

上述空托盘抓取机构22通常采用与托盘抓取机构相同的结构，即其包括连接臂121、抓手升降机构122和抓手组件123，该抓手升降机构用于带动连接臂121沿竖直方向运动，各抓手组件123安装于连接臂121上。该抓手组件可包括卡爪1231和安装于连接臂121上的转动机构，该转动机构用于驱动卡爪1231绕竖直方向的转轴转动，使卡爪1231旋入空托盘堆垛位上的底层空托盘的边框上的抓取缺口中，这样，在抓手升降机构122的作用下即可完成上述抓取堆叠在空托盘堆垛位上的所有空托盘的操作，即通过卡爪1231与底层空托盘的作用将所有空托盘抬起；另外，该转动机构还用于在抓手升降机构122带动抓取到的所有空托盘下降至已到达空托盘堆垛位的待堆垛空托盘上时，控制卡爪1231从底层空托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成将抓起的所有空托盘堆叠在待堆垛空托盘上的操作。

如图5和图6所示，上述转动机构可包括安装套筒1232、转轴1233、齿轮1234、齿条1235和驱动件1236，该安装套筒1232固定安装于连接臂121上，安装套筒的中心线沿竖直方向延伸；转轴1233与安装套筒1232可相对转动地配合安装在一起，卡爪1231固定安装在转轴1233上；齿轮1234与转轴1233限制其相对转动地配合安装在一起；齿条1235与连接臂121滑动配合安装，齿条1235与齿轮1234相啮合；驱动件1236用于驱动齿条1235滑动，以通过齿条1235带动转轴1233，进一步带动卡爪1231转动。上述转动机构具有成本低及承载能力强的特点。当然，该转动机构也可采用其他可实现转动控制的机构实现，例如摆动气缸、电机驱动等。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动上料系统，其特征在于，包括：

托盘拆分装置，包括：

载台，用于承载托盘；

托盘抓取机构，用于抓取位于托盘拆分位的载台上的堆叠在底层托盘上的所有托盘，使所述底层托盘成为独立托盘，及用于将抓取到的所有托盘重新放置于回位至所述托盘拆分位的空置的载台上；以及，

载台移送机构，用于沿第一方向移送所述载台，以将所述独立托盘上的各行零部件顺次移送至推料工位，及将空置的载台移送回托盘拆分位，其中所述行的方向与所述第一方向正交；推料装置，用于将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出；

空托盘推出装置，用于在所述独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，将所述待堆垛空托盘从所述载台上推出，使所述载台空置；以及，

空托盘堆垛装置，包括：

空托盘移送机构，用于将所述待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位；以及，

空托盘抓取机构，用于抓取堆叠在空托盘堆垛位上的所有空托盘，使所述空托盘堆垛位空置，及用于在所述待堆垛空托盘到达所述空托盘堆垛位后，将抓取到的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上。

2.根据权利要求1所述的自动上料系统，其特征在于，所述自动上料系统还包括托盘上料输送装置，所述托盘上料输送装置用于在所述托盘拆分装置上无托盘时，将从上至下堆叠在一起的托盘整体移送至位于所述托盘拆分位的所述载台上。

3.根据权利要求2所述的自动上料系统，其特征在于，所述托盘上料移送装置包括位于起始端的托盘上料位及位于所述托盘上料位及托盘拆分位之间的至少一个托盘储料位。

4.根据权利要求3所述的自动上料系统，其特征在于，所述托盘上料移送装置包括与所述托盘上料位及各托盘储料位一一对应的相互间独立驱动的托盘上料移送机构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动上料系统，其特征在于，所述载台上安装有定位块，所述定位块用于在所述推料装置将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出时，向所述独立托盘施加与所述推料装置的推出力相反的作用力。

6.根据权利要求5所述的自动上料系统，其特征在于，所述定位块为用于与所述独立托盘的拐角处相贴合的定位角块。

7.根据权利要求1所述的自动上料系统，其特征在于，所述托盘抓取机构包括：

连接臂；

抓手升降机构，用于带动所述连接臂沿竖直方向运动；以及，

抓手组件，包括卡爪和安装于所述连接臂上的转动机构，所述转动机构用于驱动所述卡爪绕竖直方向的转轴转动，使所述卡爪旋入次底层托盘的边框上的抓取缺口中，以在所述抓手升降机构的作用下完成所述抓取堆叠在底层托盘上的所有托盘的操作，及使所述卡爪从所述次底层托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成所述将抓起的所有托盘重新放置于空置的载台上的操作。

8.根据权利要求1所述的自动上料系统，其特征在于，所述空托盘抓取机构包括：

连接臂；

抓手升降机构，用于带动所述连接臂沿竖直方向运动；以及，

抓手组件，包括卡爪和安装于所述连接臂上的转动机构，所述转动机构用于驱动所述卡爪绕竖直方向的转轴转动，使所述卡爪旋入空托盘堆垛位上的底层空托盘的边框上的抓取缺口中，以在所述抓手升降机构的作用下完成所述抓取堆叠在所述空托盘堆垛位上的所有空托盘的操作，及使所述卡爪从所述底层空托盘的边框上的抓取缺口中旋出，以完成将抓起的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上的操作。

9.根据权利要求7或8所述的自动上料系统，其特征在于，所述转动机构包括：

安装套筒，固定安装于所述连接臂上，所述安装套筒的中心线沿竖直方向延伸；

转轴，与所述安装套筒可相对转动地配合安装在一起，所述卡爪固定安装在所述转轴上；

齿轮，与所述转轴限制其相对转动地配合安装在一起。

齿条，与所述连接臂滑动配合安装，所述齿条与所述齿轮相啮合；以及，

驱动件，用于驱动所述齿条滑动。

10.一种自动上料方法，其特征在于，包括：

抓取托盘拆分位上堆叠在底层托盘上的所有托盘，使所述底层托盘成为独立托盘；

沿第一方向移送所述独立托盘，使所述独立托盘上的各行零部件顺次到达推料工位，其中，所述行的方向与所述第一方向正交；

将到达所述推料工位的一行零部件从所述独立托盘上推出；

在所述独立托盘从所述托盘拆分位移出后，将所述抓取到的所有托盘重新放置于所述托盘拆分位上；

在所述独立托盘上的各行零部件均被推出成为待堆垛空托盘后，抓取位于空托盘堆垛位上的所有空托盘，使所述空托盘堆垛位空置，以将所述待堆垛空托盘移送至空置的空托盘堆垛位；

在所述待堆垛空托盘到达所述空托盘堆垛位后，将抓起的所有空托盘堆叠在所述待堆垛空托盘上。

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