CN104176554B - 一种用于文件排序归类的装置 - Google Patents

Abstract

该发明一种用于文件排序归类的装置，涉及用机电一体化设备，特别是对顺序混乱的文档资料有序化整理的装置。该装置包括：信息识别及控制机构、乱序文件放置机构、抓取机构、排序机构、顺序文件放置处理机构；首先将乱序的文件堆叠整齐放置于乱序文件放置机构上；信息识别机构通过文件上的图像信息识别出顶层文件的序号，计算出该文件应该放置的位置；抓取机构抓取顶层文件，将其运送至排序机构；排序机构接收到信息识别及控制机构的指令将该文件运送至顺序文件处理机构的相应位置，最后将排序完成的所有文件一起输出，从而完成乱序文件的排序。从而具有在文件排序过程中操作简单，效率高，稳定性好，噪音小的效果。

Description

一种用于文件排序归类的装置

技术领域

本发明涉及用机电一体化设备，特别是对顺序混乱的文档资料有序化整理的装置。

背景技术

如今大学课堂学生容量一般为65人左右和180人左右这两种情况居多，教师对作业进行批改之后，需进行平时成绩的登记，学生上交作业一般都为乱序，对老师进行平时成绩登记带来了极大的不便，占用了老师大部分的时间，使得老师的工作效率降低，没有更多的时间投入科研和教学准备工作中，降低了时间利用率。

在对大量作业反复查找学生信息进行登记成绩时，由于人的主观意识疲劳，难免会出现烦躁，从而在一定程度上影响老师的心理，对学生的平时成绩造成影响，还可能会登记出错，是老师长期以来的一块心病。所设计的“作业排序机”就是要解决作业乱序的问题，对上交的乱序作业进行排序，老师批改作业后，只需直接按照排好的序登记学生的平时成绩，这样将会节省了老师登一个成绩查找一遍的时间，使整个作业批改及成绩登记过程达到高效率的工作，以最大限度的减小老师的工作量，提供给老师们极大的便利。另外该排序机也可用于校内外其他各种文档的排序，比如考卷，档案资料等。

由于作业本的形状不是特别规则，材料不方便进行机械操作等，目前国内没有类似专利。

发明内容

本发明针对大量顺序混乱的文件排序难的问题，设计一种用于文件排序归类的装置，达到在文件排序过程中操作简单，效率高，稳定性好，噪音小的目的。

本发明的技术方案是一种用于文件排序归类的装置，该装置包括：信息识别及控制机构、乱序文件放置机构、抓取机构、排序机构、顺序文件放置处理机构；首先将乱序的文件堆叠整齐放置于乱序文件放置机构上；信息识别机构通过文件上的图像信息识别出顶层文件的序号，计算出该文件应该放置的位置；抓取机构抓取顶层文件，将其运送至排序机构；排序机构接收到信息识别及控制机构的指令将该文件运送至顺序文件处理机构的相应位置，最后将排序完成的所有文件一起输出，从而完成乱序文件的排序。

因而本发明一种用于文件排序归类的装置包括：信息识别及控制机构、乱序文件放置机构、抓取机构、排序机构、顺序文件处理机构；

其中信息识别及控制机构包括：图像采集模块、信息处理模块、控制模块，通过图像采集模块采集文件表面信息图像，信息处理模块对采集到的信息图像进行分析，得到该文件的位置信息，控制模块依据文件的位置信息对排序装置其它机构进行控制，完成文件的排序；

乱序文件放置机构为升降平台包括：固定基座、抬升机构、文件放置台，抬升机构底部设置于固定基座上方，顶部设置于文件放置台下方，用于文件放置台的上下移动；

抓取机构包括：两个支撑架、连接两个支撑架的丝杆和直线导轨、丝杆和直线导轨上设置一滑块，滑块下方设置抓取手，当滑块移动到支撑架的一侧时正好位于乱序文件放置机构的上方，方便文件的抓取；

排序机构包括：竖直运动模块、水平运动模块、载物模块；其中竖直运动模块包括：排序基座、设置于该基座上的竖直导轨和竖直丝杆、设置于竖直导轨与竖直丝杆上的竖直滑块；水平运动模块包括：固定板、设置于固定板上方的水平丝杆和水平导轨，设置于水平丝杆和水平导轨上的水平滑块；其中固定板与竖直导轨固定连接，竖直丝杆和水平丝杆都通过电机驱动；载物模块包括：载物板、压物杆及驱动压物杆的舵机，载物板采用梳形结构，压物杆用于文件放置于载物板上后把文件压紧；载物模块与水平滑块固定连接；

顺序文件处理机构包括：放物架、接运板、驱动电机；其中放物架包括：竖直设置的方形背部支撑板和与背部支撑板重叠设置的推物板，背部支撑板上水平设置有多层放物隔板、四角水平设置有四个光滑轴，放物隔板采用梳形结构，与排序机构中的载物板配合工作完成文件的传递；推物板上开设有使放物隔板和光滑轴穿过的孔隙，用于光滑轴穿过的孔洞中设置有直线轴承，当文件在放物隔板上排序完成后，电机驱动推物板顺着光滑轴向外移动，将各载物隔板上的文件推出，落于接运板上。

所述乱序文件放置机构为X形剪式升降平台，其抬升机构为一对X形剪式机构及驱动电机。

所述抓取机构的抓取手采用真空吸引装置，该装置包括一对气缸及对应设置于气缸下方的真空吸盘。

本发明一种用于文件排序归类的装置，首先通过信息识别及控制机构识别出放置于文件放置台上顶层的文件所要归类位置，在控制抓取机构将顶部文件运送至排序机构，排序机构再根据信息识别及控制机构发来的控制信息将文件放置进顺序文件处理机构中正确的位置，从而具有在文件排序过程中操作简单，效率高，稳定性好，噪音小的效果。

附图说明

图1为作业排序机总体装配图；

图2为乱序文件放置机构；

图3为接收排序装置；

图4为抓取交付装置；

图5为顺序文件放置输出机构；

图6为程序流程简图；

图7为丝杆螺旋斜面受力简图；

图8为真空洗盘吸取力学模型简图。

图中：1-1.文件放置台，1-2.抬升机构，1-3.固定支座，1-4.步进电机，1-5.滑动支座，1-6.支座，2-1.大步进电机，2-2.直线导轨，2-3.竖直丝杆机构，2-4.水平滑块，2-5.水平丝杆机构，2-6小步进电机，2-7.竖直滑块，2-8.舵机，2-9.载物板，2-10.弹簧，2-11.压物杆，3-1.滑块机构，3-2.丝杆机构，3-3.直线导轨，3-4.气缸(3-4)，3-5.真空吸盘，4-1.背部支撑板，4-2.推物板，4-3.放物隔板，4-4.接运板，4-5.步进电机，4-6.直线导轨，4-7.光滑轴，4-8.直线轴承，4-9.支撑架；

图8中各参数说明如下：

ΔPu——真空度Fv——垂直负载

Aw——有效面积Fh——水平负载

Pd——密封面的表面压力Fr——摩擦力

Ad——密封面积Fd——密封面积的受力

F——负载力u——真空吸盘(3-5)与工件间的摩擦系数

Fs——吸力Fa——加速度力

x、y——真空吸盘(3-5)受力分析坐标。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种用于文件排序归类的装置包括：信息识别及控制机构、乱序文件放置机构、抓取机构、排序机构、顺序文件处理机构；

其中信息识别及控制机构包括：图像采集模块、信息处理模块、控制模块，通过图像采集模块采集文件表面信息图像，信息处理模块对采集到的信息图像进行分析，得到该文件的位置信息，控制模块依据文件的位置信息对排序装置其它机构进行控制，完成文件的排序；

乱序文件放置机构为升降平台包括：固定基座、抬升机构(1-2)、文件放置台(1-1)，抬升机构(1-2)底部设置于固定基座上方，顶部设置于文件放置台(1-1)下方，用于文件放置台(1-1)的上下移动；

抓取机构包括：两个支撑架(4-9)、连接两个支撑架(4-9)的丝杆和直线导轨(3-3)、丝杆和直线导轨(3-3)上设置一滑块，滑块下方设置抓取手，当滑块移动到支撑架(4-9)的一侧时正好位于乱序文件放置机构的上方，方便文件的抓取；

排序机构包括：竖直运动模块、水平运动模块、载物模块；其中竖直运动模块包括：排序基座、设置于该基座上的竖直导轨和竖直丝杆、设置于竖直导轨与竖直丝杆上的竖直滑块(2-7)；水平运动模块包括：固定板、设置于固定板上方的水平丝杆和水平导轨，设置于水平丝杆和水平导轨上的水平滑块(2-4)；其中固定板与竖直导轨固定连接，竖直丝杆和水平丝杆都通过电机驱动；载物模块包括：载物板(2-9)、压物杆(2-11)及驱动压物杆(2-11)的舵机(2-8)，载物板(2-9)采用梳形结构，压物杆(2-11)用于文件放置于载物板(2-9)上后把文件压紧；载物模块与水平滑块(2-4)固定连接；

顺序文件处理机构包括：放物架、接运板(4-4)、驱动电机；其中放物架包括：竖直设置的方形背部支撑板(4-1)和与背部支撑板(4-1)重叠设置的推物板(4-2)，背部支撑板(4-1)上水平设置有多层放物隔板(4-3)、四角水平设置有四个光滑轴(4-7)，放物隔板(4-3)采用梳形结构，与排序机构中的载物板(2-9)配合工作完成文件的传递；推物板(4-2)上开设有使放物隔板(4-3)和光滑轴(4-7)穿过的孔隙，用于光滑轴(4-7)穿过的孔洞中设置有直线轴承(4-8)，当文件在放物隔板(4-3)上排序完成后，电机驱动推物板(4-2)顺着光滑轴(4-7)向外移动，将各载物隔板上的文件推出，落于接运板(4-4)上。

所述乱序文件放置机构为X形剪式升降平台，其抬升机构(1-2)为一对X形剪式机构及驱动电机。

所述抓取机构的抓取手采用真空吸引装置，该装置包括一对气缸(3-4)及对应设置于气缸(3-4)下方的真空吸盘(3-5)。

1.1、2个竖直方向传动所用大步进电机(2-1)、丝杆滑块进行说明，

所用大步进电机(2-1)为雷塞电机57HS09，

由于竖直方向定位精度要求较高，所用电机的步距精度达到了+5％(整步，空载)，轴向跳动为0.08max(450g-load)。

采取竖直方向的安放隔间层数为100层(每个放本架可放置100本作业，共2个放本架)，即n_max＝100。每一层隔板间的高度为10mm，安放隔间总高度为1m，接受放置器的初始竖直位置设置在隔间的总高度的一半高位置，即0.5m处.所选用的丝杆为单线螺纹，导程L＝np(n＝1)＝p＝10mm，滑块移动一层的距离丝杆需要转动圈数那么移动n层的距离需要转动圈数r_n＝nr＝n(r)。

又电机步距角θ_s＝1.8°，转一圈所用脉冲数

电机转速单位为r/s，f_发为发送脉冲的频率。在此设定f_发＝2000

那么丝杆滑块竖直移动n层所需时间那么竖直方向上单次花费时间为t～[0,5](s)。

1.2、其它水平方向传动所用电机、丝杆滑块说明，

所用水平传动所用电机为JGA37-545，额定电压U＝24V，功率P＝20W，转速n₁＝600rpm，角速度w₁＝2πn₁＝1200πrad/s；丝杆的转速n₂＝n₁＝600rpm，w₂＝w₁＝1200πrad/s；

所选用的丝杆为单线螺纹，导程L＝np(n＝1)＝p＝10mm

设位移为x，单位为mm，丝杆滑块要移动x的距离，丝杆所转圈数所需时间 $t=\frac{60r_x}{n_2}=0.01x\left(s\right),$ 滑块的运动速度 $v=\frac{x}{t}=0.1m/s.$

2.1竖直丝杆滑块传动过程

丝杆螺旋斜面受力简图如图7所示：

N为滑块及其上面所承受的重力，N1为沿斜面向下的分力，N2为垂直斜面向下的分力。要实现丝杆的上下自由滑动，必须满足关系式：F≥uN1+N2

其中u为斜面摩擦因数。

那么M_阻max＝F·R，

在考虑其它组件摩擦的因素上，留有一定余量，引入比例因数λ∈【1.5,2】.

所以电机的扭矩M_电必须满足：M_电≥λM_阻max＞＞λR(uN1+N2)，又N2＝Ncosθ，N1＝Nsinθ，

所以电机M_电≥λNR(usinθ+cosθ)，

所以电机P_电≥M_电W＝λWNR(usinθ+cosθ)，其中W为丝杆的旋转角速度。

本次的设计滑块及其附带组件总共重力N≈6.5N。

取λ为最大值2，W＝2πn_电＝10πrad/s，丝杆直径为M12，所以R＝6，取摩擦力因素u＝0.2，θ＝30°，

M_阻max＝λNR(usinθ+cosθ)＝75.7N·m，电机P_电＝150W，M_电＝0.9kN·m＞＞M_阻max。

2.2真空洗盘吸取过程

吸盘安装方式为水平安装，除了要吸持住工件负载外，还应该考虑吸盘移动时因工件的惯性力对吸力的影响。

建立力学模型如图8所示：

由真空吸盘(3-5)工作原理及上述受力图可知，要满足正常的吸持作业本的要求，即能够正常作业的条件为：F_d＝P_dA_d>0，且F_r＝F_du>F_h

设单个作业本重mkg，真空度为ΔPu，F_s＝△P_u·A_w.旋转角度旋转半径r，重力加速度g，吸取时间t，Fs1为静态吸力，Fs2为动态吸力。

静态负载计算

静态吸力Fs1＝Fv＝mg，取安全系数为n，Fs1＝nmg

动态负载计算

作业本搬运过程中，处于受力平衡状态：

ΣFx＝0→Fh-Fr＝0，即Fh＝Fr

ΣFy＝0→Fv+Fd-Fs2＝0，即Fd＝Fs2-Fv

∴F_r＝F_du＝(Fs2-F_v)·u

真空泵产生的最大压力:＞450mmHg(60KPa),最小压力：＞350mmHg(47KPa)

最大真空度:＜-300mmHg(-40KPa)

吸盘的底部接触半径R＝20mm，S＝πR²

平衡吸力F_s＝△Pu·S＝50.3N＞＞F_负载＝mg＝0.05×10N＝0.5N

∴作业本会很牢固的被吸附住，完美完成指定移动。

如图1所示为作业本排序机的总体装配图：

下面分为信息识别及控制机构、乱序文件放置机构(1)、抓取机构(3)、排序机构(2)、顺序文件处理机构(4)五个部分来具体介绍。

本发明的有益效果是，快速的对顺序混乱的作业本等文档资料有序化整理输出。

Claims (3)

1.一种用于文件排序归类的装置包括：信息识别及控制机构、乱序文件放置机构、抓取机构、排序机构、顺序文件处理机构；

其特征在于信息识别及控制机构包括：图像采集模块、信息处理模块、控制模块，通过图像采集模块采集文件表面信息图像，信息处理模块对采集到的信息图像进行分析，得到该文件的位置信息，控制模块依据文件的位置信息对排序装置其它机构进行控制，完成文件的排序；

乱序文件放置机构为升降平台包括：固定基座、抬升机构、文件放置台，抬升机构底部设置于固定基座上方，顶部设置于文件放置台下方，用于文件放置台的上下移动；

抓取机构包括：两个支撑架、连接两个支撑架的丝杆和直线导轨、丝杆和直线导轨上设置一滑块，滑块下方设置抓取手，当滑块移动到支撑架的一侧时正好位于乱序文件放置机构的上方，方便文件的抓取；

排序机构包括：竖直运动模块、水平运动模块、载物模块；其中竖直运动模块包括：排序基座、设置于该基座上的竖直导轨和竖直丝杆、设置于竖直导轨与竖直丝杆上的竖直滑块；水平运动模块包括：固定板、设置于固定板上方的水平丝杆和水平导轨，设置于水平丝杆和水平导轨上的水平滑块；其中固定板与竖直导轨固定连接，竖直丝杆和水平丝杆都通过电机驱动；载物模块包括：载物板、压物杆及驱动压物杆的舵机，载物板采用梳形结构，压物杆用于文件放置于载物板上后把文件压紧；载物模块与水平滑块固定连接；

顺序文件处理机构包括：放物架、接运板、驱动电机；其中放物架包括：竖直设置的方形背部支撑板和与背部支撑板重叠设置的推物板，背部支撑板上水平设置有多层放物隔板、四角水平设置有四个光滑轴，放物隔板采用梳形结构，与排序机构中的载物板配合工作完成文件的传递；推物板上开设有使放物隔板和光滑轴穿过的孔隙，用于光滑轴穿过的孔洞中设置有直线轴承，当文件在放物隔板上排序完成后，电机驱动推物板顺着光滑轴向外移动，将各载物隔板上的文件推出，落于接运板上。

2.如权利要求1所述的一种用于文件排序归类的装置包括，其特征在于所述乱序文件放置机构为X形剪式升降平台，其抬升机构为一对X形剪式机构及驱动电机。

3.如权利要求1所述的一种用于文件排序归类的装置包括，其特征在于所述抓取机构的抓取手采用真空吸引装置，该装置包括一对气缸及对应设置于气缸下方的真空吸盘。