CN104773337B - 一种抓取式托盘自动分配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抓取式托盘自动分配装置，本装置包括机架，所述机架底部设为便于固定的基座，该装置还包括升降机构、水平复合移动机构和抓取机构；所述升降机构安装在机架上，所述水平复合移动机构与所述升降机构相连并跟随升降机构上下移动，所述抓取机构安装在水平复合移动机构下侧。本发明中的升降机构、水平复合移动机构和抓取机构相互配合的结构，实现了将托盘上升、平移、下落至码垛处的循环转移过程，稳步地实现了有序分配托盘的目的，保证了自动分配的高效率。本发明提供了一种安装便捷，运行稳定，占地面积小适用范围广泛且自动分配效率高的抓取式托盘自动分配装置。
Description
技术领域
本发明属于包装机械技术领域，具体涉及一种抓取式托盘自动分配装置。
背景技术
托盘自动分配装置广泛地应用于化工、粮食、食品饮料、种子和冶金等行业自动化包装生产线上，其主要功能是存储和有序分配托盘，将备用的层叠的空托盘有序的送至码垛工位，是自动包装码垛生产线中码垛机组的必要设备之一。在包装工业现代化和自动化不断加速发展的今天，为提高生产企业包装生产线的自动化水平，从而提高生产效率，降低生产成本，传统包装生产线上通过人工搬运托盘、逐一放置的低效率、高劳动强度的生产模式已经不符合现今社会生产的需要，提供一种托盘自动分配装置、实现无人化操作的需求越来越紧迫。
托盘的材质主要有木材和工程塑料两种，有一次性使用托盘和循环使用托盘之分，我国木材资源匮乏，木材托盘成本较高，适宜载荷较大的场合使用，企业为了降低成本，往往回收木托盘重复使用，但木托盘存在变形，外形尺寸误差较大，需要人工整形修补；塑料托盘适宜载荷较轻的场合使用，使用后变形较小，适宜回收使用，而由于反复回收循环使用的托盘其尺寸变形误差较大。中国专利文献CN 103693451A提供了一种全自动托盘分配机，包括机架、水平链条输送机、顶升机构、托放机构，其中顶升机构固定在机架的下部，并与放置在机架内的托盘相对应，这种顶升式的托盘分配机对托盘的外形尺寸误差要求较为严格，故障率较高，且需要人工使用叉车在实际应用中具有较大的局限性。
因此，本领域技术人员需要提供一种安装便捷，运行稳定，占地面积小适用范围广泛且自动分配效率高的抓取式托盘自动分配装置。
发明内容
针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种安装便捷，运行稳定，占地面积小适用范围广泛且自动分配效率高的抓取式托盘自动分配装置。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种抓取式托盘自动分配装置，包括机架，所述机架底部设为便于固定的基座，该装置还包括升降机构、水平复合移动机构和抓取机构；所述升降机构安装在机架上，所述水平复合移动机构与所述升降机构相连并跟随升降机构上下移动，所述抓取机构安装在水平复合移动机构下侧。
优选的，所述升降机构包括构成升降配合的驱动装置与升降框架；所述驱动装置包括升降连接板，所述升降框架呈悬置状设置在所述升降连接板上。
优选的，所述驱动装置还包括设置在机架上的伺服电机与减速机；所述减速机的输出端连接有传动轴，所述传动轴的两端通过轴承穿设固定于机架上部；所述驱动装置还包括分设在传动轴两端的两个提升链轮，所述机架的下侧设置有分别与两个提升链轮相对应设置的两个从动轮，相对应的提升链轮和从动轮之间环绕有提升链条；所述升降连接板与两个提升链条固定联接在一起。
优选的，所述升降机构还包括使升降连接板稳定地上下移动的平稳导引机构，所述平稳导引机构包括固设在机架上的两根并行设置的导向光轴，还包括设置在升降连接板上的直线轴承，所述直线轴承分别穿设于两根导向光轴上。
优选的，所述水平复合移动机构包括轨道以及用于将轨道与升降框架固定联接在一起的固定框架；所述轨道的下侧设有与轨道构成相对平行移动的主框架，所述轨道上固定设置有驱动主框架平移的主框架动力部件；所述主框架的下侧设有与主框架构成相对平行移动的副框架，且所述主框架上固定设置有驱动副框架平移的副框架动力部件。
进一步的，所述主框架通过导向轮组件在轨道上相对平行移动，所述导向轮组件包括彼此配合以实现主框架在轨道上固定、限位、导向运行的承重导向轮组件、限位导向轮组件、安全导向轮组件，所述轨道上设有与所述限位导向轮组件相配合的挡块或凸起。
优选的，所述主框架动力部件为固设在轨道上的无杆滑台气缸；所述副框架动力部件为固设在主框架上的直线电机。
优选的，所述抓取机构由固设在副框架上的抓取机械手构成；所述抓取机械手包括定位整形组件和抓取爪手组件；所述定位整形组件对称设置在副框架的两侧，且每个定位整形组件均包括整形气缸与由整形气缸驱动的定位板；所述抓取爪手组件对称设置在副框架的另外两侧，且每个抓取爪手组件均包括夹紧气缸与由夹紧气缸驱动的抓取爪手；彼此对称设置的定位板以及彼此对称设置的抓取爪手所共同围成的区域与待抓取的托盘的形状相吻合。
进一步的，本装置还包括控制机构，所述控制机构包括PLC控制器以及电连接在PLC控制器输出端的便于人工操作的触摸屏；所述PLC控制器还与伺服电机驱动器、伺服电机制动器、直线电机以及光电开关电连接。
进一步的，所述抓取机械手上还设有测距光电传感器和光电开关，所述测距光电传感器和光电开关均与所述PLC控制器电连接。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明在机架上安装升降机构，同时在升降机构上安装水平复合移动机构和抓取机构。当成叠状的托盘送入到抓取工位后，本装置中的升降机构动作以使得抓取机构移动到抓取位置，然后抓取机构中的抓取机械手抓取处于最上部的一个托盘，而后水平复合移动机构和升降机构共同工作以使得抓取机构将此被抓取的托盘送到指定的用于码放工件的位置，此托盘码放完毕后，升降机构和水平复合移动机构再次动作以抓取下一个处于抓取工位最上部的托盘并再次送到指定的码垛工位，往复循环，以此实现本装置的自动分配功能。
本装置的这种升降机构、水平复合移动机构和抓取机构相互配合的结构，实现了将托盘上升、平移、下落至码垛处的循环转移过程，稳步地实现了有序分配托盘的目的，为高效率的自动分配提供了保证。
2)、本装置还可通过控制机构结合软件程序实现对升降机构、水平复合移动机构和抓取机构的自动化控制。当伺服电机及减速机带动传动轴转动以驱动提升链轮带动两根提升链条转动时，由于升降连接板与两根提升链条固定联接，且升降框架呈悬置状固定在升降连接板上，因此升降框架跟随升降连接板做升降运动；在上述升降过程中，首先，抓取机构的抓取机械手上设有测距光电传感器，通过感应抓取机械手在下降过程中与抓取工位中的余下托盘的高度，与此同时，PLC控制器通过伺服电机制动器与伺服电机驱动器控制伺服电机的转动方向和转速，从而实现升降框架的上升和下降以及精确定位，即保证升降框架在动作的起始和停止阶段低速运行，中间上升阶段和下降阶段高速运行，既能避免冲击，又能提高运行效率，做到在合适的距离使升降框架停止升降，然后控制抓取机构做出相应的抓取或放下的动作；此外，所述抓取机械手上还设有光电开关，在检测到抓取工位的托盘框内无托盘时，自动报警程序启动，开启联机自锁保护，做到无托盘不工作。
本发明中的控制机构提升了本装置的运行速度，并且实现了托盘码放的精准定位，显著提高了托盘的自动分配效率，并且在无托盘时不工作，有效降低了本装置的故障率，提高了工作效率。
3)、本发明中的副框架的尺寸与托盘尺寸相匹配，副框架下设有互相构成抓取配合的定位整形组件和抓取爪手组件；每个定位整形组件均包括整形气缸和由整形气缸驱动而摆动的定位板，所述定位整形组件对称分布在副框架的两侧，每边两套共四套，用于对待抓取的托盘进行整形定位，防止托盘滑动；每个抓取爪手组件均包括夹紧气缸和由夹紧气缸驱动而动作的抓取爪手，所述抓取爪手组件对称分布在副框架的另外两侧，每边两套共四套，保证了在抓取托盘的过程中，抓取爪手能顺利插入托盘的空隙，从而极大地提高了托盘的抓取效率，降低了因托盘下滑坠落而导致的故障率。同时，定位整形组件和抓取爪手组件此二者均可随副框架整体移动。
本装置中的这种通过整形气缸驱动定位板摆动以调整对托盘的抓取位置，然后利用夹紧气缸使处于副框架两侧的抓取抓手插入待抓取托盘的空隙中而将待抓取托盘紧紧地固定在机械抓取爪手的内部，可以适应各种规格和类型的托盘，对托盘的外形尺寸误差要求不高，具有普遍的适用性，且大大降低了企业成本。
4)、本发明升降机构的升降框架下侧安装有水平复合移动机构，此水平复合移动机构可以在升降框架上水平往复运动，水平复合移动机构的总的移动行程等于抓取工位与码垛工位之间的中心距离。水平复合移动机构中设置有轨道、主框架和副框架，其中轨道与升降框架固定联接，主框架与轨道相连接，副框架设置在主框架的下侧；工作时，主框架通过承重导向轮组件、限位导向轮组件、安全导向轮组件在轨道上水平移动，主框架的驱动动力为安装在轨道与固定框架上的无杆滑台气缸，通过调节无杆滑台气缸的缓冲及节流阀可以保证主框架的运行平稳；而副框架通过线性导轨副与主框架构成平移配合，副框架的驱动动力为与主框架固定联接在一起的直线电机，副框架在直线电机的驱动下沿线性导轨副在主框架下水平移动，用以实现当主框架到达两端限位位置时对设置在副框架下的抓取机械手的位置进行微调，确保抓取机械手能够对准托盘的位置，实现精确地抓取和落下，进一步提高本装置的可靠性。
5)、本装置因其成叠托盘可以通过辊道输送机送入，无需叉车直接操作，进而则可通过延长辊道放置多叠托盘，能够连续长时间利用辊道输送机自动输送托盘至抓取工位，在本装置取完一叠托盘后，下一叠托盘自动向前移动一个工位，从而极大地提高了工作效率；并且本装置结构紧凑，占地面积较小，对安装基础无特殊要求，应用较为方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明升降机构的结构示意图。
图3为本发明水平复合移动机构的主视结构示意图。
图4为为本发明水平复合移动机构的侧视结构示意图。
图5为本发明抓取机械手定位整形组件的结构示意图。
图6为本发明抓取机械手抓取爪手组件的结构示意图。
图中标记的含义如下：
1-机架 10-基座 2-升降机构 20-驱动装置
21-升降框架 22-导向光轴 23-直线轴承 200-伺服电机
201-减速机 202-传动轴 203-轴承 204-提升链轮
205-提升链条 206-从动轮组件 207-升降连接板
3-水平复合移动机构 30-轨道 300-固定框架 31-主框架
32-无杆滑台气缸 33-线性导轨副 34-副框架 35-直线电机
36-承重导向轮组件 5-托盘 37-限位导向轮组件
38-安全导向轮组件 4-抓取机构 40-定位整形组件
41-抓取爪手组件 400-整形气缸 401-定位板 410-抓取爪手
411-夹紧气缸 a-抓取工位 b-码垛工位
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。应当说明的是，本装置可结合软件程序达到自动化效率较高的工作、生产效率。
如图1所示，图示为一种抓取式托盘自动分配装置，包括机架1，所述机架1底部设为便于固定的基座10，该装置还包括升降机构2、水平复合移动机构3和抓取机构4；所述升降机构2安装在机架1上，所述水平复合移动机构3与所述升降机构2相连并跟随升降机构2上下移动，所述抓取机构4安装在水平复合移动机构3下侧。
如图2所示，所述升降机构2包括构成升降配合的驱动装置20与升降框架21；所述驱动装置包括升降连接板207，所述升降框架21呈悬置状设置在所述升降连接板207上。所述驱动装置还包括设置在机架1上的伺服电机200与减速机201，伺服电机200由伺服电机驱动器与伺服电机制动器协同控制；所述减速机201的输出端连接有传动轴202，所述传动轴202的两端通过带座轴承203穿设固定于机架1的上部；所述驱动装置还包括分设在传动轴202两端的两个提升链轮204，所述机架1的下侧设置有分别与两个提升链轮204相对应设置的两个从动轮206，相对应的提升链轮204和从动轮206之间环绕有提升链条205；所述升降连接板207与两个提升链条205固定联接在一起。
如图2所示，所述升降机构2还包括使升降连接板207稳定地上下移动的平稳导引机构，所述平稳导引机构包括固设在机架1上的两根并行设置的导向光轴22，还包括设置在升降连接板207上的直线轴承23，所述直线轴承23分别穿设于两根导向光轴22上。
如图3、4所示，所述水平复合移动机构3包括轨道30以及用于将轨道30与升降框架21固定联接在一起的固定框架300；所述轨道30的下侧设有与轨道30构成相对平行移动的主框架31，所述轨道30上固定设置有驱动主框架31平移的主框架动力部件；所述主框架31的下侧设有与主框架31构成相对平行移动的副框架34，且所述主框架31上固定设置有驱动副框架34平移的副框架动力部件。
轨道30和主框架31相对平移以及主框架31和副框架34相对平移，均可以通过滑动配合的方式予以实现。作为本实施例的优选方案，如图3、4所示，所述主框架31通过导向轮组件在轨道30上相对平行移动，所述导向轮组件包括彼此配合以实现主框架31在轨道30上固定、限位、导向运行的承重导向轮组件36、限位导向轮组件37、安全导向轮组件38，所述轨道30上设有与所述限位导向轮组件37相配合的挡块或凸起。
所述主框架动力部件和副框架动力部件可以采用液压部件或气动部件或步进电机，作为本实施例的优选方案，如图3、4所示，所述主框架动力部件为固设在轨道30上的无杆滑台气缸32；所述副框架动力部件为固设在主框架31上的直线电机35。
如图5、6所示，所述抓取机构4由固设在副框架34上的抓取机械手构成；所述抓取机械手包括定位整形组件40和抓取爪手组件41；所述定位整形组件40对称设置在副框架34的两侧，且每个定位整形组件均包括整形气缸400与由整形气缸400驱动的定位板401；所述抓取爪手组件41对称设置在副框架34的另外两侧，且每个抓取爪手组件41均包括夹紧气缸411与由夹紧气缸411驱动的抓取爪手410；彼此对称设置的定位板401以及彼此对称设置的抓取爪手410所共同围成的区域与待抓取的托盘的形状相吻合。
本装置还包括控制机构，控制机构包括PLC控制器以及电连接在PLC控制器输出端的便于人工操作的触摸屏；其中，PLC控制器还与伺服电机驱动器、伺服电机制动器、测距光电传感器、光电开关电以及直线电机连接，分别对伺服电机200的转向、伺服电机200的转速、抓取机械手到抓取工位中最上部一个托盘5的距离、对托盘框内是否还有托盘5进行检测以及驱动副框架平移作出相应的命令。
下面结合附图对本装置的工作过程作进一步的说明。
首先，水平复合移动机构3与升降机构2中的升降框架21均处在机架1上部的水平位置，抓取机构4处在水平复合移动机构3的靠近抓取工位a的一端，在PLC控制器中软件程序的控制下，利用设置在抓取机械手上的测距光电传感器检测抓取工位a处的最上部的一个托盘5到抓取机械手的距离，PLC控制器根据此距离控制调节伺服电机200在下降过程中的转速，在起始和停止阶段低速运行，中间下降阶段则高速运行，既避免了对托盘5造成过大的冲击力，而提高了运行效率；当抓取机构4降低到抓取工位a处的最上部的托盘5处的位置时，首先通过定位整形组件40中的整形气缸400驱动定位板401向内侧摆动，由于分处在副框架34两侧的定位板401相向摆动，从而两相对设置的定位板401确定了待抓取托盘5的位置，防止了待抓取托盘5滑动，然后抓取爪手组件41中的夹紧气缸411驱动抓取爪手410插入待抓取托盘5的空部，由此定位整形组件40协同抓取爪手组件41抓取了处于抓取工位a最上部的一个托盘5。
当托盘5被抓取以后，PLC控制器驱动伺服电机200动作将水平复合移动机构3先提升至设定高度，然后无杆滑台气缸32驱动主框架31动作，直线电机35驱动副框架34动作，将已被抓取的托盘5移动至码垛工位b的上部，然后PLC控制器再次利用设置在抓取机械手上的测距光电传感器检测码垛工位b处的最上部的一个托盘5到抓取机械手的距离，PLC控制器根据测得的距离驱动伺服电机200动作将水平复合移动机构3下降至设定高度，待降低到最低位时，松开抓取机械手，即将托盘5跺放至码垛工位b；然后水平复合移动机构3再升高到最高位，再水平移动至抓取工位，下降到合适高度取下一个托盘，如此循环工作。
其中，水平复合移动机构3安装在升降机构2的轨道30上，可以在轨道30上水平往复运动，水平复合移动机构3中副框架34的总的移动行程等于抓取工位a与码垛工位b之间的中心距离。水平复合移动机构3中的主框架31通过承重导向轮组件36、限位导向轮组件37、安全导向轮组件38在轨道30上水平移动，动力为安装在轨道30上的无杆滑台气缸32，可以通过调节无杆滑台气缸32的缓冲及节流阀以保证主框架31的运行平稳。副框架34则通过直线电机35沿线性导轨副33在主框架31下水平移动，用以实现当主框架31到达两端时对副框架34下的抓取机械手的位置进行微调，以对准托盘5的位置，实现精确的抓取和落下。因而，安装在副框架34上的抓取机械手移动的总行程为主框架31在无杆滑台气缸32驱动下的行程加上副框架34在直线电机35驱动下的运动行程。
此外，本装置因其成叠托盘可以通过辊道输送机送入，无需叉车直接操作，可通过延长辊道放置多叠托盘，在取完一叠托盘后下一叠托盘自动向前移动一个工位，提高工作效率。
Claims (7)
1.一种抓取式托盘自动分配装置，包括机架(1)，所述机架(1)底部设为便于固定的基座(10)，其特征在于：该装置还包括升降机构(2)、水平复合移动机构(3)和抓取机构(4)；所述升降机构(2)安装在机架(1)上，所述水平复合移动机构(3)与所述升降机构(2)相连并跟随升降机构(2)上下移动，所述抓取机构(4)安装在水平复合移动机构(3)下侧；
所述升降机构(2)包括构成升降配合的驱动装置(20)与升降框架(21)；所述驱动装置包括升降连接板(207)，所述升降框架(21)呈悬置状设置在所述升降连接板(207)上；
所述驱动装置还包括设置在机架(1)上的伺服电机(200)与减速机(201)；所述减速机(201)的输出端连接有传动轴(202)，所述传动轴(202)的两端通过轴承(203)穿设固定于机架(1)上部；所述驱动装置还包括分设在传动轴(202)两端的两个提升链轮(204)，所述机架(1)的下侧设置有分别与两个提升链轮(204)相对应设置的两个从动轮(206)，相对应的提升链轮(204)和从动轮(206)之间环绕有提升链条(205)；所述升降连接板(207)与两个提升链条(205)固定联接在一起；
所述水平复合移动机构(3)包括轨道(30)以及用于将轨道(30)与升降框架(21)固定联接在一起的固定框架(300)；所述轨道(30)的下侧设有与轨道(30)构成相对平行移动的主框架(31)，所述轨道(30)上固定设置有驱动主框架(31)平移的主框架动力部件；所述主框架(31)的下侧设有与主框架(31)构成相对平行移动的副框架(34)，且所述主框架(31)上固定设置有驱动副框架(34)平移的副框架动力部件。
2.根据权利要求1所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：所述升降机构(2)还包括使升降连接板(207)稳定地上下移动的平稳导引机构，所述平稳导引机构包括固设在机架(1)上的两根并行设置的导向光轴(22)，还包括设置在升降连接板(207)上的直线轴承(23)，所述直线轴承(23)分别穿设于两根导向光轴(22)上。
3.根据权利要求1所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：所述主框架(31)通过导向轮组件在轨道(30)上相对平行移动，所述导向轮组件包括彼此配合以实现主框架(31)在轨道(30)上固定、限位、导向运行的承重导向轮组件(36)、限位导向轮组件(37)、安全导向轮组件(38)，所述轨道(30)上设有与所述限位导向轮组件(37)相配合的挡块或凸起。
4.根据权利要求1或3所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：所述主框架动力部件为固设在轨道(30)上的无杆滑台气缸(32)；所述副框架动力部件为固设在主框架(31)上的直线电机(35)。
5.根据权利要求1所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：所述抓取机构(4)由固设在副框架(34)上的抓取机械手构成；所述抓取机械手包括定位整形组件(40)和抓取爪手组件(41)；所述定位整形组件(40)对称设置在副框架(34)的两侧，且每个定位整形组件均包括整形气缸(400)与由整形气缸(400)驱动的定位板(401)；所述抓取爪手组件(41)对称设置在副框架(34)的另外两侧，且每个抓取爪手组件(41)均包括夹紧气缸(411)与由夹紧气缸(411)驱动的抓取爪手(410)；彼此对称设置的定位板(401)以及彼此对称设置的抓取爪手(410)所共同围成的区域与待抓取的托盘的形状相吻合。
6.根据权利要求5所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：本装置还包括控制机构，所述控制机构包括PLC控制器以及电连接在PLC控制器输出端的便于人工操作的触摸屏；所述PLC控制器还与伺服电机驱动器、伺服电机制动器、直线电机(35)以及光电开关电连接。
7.根据权利要求6所述的一种抓取式托盘自动分配装置，其特征在于：所述抓取机械手上还设有测距光电传感器和光电开关，所述测距光电传感器和光电开关均与所述PLC控制器电连接。
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