CN104843409B - 一种适用于smd可扩展智能仓储系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法，包括能实现多个SMD料盘同时存入、取出的功能；具有RFID读写器及条码扫描双重管理识别系统，实现料盘的识别、扫描、信息录入；全自动化管理、存取料，库存信息自动化收集，有效降低库存管理的成本；提供存储量大、密闭性好、存储环境优良的存储空间；扩展性较强，每单元由多个料盘架组成，每单元都具有扩展接口，以便扩充仓库规模。通过本发明，能够高效率地实现SMD料盘的智能化存储和管理，极大地节约人力、物力成本。

Description

一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法

技术领域

本发明属于SMD储存设备相关领域，更具体地，涉及一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法。

背景技术

表面贴装元件(Surface Mounted Devices，也即SMD)作为表面贴装技术元器件中的一种，主要包括片式晶体管和集成电路等形式。在电子线路板生产的初级阶段，过孔装配完全由人工来完成；首批自动化机器推出后，它们可放置一些简单的引脚元件，但是复杂的元件仍需要手工放置方可进行波峰焊。大约二十年前，推出了表面贴装元件，并就此开创了一个新纪元。从无源元件到有源元件和集成电路，最终都变成了表面贴装元件并可通过拾放设备进行装配。

SMD通常存储在卷带上，卷带绕在专门的支撑料盘上，封装好的SMD料盘呈盘状。SMD元件由于尺寸小、种类多、管理难等特点，对SMD仓储系统提出了较高的要求：一方面，仓储系统既要保证料盘能够高效率地存取，又要保证能够准确地识别各种型号的料盘；另一方面，还要保证提供洁净、防氧化、防静电的存储环境等。

现有技术中已经提出了一些适用于SMD的仓储方案，例如，CN201420592840.7提出了一种SMT物料货架，CN200720046571.4提出了一种SMD器件排列分选叠装装置，等等。这些现有设备的结构和控制方法各不相同，但共同存在的缺陷主要包括：第一，每次仅能存储或取出一盘料盘，导致存取效率不高，而且在多单元扩展性方面做得不够；第二，对多料盘的控制或管理不够智能和系统化，尤其是存储空间偏小、结构复杂，同时存在存储环境不达标等问题；第三、对多料盘的操作同步性不足，相应导致SMD整体存储输送过程中的控制精度往往难于令人满意。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法，其中通过对SMD料盘和料盒在存取料操作过程中的各个步骤进行系统化控制，相应能够以便于操控、高精度的方式实现对现有SMD仓库中多料盘的同步监控和自动存取功能，同时具备存取效率高、识别准确、多单元扩展性强等多个优点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法，其特征在于，该仓储系统包括检测区组件、输送带组件、存料架组件、料盒组件以及机械手组件，其中所述检测区组件与所述输送带组件通过水平传送带彼此相连，在该水平传送带下方设置有料盘传感器，并在检测位的上部设置有料盘RFID读写器和料盘条码扫描器；所述存料架组件设置在所述输送带组件后侧与其相连，并呈现被划分成多个料仓形式的立式框架机构；所述料盒组件包括多个依序排列的料盒，所述料盒经由转动链组件可循环转动地安装在各个料仓中，并且各个料盒的两侧分别具有可开启的前门和后门，其外侧贴装有包含其位置坐标信息的识别牌；所述机械手组件则设置在所述输送带组件与所述存料架组件之间，并用于执行存取料的操作动作。

对于将料盘存放至料盒的存料过程，其包括以下步骤：

(1)将需要存放的料盘放置在所述水平传送带上，经由所述料盘传感器确认其已经放入后输送至检测位，所述RFID读写器和料盘条码扫描器则对此料盘的相关信息进行读取，然后为此料盘分配存储位置。

(2)所述输送带组件继续将料盘运送至料盘出入口位置，并经由设置在此处的工位传感器判定料盘已到达指定工位且予以计数处理，然后由位于该指定工位处的挡板阻挡料盘继续前进；与此同时，此料盘应存入的对应料盒在料仓中开始转动，并通过对其识别牌的检测来确认其已到达与所述料盘出入口相对应的料仓出入口。

(3)通过所述机械手组件将所述料盘经由所述前门推入至料盒内部，由此完成存料过程。

对于将料盘从料盒取出的取料过程，其包括以下步骤：

(a)输入需要取出的料盘信息，搜寻获得该料盘的存储位置，由此相应确定待执行取料操作的料盒。

(b)使步骤(a)所确定的料盒在料仓中转动，并通过对其识别牌的检测来确认料盒已到达料仓出入口。

(c)所述工位传感器检测所述料盘出入口位置处是否存在料盘并执行以下操作：若已存在料盘，则通过所述输送带组件将其送走；若不存在料盘，则通过所述机械手组件推开所述后门，将待取出的料盘从料盒内部继续经由所述前门推出，并使其沿着所述输送带组件送走，由此完成存料过程。

作为进一步优选地，设料盘的型号编号为N_i，料盒的位置编号为M_j，型号为N_i的料盘所对应的使用频率为F_i，各存储位置也即各料盒所对应的存取时间为T_j，i＝1,2,3,...,p，j＝1,2,3,...,q；上述存取料过程优选通过以下算法执行进一步优选处理：

当所述仓储系统处于工作状态时，将各个料盘按照其使用频率从大到小排序，并获得其升序排序函数A(F_i，N_i)。同时将各个料盒按照其存取时间从小到大排序，并获得其降序排序函数D(T_j，M_j)。结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率高的料盘被分配至存取时间短的料盒之中。

而当所述仓储系统处于空闲状态时，结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率低的料盘被分配至存取时间长的料盒，从而提高整个仓储系统的工作效率。

作为进一步优选地，各个料盒分别包括料盒外壳、分设在料盒外壳左右两侧的所述前门和所述后门、贴合在料盒外壳外侧且包含有料盒位置坐标信息的所述识别牌、分别用于将所述前门和所述后门可转动开启地铰接在料盒外壳上的第一弹簧铰链和第二弹簧铰链，以及安装在所述前门与料盒外壳之间防止前门开启的C型锁销；

与此相对应地，所述机械手组件包括触开杆、取料机械手和存料机械手，其中触开杆处于所述前门一侧，用于操作所述C型锁销以解除对前门的约束；存料机械手同样设置在所述前门一侧，并用于在所述C型锁销解除对前门的约束之后，推开前门且将待存入的料盘送入至料盒内部；取料机械手设置在所述后门一侧，并在所述C型锁销解除对前门的约束之后，推开后门并将待取出的料盘从料盒内部继续经由所述前门推出。

作为进一步优选地，所述取料机械手和存料机械手的结构相类似，它们均包括水平设置的圆弧型推手、与圆弧型推手的中央水平相连且呈铰链形式的行程放大机构、经由竖直连接杆与该行程放大机构相联接的直线轴承，以及与该直线轴承水平相联以提供驱动输出的气缸。此外，所述行程放大机构由多根杆共同组成铰链结构，并且各根杆的相连处由带有球形帽的铆钉相连。以此方式，所述取料机械手和存料机械手与其作用面之间以多点接触的方式相接触。

作为进一步优选地，所述料仓彼此独立，且各自由单独的电机控制，由此实现无相互干扰的同步工作。

作为进一步优选地，所述料仓优选以三个料仓架作为一个单元，各个单元被划分与料仓架分别相对应的三个工位。此外，各个单元分别设有可扩展的机械接口和电气接口，由此可实现多单元的扩展。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过对其存取料的操作过程进行设计和控制，相应能够实现对料盘在水平方向上的输送和定位，并经由挡板独立控制定位，易实现多工位彼此无干扰的同时工作；与此同时，还能够实现对料仓架料盒位置的准确、高效调整，各个料仓可独立运动，合理利用了其空间机构，并易实现多个料仓的同时进出料盒。

2、通过对存取料过程基于使用频率和存取动作所耗费时间来设计其优化算法，测试表明能够进一步提高整个控制过程的效率，显著提高了大批量运用时的适用性；

3、按照本发明的控制方法整体智能化程度高，并能准确、高效地执行对料盘和料盒及其位置状态的识别检测。此外，各个料仓彼此作为独立单元，同时提供有可扩展的对接结构，由此实现了良好的扩展性能。

附图说明

图1是按照本发明的控制方法的整体工艺流程示意图；

图2a是按照本发明的用于SMD可扩展智能仓储系统的存料过程控制流程图；

图2b是按照本发明的用于SMD可扩展智能仓储系统的取料过程控制流程图；

图3是按照本发明优选实施例的控制系统的整体构造示意图；

图4是图1中所示存料过程的控制原理图；

图5是图2中所示取料过程的控制原理图；

图6是按照本发明优选实施例所构建的面向SMD的可扩展智能仓储系统的整体三维结构示意图；

图7是图6中所示料盒组件中各个料盒的立体结构示意图；

图8是图7中所示C型锁销及相关元件的放大示意图

图9是图6中所示料盒组件和转动链组件完成组装之后的立体结构示意图；

图10是图6中所示检测区组件的整体结构示意图；

图11是图6中所示存料架组件的整体结构示意图；

图12是图11中所示存料架组件的各组成单元的主体结构及局部放大示意图；

图13是按照本发明一个优选实施例的机械手组件的整体结构示意图；

图14是图6中所示输送带组件的整体结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

11-第一安装板，12-第二安装板，13-第三安装板，14-外壳门，15-第四安装板，16-第五安装板，17-第一扩展口，18-第二扩展口，19-氮气喷口；20-料盒组件，21-料盒外壳，22-后门，23-第二弹簧铰链，24-钢珠滚轮，25-带齿夹板，26-识别牌，27-前门，28-第一弹簧铰链,291-C型锁销，291a-触开杆作用面，292-扭簧,293-锁销安装座；30-转动链组件，31-第一同步带，32-第二同步带，33-带轮，34-第二带轮轴，35-齿型V带，36-第一带轮轴；40-检测区组件，41-人机交互部件，42-读写器，43-承载箱，44-第二连接口，45-传感器，46-检测盒模块，461-限高门，462-限高门锁，463-检测盒体，464-第一连接口,47-输送带组件，48-RFID读写器，49-条码读头；50-存料架组件，51-滚轮轨道，52-机架，531-传感器，532-触开杆，533-第一安装板，54-第二安装板，55-第三安装板，56-底板，57-检测模块，571-RFID读写器，572-条码读头，573-传感器，574-检测支架；60-机械手组件，61-行程放大机构，62-圆弧形推手，63-连接杆，64-气缸，65-直线轴承，66-轴承座；70-输送带组件，71-第一输送带，72-防偏弹性挡板，73-驱动模块，74-输送带安装架，75-离子风棒，76-挡销，77-第二输送带，78-带轮,80-控制系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明的控制方法的整体工艺流程示意图。如图1中所示，该仓储系统主要包括检测区组件、输送带组件、存料架组件、料盒组件以及机械手组件等，其中检测区组件与输送带组件通过水平传送带彼此相连，在该水平传送带下方设置有料盘传感器，并在检测位的上部设置有料盘RFID读写器和料盘条码扫描器。存料架组件设置在所述输送带组件后侧与其相连，并呈现被划分成多个料仓形式的立式框架机构。料盒组件包括多个依序排列的料盒，其经由转动链组件可循环转动地安装在各个料仓中，并且各个料盒的两侧分别具有可开启的前门和后门，其外侧贴装有包含其位置坐标信息的识别牌。机械手组件则设置在所述输送带组件与所述存料架组件之间，并用于执行存取料的操作动作。

对于将料盘存放至料盒的存料过程，其包括以下步骤：

(1)将需要存放的料盘放置在所述水平传送带上，经由所述料盘传感器确认其已经放入后输送至检测位，所述RFID读写器和料盘条码扫描器则对此料盘的相关信息进行读取，然后为此料盘分配存储位置。

(2)所述输送带组件继续将料盘运送至料盘出入口位置，并经由设置在此处的工位传感器判定料盘已到达指定工位且予以计数处理，然后由位于该指定工位处的挡板阻挡料盘继续前进。与此同时，此料盘应存入的对应料盒在料仓中开始正向转动，优选沿最短路径方向转动，并通过对其识别牌的检测来确认其已到达与所述料盘出入口相对应的料仓出入口。

(3)通过所述机械手组件将所述料盘经由所述前门推入至料盒内部，由此完成存料过程。

对于将料盘从料盒取出的取料过程，其包括以下步骤：

(a)输入需要取出的料盘信息，搜寻获得该料盘的存储位置，由此相应确定待执行取料操作的料盒。

(b)使步骤(a)所确定的料盒在料仓中反向转动，优选沿最短路径方向转动，并通过对其识别牌的检测来确认料盒已到达料仓出入口。

(c)所述工位传感器检测所述料盘出入口位置处是否存在料盘并执行以下操作：若已存在料盘，则通过所述输送带组件将其送走；若不存在料盘，则通过所述机械手组件推开所述后门，将待取出的料盘从料盒内部继续经由所述前门推出，并使其沿着所述输送带组件送走，由此完成存料过程。

图2a和2b是按照本发明的用于SMD可扩展智能仓储系统的存、取料过程控制流程图。下面将参照图2a和图2b来更为具体地予以说明。

参见图2a，对于存料过程，具体包括以下操作过程：

第一、检测料盘、分配存储位置。将所需存储的料盘放在检测区提供的相应传送带位置上，传送带下方的传感器检测到有料盘放入，检测区传送带的驱动电机启动，将料盘送入检测位并停止。其中，应该保证放入料盘的RFID标签和条码朝向上面，确保能够被扫描到。

检测位的上部安装有RFID读写器和条码扫描器，停止在检测位的料盘经过扫描后，系统判断该料盘是否扫描成功。如是，则传送带电机再次启动，传送带将料盘送入存料传送带；如不是，则重新扫描。扫描成功后，系统分配具体存储位置。

第二、料盘输送、定位，料盒位置调整。料仓传送带接收由检测区送来的料盘后，开始运送料盘到达指定存储位置。其中，在每个料盘出入口旁边，位于传送带内侧处，安装有工位传感器，料盘经过时计数，并反馈给系统。

系统接收工位传感器的反馈信息后，判断料盘是否处于指定工位，当料盘到达指定工位后，位于指定工位处的挡板在气缸的作用下升起，挡住料盘继续前进。同时位于指定工位前一工位的传感器也能够接受信号，判断所需存储的料盘后面是否跟随有料盘。如有，则前一工位的挡板升起以阻止料盘与所需存储的料盘碰撞。依次类推，判断再前一工位是否跟随有料盘，并判断是否升起挡板。

同时地，料盘应存入的对应料仓开始转动，料仓转动的过程中，每个料盒上的RFID标签被料仓内的RFID读写器识别，通过料仓架位置传感器反馈的信号判断相应料盒是否到达料仓出入口。如果到达，则料仓停止转动，否则料仓继续运动。

第三、料盘输入料盒。料盘在传送带上到达指定位置后，系统应判断指定料盒是否到达料仓的出入口。如是，则料盒拨杆由旋转气缸带动旋转一定角度，将料盒门上的C型锁机构压平，保证料盒门能够开合。然后，入料机械手由气缸驱动，经一行程放大机构，将传送带上的料盘推入指定存储的料盒中，拨杆复位，完成存料过程。如不是，则应等待指定料盒到达料仓出入口，再执行上述动作。

如图2b中所示，对于取料构成，具体包括以下操作：

第一、料盘型号输入。在人机交互界面上输入所需取的料盘型号，。系统搜寻所需料盘的存储位置。

第二、料盒位置调整。料仓传送带开始反向运动，相应存储位置的料仓开始转动。同时地，料仓转动的过程中，每个料盒上的RFID标签被料仓内的RFID读写器识别，通过传感器反馈的信号判断相应料盒是否到达料仓出入口。如果到达，则料仓停止转动，否则料仓继续运动。

第三、料盘输入料盒。相应料仓出入口旁的工位传感器检测出口传送带上是否有料盘。如有，则该位置的挡板升起，阻止后面的料盘送出。该工位传感器持续检测该工位是否有料盘，直到占用该工位的料盘送走后。满足料盘送出条件后，料盒拨杆由旋转气缸带动旋转一定角度，将料盒门上的C型锁机构压平，保证料盒门能够开合。然后，料机械手由气缸驱动，经一行程放大机构，将传送带上的料盘推入指定存储的料盒中，拨杆复位，传送带将取出的料盘送出，完成出料过程。

通过以上设计，料盘的输送、定位采用传送带输送，多挡板独立控制定位，易实现多工位同时工作。料盘的输送、定位控制系统结构如同以下将具体解释地，可包括传送带、工位传感器、挡板、挡板驱动气缸。料盘由传送带输送，逐次经过各工位传感器，每经过一个工位传感器时向系统反馈该位置数值，系统鉴别该值是否达到预设位置值，达到后说明料盘已经到达指定位置，再将该工位的挡板升起。随后，系统根据该工位的前一工位传感器是否有信号输入来判定前一工位是否有料盘，从而判定前一工位是否需要升起挡板。由于每个工位都具有挡板机构，且每个挡板都是独立控制，因而可以较好的起到隔离料盘的效果，保证多工位之间无干扰。

此外，在本发明中，单个料仓可独立运动，易实现多个料仓同时进出料盘。料盒固定在同步带上，同步带通过同步带轮由伺服电机带动，料盒随着同步带转动而转动，位于料仓出入口的位置传感器反馈信号反映指定料盒的位置，作为电机控制的输入信号。当位置传感器反馈信号达到预设值时，说明指定料盒到达出入口，触发电机停止，实现料盒的位置控制。同步带带动料盒运动时，通过工控机控制电机转向，使指定料盒始终沿着最短路径到达出入口。每个料仓都由单独的电机控制，料仓之间运动独立，无相互干扰，可提高存取料盘效率。

按照本发明的一个优选实施方式，料仓具有良好的扩展性，料仓结构优选以三个料仓架为一个单元，一个单元分为三个工位，分别是工位1、工位2、工位3，每个工位对应一个料仓架，料仓可多个单元扩充，即S＝Σ(G₁₁，G₁₂，G₁₃，G₂₁，G₂₂，G₂₃……)，G_xy表示X号料仓工位Y。

此外，多个单元的衔接设有专门的机械、电气接口，多个单元料仓传送带由一个电机驱动，多个工位控制方式和一个料仓的三个工位控制类似，各部件的协调动作方式不变，各料仓各工位的工作具有独立性，可实现多工位同时工作。

按照本发明的另一优选实施方式，设料盘的型号编号为N_i，料盒的位置编号为M_j，型号为N_i的料盘所对应的使用频率为F_i，各存储位置也即各料盒所对应的存取时间为T_j，i＝1,2,3,...,p，j＝1,2,3,...,q；上述存取料过程优选通过以下算法执行进一步优选处理：

当所述仓储系统处于工作状态时，将各个料盘按照其使用频率从大到小排序，并获得其升序排序函数A(F_i，N_i)；同时将各个料盒按照其存取时间从小到大排序，并获得其降序排序函数D(T_j，M_j)；结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率高的料盘被分配至存取时间短的料盒之中；而当所述仓储系统处于空闲状态时，结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率低的料盘被分配至存取时间长的料盒，从而提高整个仓储系统的工作效率。

图3是按照本发明优选实施例的控制系统的整体构造示意图。如图3中所示，所示为一个单元的控制系统构造，譬如可包括5个运动控制轴，分别是检测传动轴、料仓传送轴、三个工位料仓驱动轴。检测区有检测传感器、RFID读写器和条码读写器。料盘位置譬如控制有三个工位检测传感器和三个工位挡板驱动气缸。三个料仓还有各自的RFID读写器、料盒定位传感器。料盘输入输出控制有三个工位的机械手输入、输出气缸、拨杆气缸。

图4是图1中所示存料过程的控制原理图。如图4中所示，存料过程的控制方法主要包括以下步骤：

第一步骤，检测料盘、分配存储位置。检测传感器检测到有料盘放入，将所需存储的料盘放在检测区提供的相应传送带位置上，传送带下方的传感器检测到有料盘放入，输出信号I。检测区传送带的驱动电机接收信号并启动，电机编码器反馈料盘位置信息，构成闭环控制。输送一定距离后，将料盘送入检测位并停止。进入检测位的料盘开始进行检测。检测位的上部安装有RFID读写器和条码扫描器(其中，应该保证放入料盘的RFID标签和条码朝向上面，确保能够被扫描到)，停止在检测位的料盘经过扫描后，系统判断该料盘是否扫描成功。如是，则传送带电机再次启动，传送带将料盘送入料仓传送带；如不是，则重新扫描。扫描成功后，计算机分配具体存储位置信息，包括输入工位X(假设工位为X，X＝1，2，3,…)，存储料盒位置。

第二步骤，料盘送入工位，料盒位置调整。料仓传送带接收由检测区送来的料盘后，开始运送料盘到达指定存储工位。其中，在每个工位X(位于传送带内侧处)安装有传感器。料盘运送过程中，每经过一个工位的传感器时，该工位的传感器输出料盘当前位置信息Px。

系统判定料盘到达指定工位X后，即Px满足条件值时，向气缸控制器发出指令，位于指定工位处的挡板在气缸的作用下升起，挡住料盘继续前进，同时向系统发出信号Dx。指定工位前一工位的传感器也能够发出信号，判断所需存储的料盘后面是否有料盘跟随。如有，则前一工位的挡板以相同方式升起，用来阻挡料盘，保证不与所需存储的料盘碰撞。依次类推，判断再前一位置是否跟随有料盘，并判断是否升起挡板。

在料盘传送的同时，料仓转动使指定存入的料盒到达出入口。工控机接收料盘标签识别结果后，确定料盘存入工位X料仓，并向工位X料仓电机发送运动指令，料仓电机驱动料盒链运动。料仓运动过程中，每个料盒上的RFID标签被料仓内的RFID读写器识别，标签的识别结果只是作为料盒的ID。同时，出入口位置的料盒定位传感器反馈的信号Cx反映指定料盒的位置，当指定料盒到达料仓出入口时料仓，Cx满足条件值，系统向料仓架X传动轴控制器发出指令，控制料仓驱动电机停止转动。

第三步骤，料盘送入料盒。当工位X挡板气缸反馈信息Dx和料盒定位传感器反馈信号Cx满足条件值时，说明料盘在料仓传送带上到达指定工位X以及指定料盒到达料仓的出入口，并可以开始执行料盘输入动作。由工控机发出指令，通过气缸控制器，工位X拨杆执行气缸旋转一定角度，将料盒门上的C型锁机构压平，保证料盒门能够开合。然后，根据拨杆执行气缸的反馈信号Bx判断是否执行到位，再将此信号作为工位X输入机械手气缸的输入信号，随后工位X输入机械手气缸动作，经一行程放大机构，将传送带上的料盘推入指定存储的料盒中。此后，再控制工位X料盒拨杆旋转气缸复位，完成存料过程。

图5是图2中所示取料过程的控制原理图。如图5中所示，取料过程的控制方法主要包括以下步骤：

第一步骤，在计算机上输入所需取的料盘型号N，系统搜寻所需料盘的存储位置并确定工位X和料盒标签信息。

第二步骤，由工控机发出指令，使料仓传送带驱动电机反转，传送带开始反向运动。此处反向运动是相对于存料过程中传送带的运动方向，其目的是使料盘反向运动，从检测口输出。同时，工控机向工位X料仓电机发送运动指令，料仓电机驱动料盒链运动。料仓运动过程中，每个料盒上的RFID标签被料仓内的RFID读写器识别。同时，出入口位置的料盒定位传感器反馈的信号Cx反映指定料盒的位置，当指定料盒到达料仓出入口时，Cx满足条件值，料仓停止转动。

第三步骤，检测工位X出入口处是否满足出料条件。工位X出入口旁的工位X传感器反馈信号能够反映该工位传送带上是否有料盘。如有，系统发出信号，经气缸控制器，控制该工位的气缸动作，该工位挡板升起，阻止后面的料盘送出。传感器持续检测该工位是否有料盘，直到占用该位置的料盘送走。

当工位X位置传感器反馈信息Px和料盒定位传感器反馈信号Cx满足条件值时，说明指定料盒到达料仓X的出入口，并可以开始执行料盘输处动作。由工控机发出指令，通过气缸控制器，工位X拨杆执行气缸旋转一定角度，将料盒门上的C型锁机构压平，保证料盒门能够开合。然后，根据拨杆执行气缸的反馈信号Bx判断是否执行到位，再将此信号作为工位X输出机械手气缸的输入信号，随后工位X输出机械手气缸动作，经一行程放大机构，将料盒中的料盘推出料仓传送带上。此后，再控制工位X料盒拨杆旋转气缸复位，料盘随传送带送出，完成出料过程。

图6是按照本发明优选实施方式所构建的面向SMD的可扩展智能仓储系统的整体三维结构示意图。如图6中所示，按照本发明的可扩展智能仓储系统主要包括存料架组件50、料盒组件20、机械手组件60、输送带组件70以及检测区组件40等，此外还可包括用于将上述组件封闭在其内部的外壳组件，以及用于对整个系统实现电气控制的控制系统80等。

其总体安装布局可描述为：所述的外壳组件是整个仓库的包装；所述的检测组件40是进行料盘信息的读取、录入以及查找，譬如位于整个仓库的最外侧；所述的输送带组件70位于检测组件之后，进行存、取料盘的输入及输出；所述的机械推手组件60包括取料机械手60a与存料机械手60b等，其分别位于每个机架对应的内、外侧，实现了料盘推入或者推出的动作；所述的存料架组件50实现了料盒带轮、皮带、滚轮轨道、料盒等零件的安装，位于输送带组件侧边，每个单元包括多个存料架，可进行自由扩展；所述的转动链组件30位于存料架组件的内侧，实现料盒的安装与转动；所述的料盒组件20用于料盘的存入、保护，多个料盒依次安装在存料架上的皮带上；所述的控制系统80(包括电控、气路控制等)则譬如位于输送带组件的下方，并用于对整个设备进行控制。

下面将参照附图对以上关键组件逐一进行更为具体的解释和说明。

首先参见图11和图12，所述存料架组件50整体呈立式的机架结构，并譬如通过作为基本支撑架的机架52被划分为多个构造相同的存料库；各个存料库各自包括沿着竖直方向设置、并用于供料盒组件中的钢珠滚轮24运动的滚轮轨道51，设置在下部的第一安装板533、第二安装板54和底板56，以及第三安装板55等。

其中，第一安装板533实现了作用在前门C型锁销的触开杆532、检测输送带上料盘的传感器531与作用在输送带外侧的存料机械手60b的安装，第二安装板54实现了作用在料盒内侧的取料机械手60a的安装，第三安装板55实现了电机轴等的安装，另外底板56实现了存料架组件与输送带组件的连接与电路气路控制装置等零件的安装。此外，在底板56上还安装有检测模块57，其上优选安装有RFID读写器571、条码读头572、传感器573与用于安装的检测支架574，由此实现对料盒识别牌26的识别与相应的料盒停在存取料工位的检测。此外，为了去除存储仓库里的静电，还可以安装有如图所示的离子风棒58等。

参见图7和8，作为本发明的另一关键组件，所述料盒组件20包括一系列依序排列的料盒，并通过转动链组件30实现在所述滚轮轨道51上循环输送；各个料盒分别包括料盒外壳21、分设在料盒外壳左右两侧的前门27和后门22、贴合在料盒外壳外侧且包含有料盒位置坐标信息的识别牌26、分别用于将前门27和后门22可转动开启地铰接在料盒外壳21上的第一弹簧铰链28和第二弹簧铰链23、安装在后门22一侧用于在所述滚珠轨道51执行输送运动的钢珠滚轮24，以及安装在前门27与料盒外壳21之间防止前门开启的C型锁销29等。

如图7所示的优选实施例所示范性所示地，该料盘20譬如包括料盒外壳21、后门22、连接后门与外壳的第二弹簧铰链23、外壳后端对角侧安装的钢珠滚轮24、通过螺栓将料盒组件与转动链组件连接并使料盒在仓库内随同步带一起转动的带齿夹板25、识别牌26、前门27、前门第一弹簧铰链28、C型锁销291，同时作用在C型锁销的扭簧292、锁销安装座293。按照本发明的上述料盘组件在存料架上平时是封闭的，能避免料盘在仓库存储时沾满灰尘。而前后门的设计能实现在存放料操作时，其在机械手的作用下顺利打开，而其他时候在弹簧力的作用下为锁紧关闭的状态，确保在整个皮带运动时候料盘可靠地储存在料盒中。

更具体而言，取料时候，相应信号驱动触开杆532作用于面291a，拨动前门锁销291，使前门C型锁销水平，前门变成自由铰接状态，取料机械手60a推动带第二弹簧铰链23的后门22开启，接着推动前门27开启，即可实现料盘的推出，机械手撤回后，触开杆脱离作用面，C型锁销在扭簧292作用下恢复竖直状态，拥有导向斜面的锁销使前门竖直并锁住前门，后门也在弹簧力作用下竖直锁紧；存料时候，同样地，相应信号驱动触开杆532作用于面291a，拨动前门锁销291，使前门C型锁销水平，前门变成自由铰接状态，存料机械手60b将前门推开，将料盘推入料盒，机械手撤回后，触开杆脱离作用面，C型锁销在扭簧作用下恢复竖直状态，拥有导向斜面的锁销使前门竖直并锁住前门。

此外，上述料盒组件譬如可在料盒外壳后端对角侧设置有两个钢珠滚轮24，由此与上述的存料架组件上安装的滚轮轨道51进行配合，可避免因料盒重量造成皮带弹性变形使得料盒整体倾斜、出口不水平问题，相应保证料盒位置的水平性及整体运动的稳定性。另一方面，料盒出口处设计为有一定倾角斜坡的形式，保证即使有微量的不平行或高度差异也能顺利进出料。料盒里层上、下端均涂覆一层缓冲硅胶，在运动时保护料盒并且减噪。料盒通过带齿夹板25、螺栓与垫圈夹在并列的两同步带31、32上，夹板的齿形和带轮内侧齿形相对应，保证料盒的可靠固定。料盒外壳上的识别牌26其内封装有RFID标签，外面贴有条形码，使得每个料盒均有一个位置坐标信息，由存料架组件上的RFID读写器571、条码读头572辨识。

参见图9，显示了按照本发明优选实施例的传动链组件的立体结构图。如图中所示，第一同步带31、第二同步带32分居于转动链组件的两侧，与转动链组件内左右上下带轮33连接，同步带超出带轮宽的部分以所述带齿夹板25与料盒连接，电机通过齿型V带35带动第二带轮轴34转动，实现料盒随带在仓库单元内转动；所有料盘均存放于相应料盒之中，每个料盒均有一个位置坐标信息。当需要某位置坐标的料盒时，皮带轮带动皮带将相应的料盒运送到指定的出口端，为料盘的存、取动作做准备。所述的转动链组件，可以扩大其尺寸参数，通过安装不同尺寸的料盒或大料盒内存储不同尺寸料盘的方法，使其能适应不同规格的料盘，提高系统的扩展性能。

接着参见图13，显示了按照本发明优选实施例的机械手组件的基本结构。该机械手组件60对应于各个存料仓库而设置，并可包括触开杆532、取料机械手60a和存料机械手60b等。其中，触开杆532设置在所述第一安装板533上且处于前门27一侧，用于操作C型锁销29以解除对前门27的约束；存料机械手60b同样设置在第一安装板533上处于前门27一侧，并用于在所述C型锁销29解除对前门27的约束之后，推开前门27且将待存入的SMD料盘送入至料盒内部；取料机械手60a设置在所述第二安装板54上且处于后门22一侧，并在所述C型锁销29解除对前门27的约束之后，推开后门22并将待取出的SMD料盘从料盒内部继续经由前门27推出。

更具体而言，如图13中所示，该取料机械手60a和存料机械手60b的结构类似，其差别仅在于运动行程不同，各具体结构参数有所差异，但两者均包括以下基本结构特征：其行程放大机构61与圆弧形推手62固连，气缸64与直线轴承65配合后与所述的行程放大机构连接，提高了机械手运动的直线性和稳定性。气缸缸杆运动，通过放大行程，使圆弧形推手完成存取料动作。

接着参见图14，显示了按照本发明的输送带组件的结构组成。该输送带组件70譬如可设置在所述存料架组件50的下部前侧，用于对待执行存取操作的SMD料盘执行输入及输出操作，其包括基座、水平并列设置在基座上的第一传送带71和第二传送带77、用于驱动第一和第二传送带同步循环输送的驱动模块73，以及沿着传送带运动方向间隔设置的挡销76等。

更具体而言，第一传送带71、第二传送带77并列安装，由驱动模块73驱动，两带中间有适当间隙，在下方安装有离子风棒74，用于除静电。每隔一个工位(一个单元)安装有一对挡销76以及检测传感器531，传感器斜着从侧面检测料盘中部，检测结果可靠，可避免从上面检测或从下面检测因料盘中空隙而出现检测结果错误的问题。挡销76可避免料盘发生追尾碰撞。存料过程中，料盘在输送带上到达相应存取料工位，控制此工位与前一个工位处的挡销上升，料盘停止，当前一个工位检测到有料盘时，则控制其前一个工位挡销升起，以此类推，避免料盘的碰撞。取料过程中，相应工位处挡销升起，当前一工位检测到有料盘时，则控制该工位处挡销升起，以此类推，避免料盘的碰撞。带的两侧每隔一个工位固定一对防偏弹性挡板72，圆弧形的导向面能实现料盘运输时候处在两输送带中间，其在输送带安装架74上对应的安装孔，一端呈腰圆形，可调节防偏弹性挡板的圆弧，以此可根据相应料盘大小进行挡板间距地适应性调节，提高系统的扩展性。进一步地，输送带两端都安装有带轮76，后端的带轮可用于与下一个仓库的输送带上前端的带轮以同步带连接，也可提高系统的扩展性。

参见图10，显示了按照本发明的检测区组件40的结构示意图。如图所示，该检测区组件40设置在所述输送带组件70附近，譬如处于整个存储系统的最外侧，并用于对待执行存取操作的SMD料盘执行相关信息的读取、录入和查找操作等。

更具体而言，该检测区组件40譬如包括检测区传感器45、检测区RFID读写器48和检测区条码读头49等，其中检测区传感器45用于对待输送至所述输送带组件处的料盘进行检测和确认，同时还可具备数据统计功能，例如若所放料盘数量过多会产生报警，同时若长时间无料盘进入，则可控制整个系统待机；检测区RFID读写器48和检测区条码读头49共同用于对待输送至所述输送带组件处的料盘的各种状态信息进行读写，进而实现对整个仓储系统的数据查询功能。

通过以上设计，根据存取料盘的信息，管理系统可进行及时更新，并且所建立数据库记录所有料盘存取记录，可根据料盘使用频率，进行相应效率最大化的位置调整。承载箱43上还包括第二连接口44可与外壳组件上第二扩展口18相连，实现检测区组件与仓库的连接。

此外，本发明还可以包括离子风棒装置，其分别安装在在所述的存料架组件上方和输送带组件的前端，达到消除静电的目的。进一步的，还可包括氮气喷口，该喷口位于外壳可开门侧的下方，可通过该氮气喷口向仓库内喷入一定量的氮气，以提高氮气浓度降低仓库内SMD元件的氧化速度。

综上所述，按照本发明的适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法，包括能实现多个SMD料盘同时存入、取出的功能；具有RFID读写器及条码扫描双重管理识别系统，实现料盘的识别、扫描、信息录入；全自动化管理、存取料，库存信息自动化收集，有效降低库存管理的成本；提供存储量大、密闭性好、存储环境优良的存储空间；扩展性较强，每单元由多个料盘架组成，每单元都具有扩展接口，以便扩充仓库规模。通过本发明，能够高效率地实现SMD料盘的智能化存储和管理，极大地节约人力、物力成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于SMD可扩展智能仓储系统的控制方法，其特征在于，该仓储系统包括检测区组件、输送带组件、存料架组件、料盒组件以及机械手组件，其中所述检测区组件与所述输送带组件通过水平传送带彼此相连，在该水平传送带下方设置有料盘传感器，并在检测位的上部设置有料盘RFID读写器和料盘条码扫描器；所述存料架组件设置在所述输送带组件后侧与其相连，并呈现被划分成多个料仓形式的立式框架机构；所述料盒组件包括多个依序排列的料盒，所述料盒经由转动链组件可循环转动地安装在各个料仓中，并且各个料盒的两侧分别具有可开启的前门和后门，其外侧贴装有包含其位置坐标信息的识别牌；所述机械手组件则设置在所述输送带组件与所述存料架组件之间，并用于执行存取料的操作动作；

对于将料盘存放至料盒的存料过程，其包括以下步骤：

(1)将需要存放的料盘放置在所述水平传送带上，经由所述料盘传感器确认其已经放入后输送至检测位，所述RFID读写器和料盘条码扫描器则对此料盘的相关信息进行读取，然后为此料盘分配存储位置；

(2)所述输送带组件继续将料盘运送至料盘出入口位置，并经由设置在此处的工位传感器判定料盘已到达指定工位且予以计数处理，然后由位于该指定工位处的挡板阻挡料盘继续前进；与此同时，此料盘应存入的对应料盒在料仓中开始转动，并通过对其识别牌的检测来确认其已到达与所述料盘出入口相对应的料仓出入口；

(3)通过所述机械手组件将所述料盘经由所述前门推入至料盒内部，由此完成存料过程；

对于将料盘从料盒取出的取料过程，其包括以下步骤：

(a)输入需要取出的料盘信息，搜寻获得该料盘的存储位置，由此相应确定待执行取料操作的料盒；

(b)使步骤(a)所确定的料盒在料仓中转动，并通过对其识别牌的检测来确认料盒已到达料仓出入口；

(c)所述工位传感器检测所述料盘出入口位置处是否存在料盘并执行以下操作：若已存在料盘，则通过所述输送带组件将其送走；若不存在料盘，则通过所述机械手组件推开所述后门，将待取出的料盘从料盒内部继续经由所述前门推出，并使其沿着所述输送带组件送走，由此完成存料过程。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，设料盘的型号编号为N_i，料盒的位置编号为M_j，型号为N_i的料盘所对应的使用频率为F_i，各存储位置也即各料盒所对应的存取时间为T_j，i＝1,2,3,...,p，j＝1,2,3,...,q；上述存取料过程通过以下算法执行进一步优选处理：

当所述仓储系统处于工作状态时，将各个料盘按照其使用频率从大到小排序，并获得其升序排序函数A(F_i，N_i)；同时将各个料盒按照其存取时间从小到大排序，并获得其降序排序函数D(T_j，M_j)；结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率高的料盘被分配至存取时间短的料盒之中；

而当所述仓储系统处于空闲状态时，结合上述升序排序函数和降序排序函数执行求解，并使得使用频率低的料盘被分配至存取时间长的料盒，从而提高整个仓储系统的工作效率。

3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，各个料盒分别包括料盒外壳、分设在料盒外壳左右两侧的所述前门和所述后门、贴合在料盒外壳外侧且包含有料盒位置坐标信息的所述识别牌、分别用于将所述前门和所述后门可转动开启地铰接在料盒外壳上的第一弹簧铰链和第二弹簧铰链，以及安装在所述前门与料盒外壳之间防止前门开启的C型锁销。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述机械手组件包括触开杆、取料机械手和存料机械手，其中触开杆处于所述前门一侧，用于操作所述C型锁销以解除对前门的约束；存料机械手同样设置在所述前门一侧，并用于在所述C型锁销解除对前门的约束之后，推开前门且将待存入的料盘送入至料盒内部；取料机械手设置在所述后门一侧，并在所述C型锁销解除对前门的约束之后，推开后门并将待取出的料盘从料盒内部继续经由所述前门推出。

5.如权利要求4所述的控制方法，所述料仓彼此独立，且各自由单独的电机控制，由此实现无相互干扰的同步工作。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述料仓以三个料仓架作为一个单元，各个单元被划分与料仓架分别相对应的三个工位；此外，各个单元分别设有可扩展的机械接口和电气接口，由此可实现多单元的扩展。