CN106144631B - 高速码垛系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速码垛系统，包括码垛设备、用于升降型材的升降设备；所述码垛设备包括┤形机架、翻转电磁铁、翻转齿板、腕部、驱动装置；所述机架包括竖直段和水平段，所述水平段的后端与所述竖直段的中部连接；所述机架水平段前端通过第一铰接轴铰接有摆臂；摆臂下端通过第二铰接轴铰接有，腕部；所述腕部上设置有翻转电磁铁；所述齿板铰接在所述翻转电磁铁上；所述驱动装置设置在机架水平段上方，驱动所述摆臂运动；升降设备包括升降平台、定位挡块，所述定位挡块设置在升降平台上表面；本发明能够精确高速的将型钢码垛。

Description

高速码垛系统

技术领域

本发明涉及一种型材生产设备，具体的说是一种┤形高速码垛系。

背景技术

型材码垛机布置在型材车间后部成品工序尾端，用于定尺型材码垛，以合乎标准和市场的商品钢材包装规格要求按照一定的模式堆码成垛向客户交付产品，以便实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。目前的型材码垛机大多采用人工码垛方式或“行车式”码垛方式，人工码垛方式工作强度大，所需作业工人数量多，人工成本大，且工作效率低，码垛包装质量差；行吊方式采用自动码垛系统，降低人工成本，但存在速度低、位置精度差、工艺节奏慢且抗干拢能力弱与全线型材连轧工艺产能匹配性差等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种码垛速度快、精度高的┤形高速码垛系。

为达到上述目的，本发明高速码垛系统，包括码垛设备、用于升降型材的升降设备；

所述码垛设备包括机架、翻转电磁铁、翻转齿板、腕部、驱动装置；所述机架包括竖直段和水平段，所述水平段的后端与所述竖直段的中部连接；所述机架水平段前端通过第一铰接轴铰接有摆臂；摆臂下端通过第二铰接轴铰接有，腕部；所述腕部包括设置在摆臂底部的连接块，所述连接块上端和下端分别向两侧延伸形成上基板和下基板，所述下基板设置有翻转电磁铁；所述齿板铰接在所述翻转电磁铁上；所述驱动装置设置在机架水平段上方，驱动所述摆臂运动；

所述升降设备包括升降平台、定位挡块，所述定位挡块设置在升降平台上表面。

较佳的，所述腕部与单连杆姿态调整机构连接，所述单连杆姿态调整机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆、与所述第一铰接轴旋转连接的摇杆以及驱动所述平移连杆或所述摇杆的姿态驱动机构，所述平移连杆的上端与所述摇杆通过第三铰接轴铰接，所述平移连杆的下端与所述腕部通过第四铰接轴铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴所确定的平面平行；所述腕部与所述第二铰接轴防转连接。

较佳的，所述定位挡块包括立柱以及与所述立柱连接的第一、二挡块；所述第一、二挡块的轴线垂直与所述立柱，所述第一挡块的长度大于所述第二挡块的长度，所述第一、二挡块远离所述立柱轴线的侧面均设置有限位触发机构。

较佳的，所述翻转齿板包括齿板、驱动齿板翻转的齿板驱动机构，所述齿板一侧铰接在电磁铁上，所述齿板沿型材排列方向设置有与型材相适配的卡固缺口。

较佳的，所述机架的水平段下方设置有预紧装置，所述预紧装置包括两端分别与所述机架和所述摆臂铰接的弹性机构以及用于调节所述弹性机构的弹力的弹性调节机构；所述弹性机构包括气缸和与所述气缸连通的气包，所述弹性调节机构包括气源、用于连通气源和气包的气源处理元件以及设置在所述气包上的气压表。

较佳的，所述升降平台包括升降导柱、支撑板，所述支撑板设置在升降导柱上；所述升降导柱上设置有测距仪，所述测距仪包括壳体，壳体内部设置有发光机构，所述发光机构发正向对应着升降平台的升降的支撑板。

较佳的，所述机架为“┤”形机架。

为达到上述目的，本发明高速码垛系统，包括机架、摆臂、驱动装置、腕部和翻转磁铁；所述机架为“┤”形机架，所述机架包括水平段和竖直段，所述水平段一端与所述竖直段顶端连接，所述机架水平段前端通过第一铰接轴铰接有摆臂；摆臂下端通过第二铰接轴铰接有，腕部；所述腕部上设置有翻转电磁铁，所述驱动装置设置在所述机架和摆臂之间与摆臂铰接。

较佳的，所述驱动装置包括驱动机构、与摆臂对应的驱动连杆、与驱动连杆对应的摇杆，所述驱动连杆的一端与所述摇杆铰接，所述驱动连杆的另一端与所述摆臂铰接；

或者，所述各摆臂与所述第一铰接轴防转连接，所述驱动装置包括一个伸缩机构，所述伸缩机构的两端分别与所述摆臂和机架铰接。

较佳的，所述驱动装置通过补偿装置与机架铰接；

所述补偿装置包括与所述机架铰接的补偿底座以及与所述补偿底座远离所述机架一侧铰接的补偿驱动机构；所述驱动装置与所述补偿底座中部铰接；所述补偿驱动装置的运动精度高于所述同步驱动装置；

或者，所述补偿装置包括与所述机架滑动连接的补偿底座以及驱动所述补偿底座滑动的补偿驱动机构，所述驱动装置与所述补偿底座连接。

较佳的，所述预紧装置包括两端分别与所述机架和所述摆臂铰接的弹性机构以及用于调节所述弹性机构的弹力的弹性调节机构；

所述弹性机构包括气缸和与所述气缸连通的气包，所述弹性调节机构包括气源、用于连通气源和气包的气源处理元件以及设置在所述气包上的气压表；

或者，

所述预紧装置包括两端分别与所述机架和所述摆臂铰接的弹性机构以及用于调节所述弹性机构的弹力的弹性调节机构；

所述弹性机构包括弹簧，所述弹性调节机构包括用于调节弹簧与机机架连接位置的位置调节机构。

较佳的，所述腕部与所述横梁通过第二铰接轴铰接，所述码垛设备还包括与腕部连接的腕部水平保持机构或腕部姿态调整机构；

所述腕部水平保持机构为腕部单连杆水平保持机构或腕部多连杆水平保持机构；

所述腕部多连杆水平保持机构包括一根与摆臂旋转连接的腕部连接轴、一根顶部连杆和与所述腕部对应的底部连杆，所述腕部同连接轴上设置有主动臂和从动臂，所述腕部连接轴的主动臂与上方相邻的腕部连接轴的从动臂分别与平移连杆铰接，最上方的连接轴的主动臂与顶部连杆的底端铰接，所述顶部连杆的顶端与机架通过第三铰接轴铰接，最下方的所述腕部连接轴的从动臂与所述底部连杆的顶端铰接，所述底部连杆的底端与所述腕部通过第四铰接轴铰接；所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴的轴线所确定的平面为水平面，所述平移连杆、顶部连杆以及底部连杆的轴线与所述摆臂的轴线平行；

所述为腕部单连杆水平保持机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆，所述平移连杆的上端与所述机架通过第三铰接轴铰接，所述平移连杆的下端通过第四铰接轴与所述腕部铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与所述第二、四铰接轴所确定的平面为水平面；所述腕部与所述第二铰接轴防转连接；

所述腕部姿态调整机构为腕部单连杆姿态调整机构或腕部多连杆姿态调整机构；

所述腕部多连杆姿态调整机构包括一根腕部连接轴、一根顶部连杆和与所述腕部对应的底部连杆、与所述第一铰接轴旋转连接摇杆以及用于调整所述腕部姿态的姿态驱动机构；所述腕部连接轴上设置有至少一个主动臂和至少一个从动臂，所述腕部连接轴的主动臂与上方相邻的腕部连接轴的从动臂分别与平移连杆铰接，最上方的连接轴的主动臂与顶部连杆的底端铰接，所述顶部连杆的顶端与摇杆通过第三铰接轴铰接，最下方的所述腕部连接轴的从动臂与所述底部连杆的顶端铰接，所述底部连杆的底端与所述腕部通过第四铰接轴铰接；所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴的轴线所确定的平面平行，所述平移连杆、顶部连杆以及底部连杆的轴线与所述摆臂的轴线平行；所述姿态驱动机构驱动所述顶部连杆或所述摇杆运动；

所述腕部单连杆姿态调整机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆、与所述第一铰接轴旋转连接的摇杆以及驱动所述平移连杆或所述摇杆的姿态驱动机构，所述平移连杆的上端与所述摇杆通过第三铰接轴铰接，所述平移连杆的下端与所述腕部通过第四铰接轴铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴所确定的平面平行；所述腕部与所述第二铰接轴防转连接；

较佳的，码垛上设置有定位装置，所述定位装置为移动测距定位机构、固定测距定位机构或角度传感器定位机构；

所述移动测距定位机构包括与摆臂或横梁底部铰接距离测量机构、用于保持所述测量机构水平的水平保持机构以及对应所述距离测量机构运动范围设置的定位板；所述定位板的高度不小于所述摆臂底端运动的最高点与最低点的高度之差；当所述摆臂底端运动到最高点时，所述距离测量机构对应所述定位板的上部，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述距离测量机构对应所述定位板的下部；或者，所述定位板包括对应所述距离测量机构向上运动范围的后1/2设置的上定位板和对应所述距离测量机构向下运动范围的后1/2设置的下定位板；当所述摆臂底端运动到最高点时，所述距离测量机构对应所述上定位板，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述距离测量机构对应所述下定位板；

所述固定测距定位机构包括与摆臂或横梁底部铰接的定位板、用于保持所述定位板竖直的竖直保持机构以及对应所述定位板设置的距离测量机构；所述定位板的高度不小于所述摆臂底端运动的最高点与最低点高度之差；当所述摆臂底端运动到最高点时，所述距离测量机构对应所述定位板的下部，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述距离测量机构对应所述定位板的上部；或者，对应所述定位板向上运动范围的后1/2设置的上测量机构和对应所述定位板向下运动范围的后1/2设置的下距离测量机构，当所述摆臂底端运动到最高点时，所述定位板对应所述上测量机构，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述定位板对应所述下测量机构；

所述角度传感器定位机构包括通过增速机与第一铰接轴连接的角度传感器，所述第一铰接轴与所述增速机的低速端连接，所述角度传感器与所述增速机的高速端连接，所述各摆臂与所述第一铰接轴防转连接，各所述摆臂运动的角度范围与增速机的增速比的乘积不大于所述角度传感器的量程。

较佳的，所述电磁铁上设置有型材卡固机构，所述型材卡固机构为滑动卡固机构、翻转卡固机构或升降卡固机构；

所述滑动卡固机构包括与所述电磁铁滑动连接的齿板以及用于驱动所述齿板滑动的齿板驱动机构，所述齿板上沿型材排列方向设置有型材相适配的卡固缺口；

所述翻转卡固机构包括与所述电磁铁铰接的齿板以及用于驱动所述齿板翻转的齿板驱动机构，所述齿板上沿型材排列方向设置有与型材相适配的卡固缺口；

较佳的，所述升降卡固机构包括与所述电磁铁的侧面滑动连接的齿板以及驱动所述电磁铁升降的齿板驱动机构；所述齿板上沿型材排列方向设置有与型材向适配的卡固缺口。

较佳的，定位装置还包括运动控制机构，所述运动控制机构包括设置在所述摆臂向上运动的后1/2的范围内的上触发机构、设置在所述摆臂向下运动的后1/2的范围内的下触发机构以及与所述上触发机构和所述下触发机构通讯的控制器；所述控制器与所述移动测距定位机构、固定测距定位机构和所述角度传感器定位机构通讯，所述控制器控制所述同步驱动装置和所述补偿装置；所述上触发机构和所述下触发机构为接近开关。

较佳的，所述磁铁驱动机构为电磁铁伸缩驱动机构，所述电磁铁连接轴与所述电磁铁通过腕式增速机传动连接；所述电磁铁伸缩驱动机构一端与所述腕部铰接，所述电磁铁伸缩驱动机构的另一端与摆杆铰接；所述腕式增速机包括设置在同步轴上的主动齿轮、设置在电磁铁上的从动齿轮以及用于将主动齿轮的运动传动到从动齿轮的至少一个传动齿轮；所述从动齿轮与主动齿轮的传动比为m/n，其中，m为电磁铁的旋转角度，n为电磁铁伸缩驱动机构驱动摆杆旋转的角度；

或者所述电磁铁驱动机构为电磁铁旋转驱动机构；所述电磁铁旋转驱动机构包括回转液压缸或减速电机，所述回转液压缸或减速电机的输出轴与所述电磁铁连接。

较佳的，所述机架上设置有行程补偿机构，所述行程补偿机构包括与所述机架铰接的行程补偿底座以及与所述行程补偿底座远离所述机架一侧铰接的行程补偿驱动机构；所述驱动装置与所述行程补偿底座中部铰接；所述补偿驱动装置的运动精度高于所述同步驱动装置；

或者，所述行程补偿机构包括与所述机架滑动连接的行程补偿底座以及驱动所述行程补偿底座滑动的行程补偿驱动机构，所述同步驱动装置与所述行程补偿底座连接。

本发明高速码垛系统，在摆臂运动时，利用与腕部连接的单连杆位姿调整机构能使腕部始终保持水平，进而使设置在腕部的电磁铁保持水平，保证了电磁铁在吸取型材之前的位置；利用设置在电磁铁上的翻转齿板，使得电磁铁能交替吸取正码角钢和反码角钢；利用预紧机构承载摆臂的自重或载荷，这样，能够使摆臂处于接近平衡的状态，当驱动装置对摆臂进行驱动时，能够使摆臂迅速响应，同时，由于摆臂的重量被预紧装置承载，驱动装置驱动摆臂时，会使摆臂的运动速度加快，摆臂的响应速度和运动速度都加快就意味着机械手的工作效率能够大大提高；利用设置在升降平台上的测距仪，能够对升降平台的升降位置进行精确定位，并且，升降平台上的型材在被电磁铁吸取和放下之前的位置也是经过精确定位的，使型材在整个码垛过程中的控制精度都大大提高。

附图说明

图1是本发明高速码垛系统码垛设备结构示意图；

图2是本发明高速码垛系统预紧装置图；

图3是本发明升降平台示结构意图；

图4是补偿装置与驱动装置的一种优选组合方式；

图5是本发明高速码垛系统的多连杆腕部水平保持机构的示意图；

图6是本发明高速码垛系统电磁铁装置的一种优选结构；

图7是本发明高速码垛系统移动测距定位机构的优选结构示意图；

图8是本发明高速码垛系统定位装置的工作流程图；

图9是本发明高速码垛系统定位装置的工作流程图

图10是本发明高速码垛系统平移卡固机构的结构示意图；

图11是本发明高速码垛系统固定测距定位机构的结构示意图；

图12是本发明高速码垛系统角度传感器定位机构的结构示意图；

图13是本发明高速码垛系统第三个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明中，“前”是指机架朝向升降平台的方向，“后”是指机架背向升降平台的方向。

所述腕部为用于连接吊臂和翻转磁铁；或者连接横梁和翻转磁铁的连接结构，所述连接结构为设置在所述翻转磁铁两侧的两块连接板、设置在翻转磁铁一侧的一块连接板或其他连接结构。

如图1所述，本实施例中，本发明高速码垛系统，包括码垛设备、用于升降型材的升降设备；

实施例1

本实施例的高速码垛系统，所述码垛设备包括机架1、翻转电磁铁6、翻转齿板608、腕部7、驱动装置；所述机架为“┤”形机架，包括竖直段102和水平段101，所述水平段101的后端与所述竖直段102的中部连接；所述机架水平段前端通过第一铰接轴201铰接有摆臂2；摆臂下端通过第二铰接轴202铰接有腕部7；所述腕部上设置有翻转电磁铁；所述翻转齿板铰接在所述翻转电磁铁6上；所述驱动装置设置在机架水平段上方，所述驱动装置包括驱动机构302，驱动连杆301、与驱动连杆301对应的摇杆303，所述连杆301的一端与所述摇杆303铰接，所述连杆301的另一端与所述摆臂铰接；其中一个摇杆303为拐臂的一条臂，驱动机构302为电缸驱动所述摆臂运动，预紧装置5设置在机架水平段的下方；

所述升降设备包括升降平台、定位挡块，所述定位挡块包括立柱以及与所述立柱连接的第一、二挡块；所述第一、二挡块的轴线垂直与所述立柱，所述第一挡块的长度大于所述第二挡块的长度，所述第一、二挡块远离所述立柱轴线的侧面均设置有限位触发机构；这种挡块通过长度不同的两个挡块分别对正码和反码的角钢进行阻挡，这样能够使正码和反码的角钢的停留位置不同。

如图1所示，所述腕部与单连杆姿态调整机构连接，所述腕部单连杆姿态调整机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆209、与所述第一铰接轴201旋转连接的摇杆以及驱动所述平移连杆209或所述摇杆229的姿态驱动机构208，所述平移连杆209的上端与所述摇杆229通过第三铰接轴203铰接，所述平移连杆209的下端与所述腕部7通过第四铰接轴204铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴所确定的平面平行；单连杆姿态调整机构，传动环节少，能够减少机械误差的积累，也能够减少传动过程中的能量消耗。

所述翻转齿板包括齿板、驱动齿板翻转的齿板驱动机构，所述齿板一侧铰接在电磁铁上，所述齿板沿型材排列方向设置有与型材相适配的卡固缺口；当需要齿板进行卡固时，齿板驱动机构驱动所述齿板向下翻转，使齿板的卡固缺口设置在电磁铁的下侧，这时，能够对型材进行卡固，当不需要卡固型材时，齿板驱动机构驱动齿板向上翻转，翻转到电磁铁下边缘的上方，这样，不影响电磁铁对型钢的吸取。

如图2所示，所述机架的水平段下方设置有预紧装置5，所述预紧装置包括两端分别与所述机架和所述摆臂铰接的弹性机构以及用于调节所述弹性机构的弹力的弹性调节机构；

所述弹性机构包括气缸501和与所述气缸连通的气包510，所述弹性调节机构包括气源516、用于连通气源516和气包510的气源处理元件512以及设置在所述气包510上的气压表511；

所述平衡气缸501安装在摆臂2与架体1之间，在摆臂2动作过程中支撑摆臂自重。

所述供气系统包括气源516、气包510、气压表511、气源处理三元件512、焊接钢管503及球阀513，所述气源516通过异径接头515、焊接钢管514、球阀513及气源处理三元件512将压缩空气储存至气包510，可手动调节球阀513对气包510进行充气，也可调节气包510上的泄压阀进行放气。

所述气包510上设有气压表511，可实时读取气包510气压值；

所述气缸进气单元502通过焊接钢管503、异径管接头504、焊接钢管505、球阀506、活接头507焊接钢管508以及异径管接头509与气包510连接，可手动关闭或打开球阀506以便控制气包510与平衡气缸501之间的输气通道。

所述气包510放置在码垛机械手架体1侧边或较近处，气包510与气缸之间的球阀506安装在架体1上便于操作的位置。

在摆臂的运动过程中，本实施例的气包510中的压力应满足：一、平衡气缸501的推力产生的平衡力矩略大于摆臂运动过程中自重产生的最大负载阻力矩，二、气包510在整个驱动过程中压力基本不变。在上述两个条件下，无驱动连杆的作用，摆臂将在平衡气缸501的推力下摆动到最前端位置，因此驱动连杆的受力由原先的受压变为受拉，避免出现压杆失稳现象；摆臂2前摆接钢后，增加了钢材的重量，负载力矩的变大有利于摆臂回摆，驱动连杆的拉力也随之减小；在摆臂2动作过程中，平衡气缸501一直处于推力状态，驱动拉杆一直处于受拉状态，连接部件受力没有换向，从而消除了铰接处的间隙影响。有利于摆臂在摆动过程中的精度提高。

如图3所示，所述升降平台包括升降导柱、支撑板，所述支撑板设置在升降导柱上；测距仪固接在升降导柱上，所述测距仪包括壳体，壳体内部设置有发光机构，所述发光机构发正向对应着升降平台的升降的支撑板。

下面以小规格角钢的码垛过程为例对本实施例的高速码垛系统的工作过程进行说明：

本实施例的一种初始状态如图所示，此状态下，所述摆臂驱动装置3使摆臂2处于垂直状态，所述翻转电磁铁6磁极向下。

正向码钢时，所述摆臂驱动装置3驱动拐臂303旋转，进而带动驱动连杆301推动摆臂2向前摆动，直至翻转电磁铁6位于型钢接钢位置上方，然后升降平台向上运动，当升降平台主体向上运动到适于电磁铁6吸取角钢的位置，然后电磁铁吸6取角钢，当电磁铁的吸取角钢时，角钢的拐角卡固在齿板608的卡固缺口内，使角钢保持姿态不发生变化，然后驱动装置驱动摆臂2向辊道升降平台运动，直至翻转电磁铁6位于辊道上方时，辊道升降平台上升至便于电磁铁6放下角钢的位置，此时，电磁铁6放下角钢。在摆臂的运动过程中，由于腕部单连杆姿态调整机构，使腕部7保持水平。

随后进行反向码钢，首先需码垛型材由升降平台提升至较高的接钢位，然后驱动机构302动作，通过拐臂303、摇杆以及连杆301驱动摆臂前摆至接钢位，随后电磁铁伸缩驱动装置702伸出，驱动翻转轴701旋转，通过减速箱驱动翻转电磁铁6旋转，使磁极水平向上吸取角钢。由于角钢在正码时，呈“︿︿︿”状，角钢反码时，叠加在先前正码好的角钢上，呈“︿﹀︿﹀︿”状，正码即角钢的开口朝下，反码即角钢的开口朝上。当角钢正码时，由于是角钢的尖角端朝上，和电磁铁6是单线接触，接触面积很小，很容易在电磁铁6上产生侧翻，所以必须在电磁铁上设置导向齿板608，对正码的角钢进行导向。但是在随后的反码过程中，导向齿板608会和正码的角钢干涉，因此需要使角钢的边缘与水平面接触，因此在吸取角钢前需要通过齿板驱动机构607驱动齿板608运动，使角钢的边缘与齿板608的平直部分对齐。然后分组升降台向下运动，角钢吸取在电磁铁6上，待分组升降台离开翻转区域后，电磁铁伸缩驱动机构702缩回，翻转电磁铁6反向旋转180°；然后驱动装置302驱动拐臂303运动，通过摇杆303以及连杆301驱动各摆臂2摆动至反向码钢位，待摆臂到位后，翻转电磁铁6失电，钢材下落在码垛升降台上。

本发明高速码垛系统，由于使用┤”形机架，摆臂2的中部与水平段101铰接，这样，摆臂2的上部对下部形成配重，使摆臂2处于接近平衡的状态，当预紧机构施加的力与上部配重施加的合力大于摆臂2下部的重量施加的力时，摆臂2会向上摆动，此时连杆301受到的力是拉力，当机械手取料后，重量增加，需要向下摆动时，摇杆303驱动机构302回缩，通过拐臂、摇杆303以及连杆301的传动拉动摆臂2，此时连杆301依旧是施加拉力，由此，摆臂2在运动过程中预紧装置5和驱动装置的力都没有换向，能够消除铰接间隙，

在摆臂的运动过程中，本实施例的气包510中的压力应满足：一、平衡气缸501的推力产生的平衡力矩略大于摆臂运动过程中自重产生的最大负载阻力矩，二、气包510在整个驱动过程中压力基本不变。在上述两个条件下，无驱动连杆的作用，摆臂将在平衡气缸501的推力下摆动到最前端位置，因此驱动连杆的受力由原先的受压变为受拉，避免出现压杆失稳现象；摆臂2前摆接钢后，增加了钢材的重量，负载力矩的变大有利于摆臂回摆，驱动连杆的拉力也随之减小；在摆臂2动作过程中，平衡气缸501一直处于推力状态，驱动拉杆一直处于受拉状态，连接部件受力没有换向，从而消除了铰接处的间隙影响。有利于摆臂在摆动过程中的精度提高；利用单连杆姿态调整机构，传动环节少，能够减少机械误差的积累，也能够减少传动过程中的能量消耗；通过设置在升降平台上的测距仪，精确测量了升降平台的升降高度。

实施例2

本实施例的高速码垛系统，包括机架、摆臂、驱动装置、腕部和翻转磁铁；所述机架为“┤”形机架，所述机架包括水平段和竖直段，所述水平段一端与所述竖直段顶端连接，所述机架水平段前端通过第一铰接轴铰接有摆臂；摆臂下端通过第二铰接轴铰接有腕部，所述腕部包括设置在摆臂底部的连接块，所述连接块上端和下端分别向两侧延伸形成上基板和下基板，所述下基板设置有翻转电磁铁；所述驱动装置设置在所述机架和摆臂之间与摆臂铰接。

所述码垛设备包括机架1、翻转电磁铁6、翻转齿板608、腕部7、驱动装置；所述机架为“┤”形机架，包括竖直段102和水平段101，所述水平段101的后端与所述竖直段102的中部连接；所述机架水平段前端通过第一铰接轴201铰接有摆臂2；摆臂下端通过第二铰接轴202铰接有腕部7；所述腕部7上的前端设置有翻转电磁铁6；所述翻转齿板铰接在所述翻转电磁铁6上；所述驱动装置设置在机架水平段上方，所述驱动装置包括驱动机构302，驱动连杆301、与驱动连杆301对应的摇杆303，所述连杆301的一端与所述摇杆303铰接，所述连杆301的另一端与所述摆臂铰接；其中一个摇杆303为拐臂的一条臂，驱动机构302为电缸驱动所述摆臂运动，预紧装置5设置在机架水平段的下方；

所述驱动装置可以设置在机架水平段的上方或下方，当然也可以设置在机架的后面。

所述驱动装置包括与各摆臂对应的若干驱动连杆301、与驱动连杆301对应的摇杆303、与驱动连接结构旋转连接的连接轴305以及驱动所述连接轴305转动的驱动机构302，所述摇杆303与所述连接轴305防转连接，所述连杆301的一端与所述摇杆303铰接，所述连杆301的另一端与所述摆臂铰接；其中一个摇杆303为拐臂的一条臂，驱动机构302为电缸、液压缸或气缸，所述电缸、液压缸或气缸的伸缩杆与所述拐臂的另一条臂铰接，所述电缸、液压缸或气缸的缸体通过补偿装置与所述机架铰接。

所述驱动装置通过所述补偿装置与所述机架铰接；

如图4所示，所述补偿装置包括与所述机架铰接的补偿底座401以及与所述补偿底座401远离所述机架一侧铰接的补偿驱动机构402；所述驱动装置与所述补偿底座401中部铰接；所述补偿驱动装置的运动精度高于所述驱动装置；

如图5所示，所述腕部与所述横梁通过第二铰接轴202铰接，所述腕部与腕部多连杆水平保持机构连接；所述腕部多连杆水平保持机构包括一根与摆臂旋转连接的腕部轴206、一根顶部连杆205和与所述腕部一一对应的若干底部连杆207，所述腕部轴206上设置有一个主动臂和一个从动臂，所述腕部轴206的主动臂与上方相邻的腕部同步轴206的从动臂分别与平移连杆铰接，最上方的同步轴的主动臂与顶部连杆205的底端铰接，所述顶部连杆205的顶端与机架通过第三铰接轴203铰接，最下方的所述腕部轴206的从动臂与所述底部连杆207的顶端铰接，所述底部连杆207的底端与所述腕部通过第四铰接轴204铰接；所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴的轴线所确定的平面为水平面，所述平移连杆、顶部连杆205以及底部连杆207的轴线与所述摆臂的轴线平行；

如图6所示，所述磁铁驱动机构702为电磁铁伸缩驱动机构702，所述电磁铁连接轴701与所述电磁铁通过腕式增速机传动连接；所述电磁铁伸缩驱动机构702一端与所述腕部铰接，所述电磁铁伸缩驱动机构702的另一端与摆杆铰接，所述摆杆与电磁铁连接轴701防转连接；所述腕式增速机包括设置在连接轴701上的主动齿轮、设置在电磁铁上的从动齿轮以及用于将主动齿轮传动到从动齿轮的至少一个传动齿轮；所述从动齿轮与主动齿轮的传动比为3，电磁铁需要翻转180°，电磁铁伸缩驱动机构702驱动摆杆旋转60°。

如图7-9所示，所述定位装置为移动测距定位机构；所述移动测距定位机构包括与摆臂或横梁底部铰接距离测量机构、用于保持所述测量机构水平的水平保持机构以及对应所述距离测量机构运动范围设置的定位板；所述定位板215的高度不小于所述摆臂底端运动的最高点与最低点的高度之差；当所述摆臂底端运动到最高点时，所述距离测量机构对应所述定位板215的上部，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述距离测量机构对应所述定位板215的下部；定位装置还包括运动控制机构，所述运动控制机构包括设置在所述摆臂向上运动的后1/2的范围内的上触发机构、设置在所述摆臂向下运动的后1/2的范围内的下触发机构以及与所述上触发机构和所述下触发机构通讯的控制器；所述控制器与所述移动测距定位机构通讯，所述控制器控制所述驱动装置和所述补偿装置；所述上触发机构和所述下触发机构为接近开关。所述距离测量机构包括遮光保护盒213和设置在所述遮光保护盒213中的激光测距机构214；

如图10所示，所述电磁铁上设置有型材卡固机构，所述型材卡固机构为滑动卡固机构；所述滑动卡固机构包括与所述电磁铁滑动连接的齿板608以及用于驱动所述齿板608滑动的齿板驱动机构607，所述齿板608上沿型材排列方向设置有型材相适配的卡固缺口。

实施例3

如图13所示，在实施例1的基础上本实施例将驱动装置更换为伸缩机构304，所述各摆臂与所述第一铰接轴201防转连接，所述伸缩机构304的两端分别与所述摆臂和机架铰接。

本实施例中，将各摆臂与所述第一铰接轴201防转连接，然后通过伸缩机构304驱动其中一个或几个摆臂2进行运动，此时由于各摆臂2与所述第一铰接轴201防转连接，因此，各摆臂2也能够同步运动。本实施例将采用伸缩机构304直接驱动摆臂2运动，不进行传动，能够减少传动过程中的能量消耗，提高能量转换效率。

当摆臂2的长度较短时，还可以采用腕部单连杆姿态调节机构，所述腕部单连杆姿态调整机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆209、与所述第一铰接轴201旋转连接的摇杆以及驱动所述平移连杆209或所述摇杆229的姿态驱动机构208，所述平移连杆209的上端与所述摇杆229通过第三铰接轴203铰接，所述平移连杆209的下端与所述腕部7通过第四铰接轴204铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴所确定的平面平行；所述腕部7与所述第二铰接轴202防转连接。

上述结构采用一个平行四连杆机构，由于腕部7与所述第二铰接轴202防转连接，因此，腕部7的姿态调整也能够同步完成。并且，传动环节少，能够减少机械误差的积累，也能够减少传动过程中的能量消耗。

同样的，当摆臂2较短时，腕部水平保持机构也可以采用腕部单连杆水平保持机构，所述为腕部单连杆水平保持机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆，所述平移连杆的上端与所述机架通过第三铰接轴铰接，所述平移连杆的下端通过第四铰接轴与所述腕部铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与所述第二、四铰接轴所确定的平面为水平面；所述腕部与所述第二铰接轴防转连接。

上述结构采用一个平行四连杆机构，由于腕部与所述第二铰接轴防转连接，因此，腕部能够同步保持水平。同样地，由于传动环节少，能够减少机械误差的积累，也能够减少传动过程中的能量消耗。

在上述实施例的基础上，还可以将所述移动测距定位机构更换成固定测距定位机构，如图11所示，所述固定测距定位机构包括与摆臂或横梁底部铰接的定位板215、用于保持所述定位板215竖直的竖直保持机构以及对应所述定位板215设置的距离测量机构；所述距离测量机构包括遮光保护盒213和设置在遮光保护盒213内的激光测距机构214，所述定位板215的高度不小于所述摆臂底端运动的最高点与最低点高度之差；当所述摆臂底端运动到最高点时，所述距离测量机构对应所述定位板215的下部，当所述摆臂底端运动到最低点时，所述距离测量机构对应所述定位板215的上部。上述结构也能够通过测量摆臂下端与某一固定点的距离来精确定位摆臂的位置。

当然，也可以通过测量摆臂的旋转角度来定位摆臂的位置，此时就需要采用角度传感器定位机构，如图12所示，所述角度传感器定位机构包括通过增速机210与第一铰接轴连接的角度传感器212，所述角度传感器212的壳体安装在旋转底座211上，所述旋转底座211与外壳或第一铰接轴旋转连接，所述旋转底座211上设置有将旋转底座211锁紧在外壳或第一铰接轴上的锁紧装置，所述第一铰接轴与所述增速机210的低速端连接，所述角度传感器212与所述增速机210的高速端连接，所述各摆臂与所述第一铰接轴防转连接，各所述摆臂运动的角度范围与增速机210的增速比的乘积不大于所述角度传感器212的量程。上述结构将第一铰接轴通过增速装置与角度传感器212连接，当第一铰接轴旋转一个角度时，增速装置通过增速将角度传感器212的测量段的范围扩大，以此间接增强角度传感器212的分辨率。当机械手进行摆动时，其机械运动围绕手臂末端的轴进行旋转运动，同时就带动连接到轴上的增速机210运行。设摆臂运行区间为[0,A]，被增速机210速比k放大后，增速机210高速端运行区间实际是[0,kA]。设传感器分辨率为B，由于传感器连接到增速机210高速端，所以增速机210高速端的测量分辨率为B，而增速机210低速端的测量分辨率为B/k，也就是说，本发明提出的测量装置，针对摆臂进行测量的分辨率为B/k，精度提高了k倍。

在上述实施例的基础上，电磁铁的卡固机构还有两种可行的结构：翻转卡固机构或升降卡固结构。

所述翻转卡固机构包括与所述电磁铁铰接的齿板以及用于驱动所述齿板翻转的齿板驱动机构，所述齿板上沿型材排列方向设置有与型材相适配的卡固缺口；当需要齿板进行卡固时，齿板驱动机构驱动所述齿板向下翻转，使齿板的卡固缺口设置在电磁铁的下侧，这时，能够对型材进行卡固，当不需要卡固型材时，齿板驱动机构驱动齿板向上翻转，翻转到电磁铁下边缘的上方，这样，不影响电磁铁对型钢的吸取。

所述升降卡固机构包括与所述电磁铁的侧面滑动连接的齿板以及驱动所述电磁铁升降的齿板驱动机构；所述齿板上沿型材排列方向设置有与型材向适配的卡固缺口。当需要齿板卡固型材时，齿板驱动装置驱动所述齿板向下降，使齿板的卡固缺口漏出电磁铁的下边缘，当不需要齿板卡固型材时，齿板驱动机构驱动所述齿板向上升，使齿板的卡固缺口升到电磁铁下边缘的上方，这样就不影响电磁铁对型材的吸取。

在上述实施例的基础上，腕部还可以固定连接在横梁上，电磁铁上设置有角度检测机构，这样，通过角度检测机构检测电磁铁当前的角度，并且，通过电磁铁同步驱动机构驱动各电磁铁同步翻转，也能够使电磁铁达到预定的角度。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高速码垛系统，其特征在于：包括码垛设备和用于升降型材的升降设备；

所述码垛设备包括┤形机架、翻转电磁铁、翻转齿板、腕部、驱动装置；所述┤形机架包括竖直段和水平段，所述水平段的后端与所述竖直段的中部连接；所述机架水平段前端通过第一铰接轴铰接有摆臂；摆臂下端通过第二铰接轴铰接有，腕部；所述腕部上设置有翻转电磁铁；所述齿板铰接在所述翻转电磁铁上；所述驱动装置设置在机架水平段上方，驱动所述摆臂运动；

所述升降设备包括升降平台、定位挡块，所述定位挡块设置在升降平台上表面；

所述腕部与单连杆姿态调整机构连接，所述单连杆姿态调整机构包括一根与所述摆臂平行设置的平移连杆、与所述第一铰接轴旋转连接的摇杆以及驱动所述平移连杆或所述摇杆的姿态驱动机构，所述平移连杆的上端与所述摇杆通过第三铰接轴铰接，所述平移连杆的下端与所述腕部通过第四铰接轴铰接，所述第一、三铰接轴的轴线所确定的平面与第二、四铰接轴所确定的平面平行；所述腕部与所述第二铰接轴旋 转连接；

所述机架的水平段下方设置有预紧装置，所述预紧装置包括两端分别与所述机架和所述摆臂铰接的弹性机构以及用于调节所述弹性机构的弹力的弹性调节机构；所述弹性机构包括气缸和与所述气缸连通的气包，所述弹性调节机构包括气源、用于连通气源和气包的气源处理元件以及设置在所述气包上的气压表。

2.根据权利要求1所述的高速码垛系统，其特征在于：所述定位挡块包括立柱以及与所述立柱连接的第一、二挡块；所述第一、二挡块的轴线垂直与所述立柱，所述第一挡块的长度大于所述第二挡块的长度，所述第一、二挡块远离所述立柱轴线的侧面均设置有限位触发机构。

3.根据权利要求1所述的高速码垛系统，其特征在于：所述翻转齿板包括齿板、驱动齿板翻转的齿板驱动机构，所述齿板一侧铰接在翻转电磁铁上，所述齿板沿型材排列方向设置有与型材相适配的卡固缺口。

4.根据权利要求1所述的高速码垛系统，其特征在于：所述升降平台包括升降导柱、支撑板，所述支撑板设置在升降导柱上；所述升降导柱上设置有测距仪，所述测距仪包括壳体，壳体内部设置有发光机构，所述发光机构发正向对应着升降平台的升降的支撑板。