CN107187666B - 一种环形工件快速装箱系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环形工件快速装箱系统，包括基体框架、控制系统、过滤机构、定位输送机构、手臂机构以及单层式换箱机构；过滤机构用于对环形工件输送至定位传输机构并且将不合格的环形工件进行剔除；定位输送机构用于实现对环形工件的导向及定位；单层式换箱机构用于实现满箱与空箱之间的换箱；所述手臂机构用于实现对环形工件的夹取与装箱；过滤机构的工作面高于定位输送机构的工作面；控制系统分别用于控制手臂机构、过滤机构、单层式换箱机构以及定位输送机构工作。该系统不仅可实现产品自动剔除、自动检验、换位、自动换箱等一系列动作,并且生产成本低。

Description

一种环形工件快速装箱系统
技术领域
本发明属于机械设计技术领域，具体涉及一种环形工件快速装箱系统。
背景技术
装箱、码垛工序在自动化生产流水线中非常普遍，但针对不同的产品形式其装箱的方式也不同，对于体积较大、装箱要求不高的产品可通过装有专门治具的机械手或机器人实现，如面粉袋、化肥袋、水泥袋等；而对于体积小、装箱整齐度要求高且对成本严格控制等的产品，实现自动化装箱存在着一定困难；随着自动化行业的发展，企业对快速、自动化装箱的需求越来越迫切，因此，近几年对于体积小、要求严格的装箱技术和应用逐渐成为自动化生产线中必要环节和必须解决的问题。
目前针对环形工件的码垛与装箱技术，已有部分技术人员进行了相关的研究，但大部分仅针对码垛节拍要求不高、工件尺寸较大等现场技术要求进行研究，下面针对三种现有的不同形式的环形工件的码垛与装箱技术进行介绍：
第一种形式：
中国专利，专利号：CN106395403A提出一种针对环形线缆自动装箱系统，即通过输送机构114将环形线缆输送到待装箱位置，采用末端安装专用治具的三轴机械手臂将环形线缆装入固定位置的箱体，具体示意图如图1所示，该种方式具有以下几个方面的缺点：
①该方式的装箱节拍取决于机械手臂的速度，且往往大于30s；
②该方式无法对环形线缆进行检测；
③该方式无法对外形不合格品进行剔除；
④该方式无法实现对满箱与空箱的自动换箱；
⑤该方式每次装箱仅能完成对单个环形工件的装箱；
⑥该方式无法实现多种规格产品的装箱工作；
第二种形式：
另外，如中国专利，专利名称为《一种外墙瓷砖码垛装箱装置》，专利号：CN205471693U，本发明通过输送单元221与码垛机械手单元213集合完成瓷砖的码垛，通过成品输送单元222与装箱机械手212结合完成产品的装箱。具体示意图如图2所示，该种方式具有以下几个方面的缺点：
①无法对不合格的产品进行剔除；
②码垛与装箱工作通过两套独立的装置进行完成，增加了设备的复杂性与成本；
③码垛机械手单元单次仅能完成单个产品的码垛工作，在一定程度上限制了设备的生产节拍；
④该装箱装置并未考虑多种规格产品的兼容问题；
第三种形式
针对环形工件码垛设备，还有一种比较新型的采用了机器人末端安装专用的治具与视觉识别系统，通过视觉识别系统完成输送装置上环形工件的位置识别，其后机器人带动治具实现对环形工件的夹取与装箱或码垛。
该方式的优点是通过视觉识别系统可完成工件在输送装置上的定位与产品的检测。
该方式的缺点如下：
①码垛节拍完全依靠于机器人的运动速度以及视觉识别的速度；
②该方式通过视觉识别的方式检测，成本较高，且天气、光线等外界条件对定位、检测的效果也有影响；
③该方式无法实现满箱与空箱的自动化换箱；
④每次装箱或码垛仅能完成对单个环形工件的装箱。
发明内容
为了克服背景技术中提出的问题，本发明提供了一种针对环形工件装箱过程可实现产品自动剔除、自动检验，自动换箱等一系列动作并且生产成本低的一种环形工件快速装箱系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种环形工件快速装箱系统，其特殊之处在于：包含过滤机构、定位输送机构、手臂机构、单层式换箱机构、基体框架及控制系统。
基体框架包括左侧架、右侧架、上部框体、中部框体以及下部框体；左侧架和右侧架相互平行，上部框体、中部框体以及下部框体自上而下依次固定安装在左侧架和右侧架之间；
过滤机构用于对环形工件输送至定位输送机构并且将不合格的环形工件进行剔除；
所述定位输送机构和单层式换箱机构并排固定安装于基体框架的中部框体上；定位输送机构用于实现对环形工件的导向及定位；单层式换箱机构用于实现满箱与空箱之间的换箱；
所述手臂机构固定安装于基体框架的上部框体上用于实现对环形工件的夹取与装箱；
过滤机构的工作面高于定位输送机构的工作面；
所述控制系统分别用于控制手臂机构、过滤机构、单层式换箱机构以及定位输送带工作。
进一步的，本发明中过滤机构基本结构包括输送装置、剔除组件、支撑架、过滤基板以及过滤废品箱；
过滤机构传送带套装在主动辊和从动辊之间，第一驱动电机固定安装在支撑架上并通过皮带传动机构与主动辊连接；其中，支撑架的底部设置有高度调整机构(本发明实例中采用可调式地脚螺栓)，其高度可根据具体需求进行调整，增强高度适用的范围；输送装置采用皮带输送；
剔除组件包括左侧固定组件以及右侧活动组件；
左侧固定组件包括安装在过滤基板上的活动板以及安装在活动板上的L型加持板；L型加持板采用弹性较小的非金属材料；
右侧活动组件包括同步带主动轮、同步带、同步带支撑板、同步带涨紧板、减速电机以及同步带从动轮；
减速电机安装在过滤基板上，减速电机的输出轴穿过过滤基板后安装同步带主动轮；同步带涨紧板安装在过滤基板上，同步带从动轮安装在同步带涨紧板上，同步带套装在同步带主动轮和同步带从动轮之间；同步带支撑板为L形，同步带支撑板中一个侧板安装在过滤基板上，另一个侧板压在同步带传送面的背面；(本发明实例中采用带有弹性的同步带)
L型加持板与同步带传送面之间的距离可根据实际环形工件的直径进行调整(一般小于环形工件的直径)，当环形工件在传送带的作用下进入过滤机构后，若环形工件有破损，将在重力的作用下滑落，若环形工件无破损，将在活动组件的作用一直输送至过滤装置的出口处。
进一步的，多个合格的环形工件由过滤装置出口进入定位输送机构；通过两侧的导向槽实现对工件左右方向的定位，通过尾部的定位气缸实现多个环形工件前后定位，其中两侧的导向槽和定位槽的宽度及定位组件的安装位置可根据环形工件的外形尺寸进行调整，提高定位输送带的兼容性；针对定位输送带出现定位失误导致多个环形工件位置不符合定位要求、过滤机构未过滤干净会导致环形工件夹取失败的现象，设计有检测组件；检测组件主要通过安装在定位槽前端的两个对射式光电眼，进行定位槽中前端第一个环形工件的位置是否在误差范围之内，如若定位成功，则反馈信号手臂机构进行夹取，如若定位失败，则反馈信号，定位机构中定位气缸缩回，定位槽中的环形工件在输送带的作用下排放入废料仓。
定位输送机构的基本机构是：包括输送组件以及沿着环形工件在输送组件上的行进方向依次设置的导向槽、挡料组件、检测组件、定位槽、定位组件；
输送组件包括两个侧梁、第一皮带、第一滚筒以及第二驱动电机；两个侧梁固定安装在基体框架的中部框体上且两个侧梁相互平行；两个侧梁的前、后端均安装有第一滚筒，第一皮带套装两个第一滚筒之间，第二驱动电机的输出端与其中一个第一滚筒连接；
进一步的，依据实际要求，为方便现场操作人员能够及时介入环形工件装箱工作中，在定位输送结构上设置有环形工件挡料组件，该挡料组件主要通过料道开闭机构来实现料道的打开与关闭；
挡料组件包括第一L型支架、气缸以及挡块；第一L型支架的一个侧板与所述侧梁固定连接，另一个侧板上安装气缸，气缸的活动端安装挡块；实际上挡块设计为三角形，当气缸缩回状态下，保证能够关闭定位槽，同时在第一皮带的传送作用与挡块的三角形斜边导向作用下，环形工件顺利的运动到备用料道中。
检测组件包括第二L型支架以及两对对射式光电眼；第二L型支架的一个侧板与所述侧梁固定连接，另一个侧板上沿环形工件行进的方向上安装两对对射式光电眼；两组对射式光电眼前后的距离应小于环形工件的定位误差要求的尺寸；
定位组件包括两个立柱、两个滑块、连接板以及定位气缸；两个立柱分别安装在两个所述侧梁上；两个滑块分别卡装在两个立柱上；连接板固定安装两个滑块之间；定位气缸安装在连接板的中部，定位气缸的活动端朝向定位槽的出料端。
进一步的，本发明中单层式换箱机构的具体结构是：
固定框架、箱体、活动框架、伺服减速电机、皮带传动机构、滚筒、箱体定位气缸、换箱直线导轨以及换箱导轨滑块；
固定框架安装在中部框体上，固定框架上安装换箱直线导轨，活动框架通过换箱导轨滑块卡装在所述换箱直线导轨上；
伺服减速电机通过皮带传动机构驱动活动框架在固定框架上移动；
活动框架内安装有多个滚筒；箱体通过多个滚筒支承在活动框架上；
为了便于箱体在活动框架上的定位，箱体定位气缸数量为2，两个箱体定位气缸分别安装在活动框架的前端和后端用于对箱体进行前后定位。通过伺服减速电机带动活动框架移动，进而实现满箱与空箱的更换，当然本发明中的单层式换箱机构中的皮带传动机构也可通过齿轮传动、滚珠丝杠传动、链传动三种形式实现，其中齿轮传动是电机减速机输出端小齿轮转动，通过小齿轮与齿条的啮合实现换箱机构的移动；滚珠丝杠传动方式中，电机、减速机输出轴与丝杠通过联轴器连接，实现丝杠螺母的移动，进一步驱动换箱机构的移动；链传动与同步带传动方式类似，电机输出轴驱动主动链轮转动，进而实现与链轮固定连接的换箱机构移动。
进一步的，本发明中手臂机构手臂机构包括左右移动组件、垂直移动组件以及装箱治具；
左右移动组件安装在上部框体上，垂直移动组件安装在左右移动组件上，装箱治具安装在垂直组件上；
左右移动组件带动垂直移动组件在定位导向机构和单层式换箱机构之间移动，垂直移动组件带动装箱治具在上部框体和中部框体之间移动；
装箱治具末端安装有多个环形工件拾取组件，且所述多个环形工件拾取组件的数量、间距与定位输送机构中定位槽内环形工件的数量、间距相适配。
具体来说，左右移动组件包括手臂左右减速电机、皮带传动机构、手臂左右直线导轨、手臂左右直线滑块以及手臂左右滑板；
手臂左右直线导轨安装在上部框体上，手臂左右滑板通过手臂左右直线滑块卡装在手臂左右直线导轨上；皮带传动机构安装在上部框体内；
皮带传动机构中的皮带与手臂左右滑板固定连接；手臂左右减速电机通过皮带传动机构驱动手臂左右滑板在水平方向上移动。
垂直移动组件包括手臂上下减速电机、齿轮、齿条传动机构、手臂上下固定箱体、手臂上下导轨、手臂上下滑槽以及连接块；；
手臂上下固定箱体与手臂左右滑板固定连接；手臂上下滑槽固定安装在手臂上下固定箱体内；手臂上下导轨自上而下从手臂上下固定箱体的上端面贯穿至下端面并且位于手臂上下固定箱体内部的手臂上下导轨卡装在手臂上下滑槽内；手臂上下导轨伸出手臂上下固定箱体下端面的部分安装连接块。
装箱治具包括上连接板、连接螺钉、下连接板以及拾取组件；上连接板与下连接板通过连接螺钉固定成一个整体；
上连接板的上端面与所述连接块连接；
拾取组件包括气爪固定螺钉、手指以及气爪；手指固定安装于气爪上，气爪通过气爪固定螺钉固定安装于下连接板上。
其中，实现手臂机构在水平面上左右方向的移动的皮带传动机构，同单层式换箱机构类似，也可通过齿轮传动、滚珠丝杠传动、链传动三种形式实现。
同理，手臂机构在垂直方向移动的齿轮、齿条传动机构也可以通过滚珠丝杠传动、链传动或皮带传动三种形式实现
进一步的，本发明中的控制系统采用上位机-下位机体系结构，上位机采用WindowXP+QT系统，下位机采用STM8S208为核心SoC芯片的嵌入式系统；上位机和下位机之间采用232串行通信，通信协议采用Modbus-RTU；
上位机负责提供用户操作界面，用于对环形工件的厚度、直径以及装箱的层数参数进行设置，接收定位成功、箱体满载、换箱机构定位、挡料组件启动信号并发送至下位机；下位机负责驱动手臂机构的垂直、水平运动和单层式换箱机构中活动框架在固定框架上移动，同时用于启动挡料组件的气缸、定位组件中定位气缸的伸出与缩回。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用自动化方式实现了对环形工件进行剔除、检测、装箱、码垛等一体化的操作，大大降低了人力成本和操作人员的劳动强度。
2、本发明设置有专用的机械式过滤装置，且过滤装置可依据工件的大小进行调整，实现了对废料的剔除，增加了生产的可靠性；
3、本发明在采用定位输送机构，该机构具备了环形工件的定位，导向、检测等功能，自动化程度高的同时还保证了整个作业的可靠性。
4、本发明装箱节拍可通过控制系统对各个减速电机的转速进行调整，提高了对生产节拍需求的适应能力；
5、本发明采用张开、闭合的机械气动结构对工件进行夹取，替代了目前大部分采用真空吸盘的夹取方式，拓宽使用环境，如粉尘较大等，且采用可调式结构，可根据环形工件的直径进行调整，增强了装箱系统的适用性；
6、本发明的装箱治具中可对气爪的数量、排布方式进行调整(如两排、三排与多列组合的方式)，进一步增加单次装箱的效率，提高工作效率，如本发明中的实例最高装箱节拍可达到0.6s/个。
7、本发明采用的采用WindowXP+QT系统上位机以及STM8S208为核心SoC芯片的嵌入式系统的下位机进行通讯，实现各个部件的控制，保证了控制系统正常实现功能的基础上，进一步扩大了扩展性与兼容性。
附图说明
图1为背景技术中提出的第一种现有形式的结构简图；
图2为背景技术中提出的第二种现有形式的结构简图；
图1和图2的附图标记如下：
114-输送机构、221-输送单元、212-装箱机械手、213-码垛机械手单元；
图3为本发明的主视图。
图4为本发明的俯视图。
图5为本发明的侧视图。
图6为本发明的过滤机构的俯视图。
图7为本发明的过滤机构的正视图。
图8为本发明的定位输送机构的俯视图。
图9为本发明的手臂机构的侧视图。
图10为本发明的手臂机构的俯视图。
图11为本发明的装箱治具的正视图。
图12为本发明的装箱治具轴向爆炸图。
图13为本发明的单层式换箱机构的正视图。
图14为本发明的单层式换箱机构的俯视图。
图15为本发明中控制系统的原理图。
图3至图14的附图标记如下：
1-过滤机构、2-定位输送机构、3-手臂机构、4-单层式换箱机构、5-基体框架、6-控制系统、7-定位失误废料箱、8-过滤废品箱、9-过滤机构传送带、10-L型加持板、11-活动垫板、12-同步带主动轮、13-同步带、14-同步带支撑板、15-同步带涨紧板、16-过滤基板、17-减速电机、18-可调式地脚螺栓、19-同步带从动轮、20-第二驱动电机、21-导向槽、22-第二L型支架、23-定位槽、24-连接板、25-定位气缸、26-环形工件、27-对射式光电眼、28-第一L型支架、29-气缸、30-挡板、31-定位传送皮带、32-手臂左右电机减速机、33-手臂同步带主动轮、34-手臂同步带、35-手臂左右直线导轨、36-手臂左右直线滑块、37-手臂同步带涨紧板、38-手臂同步带从动轮、39-手臂上下减速电机、40-齿轮、齿条传动机构、41-手臂上下固定箱体、42-装箱治具、43-手臂上下导轨滑槽、44-手臂左右滑板、45-上连接板、46-气爪、47-手指、48-连接螺钉、49-下连接板、50-气爪固定螺钉、51-固定框架、52-箱体、53-活动框架、54-伺服减速电机、55-换箱电机减速机安装板、56-换箱同步带主动轮、57-换箱同步带、58-换箱同步带涨紧板、59-换箱同步带从动轮、60-滚筒、61-箱体定位气缸、62-定位确认按钮、63-换箱导轨滑块、66-支撑架、67-过滤机构传送带、68-主动辊、69-从动辊、70第一驱动电机、71-皮带传动机构、72-左侧固定组件、73-右侧活动组件、74-挡料组件、75-检测组件、76-定位组件、77-左侧架、78-右侧架、79-上部框体、80-中部框体、81-下部框体、82-侧梁、83-第一滚筒、84-立柱、85-滑块、86-左右移动组件、87-垂直移动组件、88-拾取组件、89-手臂上下导轨、90-连接块、91-换箱直线导轨、92-输送装置、93-剔除组件、94-备用料道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一种优选方式进行说明。
如图3至图5所示，本发明提出的环形工件快速装箱系统，包括过滤机构1、定位输送机构2、手臂机构3、单层式换箱机构4、基体框架5、控制系统6；过滤机构1固定于地面或其他支撑之上，用于实现环形工件成型设备出料后对环形工件26有缺口、破裂等不合格品的剔除；定位输送机构2固定安装于基体框架5之上，用于实现对环形工件26的导向及定位；手臂机构3固定安装于基体框架5之上，用于实现对环形工件26的夹取与装箱；单层式换箱机构4固定安装于基体框架5之上，用于实现满箱与空箱之间的换箱；手臂机构3上下、左右运动实现环形工件的抓取，手臂机构3上下、左右运动的距离可根据环形工件26的厚度、装箱的层数、直径等参数，并通过控制系统6进行调整；
控制系统6分别用于控制手臂机构、过滤机构、单层式换箱机构以及定位输送带工作。
基体框架5包括左侧架77、右侧架78、上部框体79、中部框体80以及下部框体81；左侧架77和右侧架78相互平行，上部框体79、中部框体80以及下部框体81自上而下依次固定安装在左侧架77和右侧架78之间；
如图6和7所示，其中，过滤机构1包括输送装置92、剔除组件93、支撑架66、过滤基板16、过滤废品箱8；
输送装置92包括过滤机构传送带67、主动辊68、从动辊69、第一驱动电机70、皮带传动机构71；
过滤机构传送带67套装在主动辊68和从动辊69之间，第一驱动电机70固定安装在支撑架66上并通过皮带传动机构71与主动辊68连接；
剔除组件93包括左侧固定组件72以及右侧活动组件73；
左侧固定组件72由活动板11与L型加持板10组成，相互固定，且共同安装于过滤基板16上，左右可以根据环形工件的直径调整；右侧活动组件73由同步带主动轮12、同步带13、同步带支撑板14、同步带涨紧板15、减速电机17、同步带从动轮19等组成，减速电机17固定安装于过滤基板16上，同步带主动轮12安装于过滤机构电机减速机17的输出轴端，同步带从动轮19安装于同步带涨紧板15上，同步带涨紧板15上安装于过滤基板16上，且同步带涨紧板15可根据同步带13的松紧程度进行前后调整，同步带支撑板14固定安装于过滤基板16上，避免同步带中心位置由于涨紧度不够导致合格的环形工件掉落至过滤废品箱8；通过支撑架底部的可调式地脚螺栓18调整过滤机构1的整体高度。
如图8所示，定位输送机构2包括输送组件以及沿着环形工件在输送组件上的行进方向依次设置的导向槽21、挡料组件74、检测组件75、定位槽23、定位组件76；
输送组件包括两个侧梁82、第一皮带31、第一滚筒83以及第二驱动电机20；两个侧梁82固定安装在基体框架的中部框体80上且两个侧梁82相互平行；两个侧梁82的前、后端均安装有第一滚筒83，第一皮带31套装两个第一滚筒83之间，第二驱动电机20的输出端与其中一个第一滚筒83连接；
挡料组件包括第一L型支架28、气缸29以及挡块30；第一L型支架28的一个侧板与所述侧梁82固定连接，另一个侧板上安装气缸29，气缸29的活动端安装挡块30；实际生产中将挡块设计为三角形，
实际工作时，气缸29伸出时导向槽21内的环形工件26可进入定位槽23内，当气缸29缩回时，导向槽21内的环形工件26被阻挡，无法进入定位槽23内，并且挡块30的作用下，环形工件能够进入备用料道94中，并落入定位失误废料箱7。
检测组件包括第二L型支架22以及两对对射式光电眼27；第二L型支架22的一个侧板与所述侧梁固定连接，另一个侧板上沿环形工件行进的方向上安装两对对射式光电眼27；两组对射式光电眼27前后的距离应小于环形工件26的定位误差要求的尺寸；(定位正确的状态是：第一对射光电眼的对射光被环形工件挡住，第二对的对射光没有被环形工件挡住，两对对射式光电眼27前后的距离应小于环形工件的定位误差要求，具体原因为：当靠近定位槽23的对射式光电眼27没有被挡住，则说明定位槽23中的环形工件数量不够或定位过于靠近尾部定位组件76，定位失败；若靠近导向槽21的对射式光电眼27也被挡住，则说明定位槽23中的环形工件过于靠近导向槽，超出定位误差要求，定位亦失败。)
定位组件包括两个立柱84、两个滑块85、连接板24以及定位气缸25；两个立柱84分别安装在两个所述侧梁82上；两个滑块85分别卡装在两个立柱84上；连接板24固定安装两个滑块85之间；定位气缸25安装在连接板24的中部，定位气缸25的活动端朝向导向槽21的出料端。
导向槽21安装于定位输送机构2的前端(实际上就是有两块折弯后的L型板材制作，两块L型板之间形成定位空间)，且左右可调整，用于实现对从过滤机构1出口环形工件的定位；定位槽23安装于挡料组件的后端(其结构与导向槽相似，长度可根据实际需要制作，定位槽的入口处为喇叭状，目的是方便环形工件的进入)，且左右可根据环形工件26的直径进行调整，用于实现对多个环形工件26左右的定位；
如图9和10所示，手臂机构3的基本结构包括左右移动组件86、垂直移动组件87以及装箱治具42；
左右移动组件86安装在上部框体79上，垂直移动组件87安装在左右移动组件86上，装箱治具42安装在垂直移动组件87上；
左右移动组件86带动垂直移动组件87在定位输送机构2和单层式换箱机构4之间移动，垂直移动组件87带动装箱治具42在上部框体79和中部框体80之间移动；
装箱治具42末端安装有多个环形工件拾取组件88，且所述多个环形工件拾取组件88的数量、间距与定位输送机构2中定位槽23内环形工件的数量、间距相适配。
具体的：左右移动组件包括手臂左右减速电机32、皮带传动机构、手臂左右直线导轨35、手臂左右直线滑块36以及手臂左右滑板44；
手臂左右直线导轨35安装在上部框体79上，手臂左右滑板44通过手臂左右直线滑块36卡装在手臂左右直线导轨35上；皮带传动机构安装在上部框体79内；
皮带传动机构71中的皮带与手臂左右滑板44固定连接；手臂左右减速电机32通过皮带传动机构驱动手臂左右滑板44在水平方向上移动。
此处皮带传动机构的具体结构如图9所示：
皮带传动机构包括手臂同步带主动轮33、手臂同步带34、手臂同步带涨紧板37、手臂同步带从动轮38。
手臂同步带34套装在手臂同步带主动轮33和手臂同步带从动轮38之间，手臂左右减速电机32通过同步带涨紧板37与手臂同步带主动轮33连接从而提供驱动力，通过调整同步带涨紧板37可实现手臂同步带34的张紧度。
垂直移动组件87包括手臂上下减速电机39、齿轮、齿条传动机构40、手臂上下固定箱体41、手臂上下导轨89、手臂上下滑槽43以及连接块90；
手臂上下固定箱体41与手臂左右滑板44固定连接；手臂上下滑槽43固定安装在手臂上下固定箱体41内；手臂上下导轨89自上而下从手臂上下固定箱体41的上端面贯穿至下端面并且位于手臂上下固定箱体71内部的手臂上下导轨89卡装在手臂上下滑槽43内；手臂上下导轨89伸出手臂上下固定箱体41下端面的部分安装连接块90。
通过手臂上下电机减速机39与齿轮、齿条传动机构40相配合通过手臂上下导轨滑槽43对手臂上下导轨89上下运动的导向，进而实现装箱治具42的上下运动。
如图11和12所示，装箱治具42包括上连接板45、连接螺钉48、下连接板49以及拾取组件88；上连接板45与下连接板49通过连接螺钉48固定成一个整体；
上连接板45的上端面与所述连接块90连接；
拾取组件88包括气爪固定螺钉50、手指47以及气爪46；手指47固定安装于气爪46上，气爪46通过气爪固定螺钉50固定安装于下连接板49上。
此处拾取组件88可以根据工件的实际形状进行改变，不仅仅限于上述方式，上述拾取组件88的方式仅仅针对内部有通孔的环形工件。
如图13所示，单层式换箱机构4包括固定框架51、箱体52、活动框架53、伺服减速电机54、皮带传动机构71、滚筒60、箱体定位气缸61、换箱直线导轨91以及换箱导轨滑块63；
固定框架51安装在中部框体80上，固定框架51上安装换箱直线导轨91，活动框架53通过换箱导轨滑块63卡装在所述换箱直线导轨上；
伺服减速电机54通过皮带传动机构驱动活动框架53在固定框架51上移动；
活动框架53内安装有多个滚筒60；箱体52通过多个滚筒60支承在活动框架53上；
箱体定位气缸61数量为2，两个箱体定位气缸61分别安装在活动框架53的前端和后端。
如图13和图14所示，此处的皮带传动机构71包括换箱同步带主动轮56、换箱同步带57、换箱同步带涨紧板58、换箱同步带从动轮59，此处的皮带传动机构连接方式与左右移动组件中的结构相似，此处不再赘述。当操作人员将箱体52放入单层式换箱机构活动节框架53上后，控制箱体定位气缸61伸出，并在滚筒60的作用下实现对箱体52的定位。
为了增强本发明的适应性，环形工件26的装箱层数可通过修改控制系统中的相关参数进行调整。
参见图15，本发明控制本发明中的控制系统6采用上位机-下位机体系结构，上位机采用WindowXP+QT系统，下位机采用STM8S208为核心SoC芯片的嵌入式系统；上位机和下位机之间采用232串行通信，通信协议采用Modbus-RTU；
上位机负责提供用户操作界面，用于对环形工件的厚度、直径以及装箱的层数参数进行设置，接收定位成功、箱体满载、换箱机构定位、挡料组件启动信号并发送至下位机；下位机负责驱动手臂机构的垂直、水平运动和单层式换箱机构中活动框架在固定框架上移动，同时用于启动挡料组件的气缸、定位组件中定位气缸的伸出与缩回。
通过上述对本发明结构的介绍本发明的原理是：
设备上电后，挡料组件中的气缸29伸出带动挡板30伸出，定位槽23入口被挡住；定位气缸25伸出，开始对进入定位槽23的环形工件26进行定位；手臂机构3运动至定位槽23上方，处于夹取环形工件26的待机位置，气爪46处于缩回状态，等待夹取；操作人员对单层式换箱机构4进行人工上箱体52，并按定位确认按钮62，箱体定位气缸61伸出，完成对箱体的定位。
环形工件26由环形成型机成型后，在第一皮带9的作用下进入剔除组件，剔除组件对于有破损或破裂的环形工件进行过滤、剔除；完好的环形工件26进入定位输送机构2，并在导向槽21中调整好位置后进入定位槽23，当定位槽23满载后，检测组件检测定位槽23中的第一个环形工件26的定位是否准确，若不准确，则反馈于控制系统，控制系统发出指令，定位气缸25缩回，挡料组件中的气缸29缩回，通过导向槽21的环形工件26在三角形挡块30的作用下，进入备用料道94，并流入定位失误废料箱7中，同时定位槽23中的多个环形工件26流入定位失误废料箱7，然后定位气缸25伸出，重新开始对进入定位槽23的环形工件26进行定位，此时挡料组件中气缸29伸出，定位槽23入口再次被打开；若定位准确，则控制系统发出指令，手臂机构3向下运动到位后，气爪46伸出，夹取环形工件26，然后运动至箱体52上方，气爪46伸出，将环形工件26放入箱体52；如此进行往复运动，等箱体52满载后，控制系统发出指令，单层式换箱机构4运动，活动框架带动箱体52移动出固定框架5，并运动到位后，箱体定位气缸61缩回，取消对箱体的定位，操作人员对满载的箱体52进行下料，然后再次进行对空的箱体52进行上料，并按定位确认按钮62，箱体定位气缸61伸出，完成对箱体的定位；如此往复循环。
为了节约成本，降低设备重量，本发明的实例中基体框架5采用铝型材相互连接而成，也可采用型钢焊接或连接，且基体框架5底部安装有可调整高度的地脚螺栓，进一步增强设备的适应性。

Claims (9)

1.一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：包括基体框架(5)、控制系统(6)、过滤机构(1)、定位输送机构(2)、手臂机构(3)以及单层式换箱机构(4)；
基体框架(5)包括左侧架(77)、右侧架(78)、上部框体(79)、中部框体(80)以及下部框体(81)；左侧架(77)和右侧架(78)相互平行，上部框体(79)、中部框体(80)以及下部框体(81)自上而下依次固定安装在左侧架(77)和右侧架(78)之间；
过滤机构(1)用于对环形工件输送至定位输送机构并且将不合格的环形工件进行剔除；
所述定位输送机构(2)和单层式换箱机构(4)并排固定安装于基体框架(5)的中部框体上；定位输送机构(2)用于实现对环形工件的导向及定位；单层式换箱机构(4)用于实现满箱与空箱之间的换箱；
所述手臂机构(3)固定安装于基体框架(5)的上部框体上用于实现对环形工件的夹取与装箱；
过滤机构(1)的工作面高于定位输送机构(2)的工作面；
所述控制系统(6)分别用于控制手臂机构(3)、过滤机构(1)、单层式换箱机构(4)以及定位输送机构工作；
所述过滤机构(1)包括输送装置、剔除组件(93)、支撑架(66)、过滤基板(16)以及过滤废品箱(8)；
过滤基板(16)安装在支撑架(66)上；过滤废品箱(8)位于剔除组件的下方；输送装置位于过滤基板(16)的前半部分、剔除组件位于过滤基板(16)的后半部分；
输送装置包括过滤机构传送带(9)、主动辊(68)、从动辊(69)、第一驱动电机(70)以及皮带传动机构(71)；
过滤机构传送带(9)套装在主动辊(68)和从动辊(69)之间，第一驱动电机(70)固定安装在支撑架(66)上并通过皮带传动机构(71)与主动辊(68)连接；
剔除组件(93)包括左侧固定组件(72)以及右侧活动组件(73)；
左侧固定组件(72)包括安装在过滤基板(16)上的活动板(11)以及安装在活动板(11)上的L型加持板(10)；
右侧活动组件(73)包括同步带主动轮(12)、同步带(13)、同步带支撑板(14)、同步带涨紧板(15)、减速电机(17)以及同步带从动轮(19)；
减速电机(17)安装在过滤基板(16)上，减速电机(17)的输出轴穿过过滤基板(16)后安装同步带主动轮(12)；同步带涨紧板(15)安装在过滤基板(16)上，同步带从动轮(19)安装在同步带涨紧板(15)上，同步带(13)套装在同步带主动轮(12)和同步带从动轮(19)之间；同步带支撑板(14)为L形，同步带支撑板(14)中一个侧板安装在过滤基板(16)上，另一个侧板压在同步带(13)传送面的背面；
L型加持板(10)与同步带(13)传送面之间的距离小于环形工件(26)的外径。
2.根据权利要求1所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：所述定位输送机构(2)包括输送组件以及沿着环形工件在输送组件上的行进方向依次设置的导向槽(21)、挡料组件(74)、检测组件(75)、定位槽(23)、定位组件(76)；
输送组件包括两个侧梁(82)、第一皮带(31)、第一滚筒(83)以及第二驱动电机(20)；两个侧梁(82)固定安装在基体框架(5)的中部框体(80)上且两个侧梁(82)相互平行；两个侧梁(82)的前、后端均安装有第一滚筒(83)，第一皮带(31)套装两个第一滚筒(83)之间，第二驱动电机(20)的输出端与其中一个第一滚筒(83)连接；
挡料组件包括第一L型支架(28)、气缸(29)以及挡块(30)；第一L型支架(28)的一个侧板与所述侧梁(82)固定连接，另一个侧板上安装气缸(29)，气缸(29)的活动端安装挡块(30)；
检测组件(75)包括第二L型支架(22)以及两对对射式光电眼(27)；第二L型支架(22)的一个侧板与所述侧梁(82)固定连接，另一个侧板上沿环形工件(26)行进的方向上安装两对对射式光电眼(27)；两组对射式光电眼(27)前后的距离应小于环形工件(26)的定位误差要求的尺寸；
定位组件(76)包括两个立柱(84)、两个滑块(85)、连接板(24)以及定位气缸(25)；两个立柱(84)分别安装在两个所述侧梁(82)上；两个滑块(85)分别卡装在两个立柱(84)上；连接板(24)固定安装两个滑块(85)之间；定位气缸(25)安装在连接板(24)的中部，定位气缸(25)的活动端朝向定位槽(23)的出料端；定位槽(23)的入口为喇叭形。
3.根据权利要求2所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：所述挡块为三角形。
4.根据权利要求3所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：
所述单层式换箱机构(4)包括固定框架(51)、箱体(52)、活动框架(53)、伺服减速电机(54)、皮带传动机构(71)、滚筒(60)、箱体定位气缸(61)、换箱直线导轨(91)以及换箱导轨滑块(63)；
固定框架(51)安装在中部框体(80)上，固定框架(51)上安装换箱直线导轨(91)，活动框架(53)通过换箱导轨滑块(63)卡装在所述换箱直线导轨上；
伺服减速电机(54)通过皮带传动机构(71)驱动活动框架(53)在固定框架(51)上移动；
活动框架(53)内安装有多个滚筒(60)；箱体(52)通过多个滚筒(60)支承在活动框架(53)上；
箱体定位气缸(61)数量为2，两个箱体定位气缸(61)分别安装在活动框架(53)的前端和后端。
5.根据权利要求4所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：
所述控制系统(6)采用上位机-下位机体系结构，上位机采用Wi ndowXP+QT系统，下位机采用STM8S208为核心SoC芯片的嵌入式系统；上位机和下位机之间采用232串行通信，通信协议采用Modbus-RTU；
上位机负责提供用户操作界面，用于对环形工件的厚度、直径以及装箱的层数参数进行设置，接收定位成功、箱体满载、换箱机构定位、挡料组件启动信号并发送至下位机；下位机负责驱动手臂机构(3)的垂直、水平运动和单层式换箱机构(4)中活动框架(53)在固定框架(51)上移动，同时用于启动挡料组件的气缸(29)、定位组件中定位气缸(25)的伸出与缩回。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：所述手臂机构(3)包括左右移动组件(86)、垂直移动组件(87)以及装箱治具(42)；
左右移动组件(86)安装在上部框体(79)上，垂直移动组件(87)安装在左右移动组件(86)上，装箱治具(42)安装在垂直移动组件(87)上；
左右移动组件(86)带动垂直移动组件(87)在定位输送机构(2)和单层式换箱机构(4)之间移动，垂直移动组件(87)带动装箱治具(42)在上部框体(79)和中部框体(80)之间移动；
装箱治具(42)末端安装有多个环形工件拾取组件(88)，且所述多个环形工件拾取组件(88)的数量、间距与定位输送机构(2)中定位槽(23)内环形工件的数量、间距相适配。
7.根据权利要求6所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：
左右移动组件(86)包括手臂左右减速电机(32)、皮带传动机构(71)、手臂左右直线导轨(35)、手臂左右直线滑块(36)以及手臂左右滑板(44)；
手臂左右直线导轨(35)安装在上部框体(79)上，手臂左右滑板(44)通过手臂左右直线滑块(36)卡装在手臂左右直线导轨(35)上；皮带传动机构(71)安装在上部框体(79)内；
手臂左右减速电机(32)通过皮带传动机构(71)驱动手臂左右滑板(44)在水平方向上移动。
8.根据权利要求7所述的一种环形工件快速装箱系统，其特征在于：
垂直移动组件(87)包括手臂上下减速电机(39)、齿轮、齿条传动机构(40)、手臂上下固定箱体(41)、手臂上下导轨(89)、手臂上下滑槽(43)以及连接块(90)；
手臂上下固定箱体(41)与手臂左右滑板(44)固定连接；手臂上下滑槽(43)固定安装在手臂上下固定箱体(41)内；手臂上下导轨(89)自上而下从手臂上下固定箱体(41)的上端面贯穿至下端面并且位于手臂上下固定箱体(41)内部的手臂上下导轨卡装在手臂上下滑槽(43)内；手臂上下导轨(89)伸出手臂上下固定箱体(41)下端面的部分安装连接块(90)。
9.根据权利要求8所述的环形工件快速装箱系统，其特征在于：
装箱治具(42)包括上连接板(45)、连接螺钉(48)、下连接板(49)以及拾取组件(88)；上连接板(45)与下连接板(49)通过连接螺钉(48)固定成一个整体；
上连接板(45)的上端面与所述连接块(90)连接；
拾取组件(88)包括气爪固定螺钉(50)、手指(47)以及气爪(46)；手指(47)固定安装于气爪(46)上，气爪(46)通过气爪固定螺钉(50)固定安装于下连接板(49)上。
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