CN107934591A - 一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，主要由智能识别系统、控制系统、大桁架机构、小桁架机构、传送机皮带机构、固定供货台、真空搬运机械手，吐包控制装置以及缓存压包装置构成，所述大桁架机构行走安装在左右走向的水平导轨上，所述大桁架机构上设有前后水平向设置的小桁架导轨，本发明合理安排物料位置，实现有限空间最大化利用，有效的避免了因人工操作而造成的物料安排不合理所导致的空间不合理利用、因路况导致物料掉落等缺陷。

Description

一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机

技术领域

本发明涉及装车机领域，尤其是涉及一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机。

背景技术

目前装车行业为高危型，重体力行业，其劳动强度高，对人的危害大，劳动效率低，设计一种能够用机器替代人的自动化系统势在必行。

为了弥补国内自动化装车行业的缺陷，本发明将激光测距仪自动化检测设备与机器人技术相结合，通过对车辆的智能识别，确定最优的码垛垛型，通过精确控制大桁架机构、小桁架机构的行走和真空机器手的运动，实现袋装物料精准码垛，采取分块化的装车模式提高装车效率。从而实现全自动智能化高速装车。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，主要由智能识别系统、控制系统、大桁架机构、小桁架机构、传送机皮带机构、固定供货台、真空搬运机械手，吐包控制装置以及缓存压包装置构成，所述大桁架机构行走安装在左右走向的水平导轨上，此时大桁架机构在大桁架伺服驱动机构驱动下实现沿水平导轨左右向水平移动；所述大桁架机构上设有前后水平向设置的小桁架导轨，小桁架机构行走安装在小桁架导轨上，此时小桁架机构在小桁架伺服驱动机构驱动下实现沿小桁架导轨前后向水平移动；所述小桁架机构的下方位置间隔设置有前后向水平设置的传送机皮带机构，且固定供货台与传送机皮带机构固定连接并互通，此时固定供货台上的货物输送至传送机皮带机构上；所述缓存压包装置安装在传送机皮带机构的前端位置；利用大桁架机构和小桁架机构分别实现左右向以及前后向移动调节；所述真空搬运机械手固定在机械手转动伺服机构上，利用机械手转动伺服机构带动真空搬运机械手转动；其中机械手转动伺服机构安装在机械手升降机构底端，此时机械手升降机构带动真空搬运机械手实现竖直向移动；所述机械手升降机构行走安装在小桁架机构的行走导轨上，其中小桁架机构上的行走导轨呈左右向水平设置，机械手升降机在伺服驱动机构的驱动作用下沿行走导轨左右水平移动，此时整个真空搬运机械手可实现左右向、前后向以及竖直向移动，配合机械手转动伺服机构还可实现转动，这样便于将传送机皮带机构上的物料取下并码包在下方的运输车上。

作为本发明进一步的方案：所述智能识别系统主要由二维激光扫描仪、云台传动机构、云台支架、云台零点开关和云台限位开关构成，所述二维激光扫描仪采用螺栓固定在云台传动机构，云台传动机构主要由减速电机构成，云台传动机构固定在云台支架上，且二维激光扫描仪的外围设有一处云台零点开关和两处云台限位开关，云台零点开关主要由光电传感器构成，云台限位开关由电磁传感器组成。通过OpenGL系统对车厢底座进行三维重建，它能够利用云台与自身的电机形成一个三维扫描系统，将位于下方的车辆进行识别定位，从而获取车厢轮廓原始数据。

作为本发明进一步的方案：所述控制系统主要由工控机、运动控制卡、伺服电动机驱动器、电机变频器、传感器、光电开关以及行程开关构成，其中光电开关以及行程开关与运动控制卡通讯连接，运动控制卡与伺服电动机驱动器和电机变频器通讯连接，其中伺服电动机驱动器连接对应的伺服驱动机构，电机变频器连接对应的交流变频驱动电机；运动控制卡与工控机通讯连接，且工控机的还接有其他传感器、人机操作装置以及智能识别系统，其中利用工控机实现运动规划以及逻辑命令的输出，运动规划包括码放规划控制和运动规划控制；其中码放规划控制利用优化算法，根据装车吨位需求和车型特点确定最佳码垛垛型；运动规划控制包括：大桁架左右方向行走的控制，搬运机器手的左右方向移动控制，搬运机器手竖向方向的移动控制，搬运机器手竖向方向旋转的控制，小桁架前后方向行走的控制，缓存压包装置的缓存压包控制，吐包装置的吐包控制。

作为本发明进一步的方案：所述工控机还接接有端子板、I/O扩展板、232/485转换器、触摸屏、液晶显示器、24V开关电源以及滤波器。

作为本发明进一步的方案：所述缓存压包装置主要由气缸、连杆机构以及闸门构成，利用气缸和连杆机构控制闸门做开闭运动，当计数器计算经过料袋已经达到装载需求吨位时，压包装置关闭，停止出包，正常装载时，气缸推动连杆打开闸门，料包正常通过，缓存压包处安置计数器，对料包进行计数。

作为本发明进一步的方案：所述吐包控制装置由伺服电机、减速机以及皮带组件构成，通过伺服电机、减速机带动皮带转动来控制袋状物料吐包，对即将到达供货台的袋装物料的姿态进行精确的调整。供货台上有料包未取走时，吐包装置停转压包，待供货台无料包时，吐包装置开始吐包，吐包机处设置计数器，对经过吐包机料包进行计数。

作为本发明进一步的方案：固定供货台由安装在供货台上面的电辊传送料袋，固定供货台的最前端安装有挡板，阻挡料袋继续运动，固定供货台的两侧安装有两对激光对射传感器，当两个传感器都被遮挡时说明物料到达供货台，此时真空搬运机械手可以取走料袋，供货台固定安装在装车位一侧。

作为本发明进一步的方案：传送机皮带机构可以根据实际情况下生产线的生产效率在其驱动电机的控制下调节传送速度，其整体由水平放置的皮带传送带、供货台的辊子传送带、倾斜放置的皮带传送三部分带构成；控制系统根据搬运情况进行协调控制皮带的转速。

本发明的有益效果：本发明合理安排物料位置，实现有限空间最大化利用，有效的避免了因人工操作而造成的物料安排不合理所导致的空间不合理利用、因路况导致物料掉落等缺陷，对料包装载位置进行精确定位，误差不超过1cm，并可根据码垛策略调整料袋姿态，满足大吨位车辆装载时码垛稳定性的要求。通过伺服电机精准控制缓存压包和吐包，使整个装载过程严格按照系统装车节奏进行，提高装车效率和精准性。本装车机器人可利用车间桁架结构进行改造，大大降低企业的改造成本，装车机器人可随大桁梁装载车间的所有装载工位，机器人为悬置机构不占用车间地面空间。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构示意图；

图2是控制系统原理图；

图3是控制系统组成结构；

图4是机器人车辆识别与控制系统结构简图；

图5扫描算法程序框；

图6机器人装车示意图；

图7装车区域划分图；

图8纵向码垛图；

图9横向码垛图；

图10云台结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～10，本发明实施例中，一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，主要由智能识别系统、控制系统、大桁架机构2、小桁架机构6、传送机皮带机构3、固定供货台4、真空搬运机械手7，吐包控制装置以及缓存压包装置8构成，所述大桁架机构2行走安装在左右走向的水平导轨1上，此时大桁架机构2在大桁架伺服驱动机构驱动下实现沿水平导轨1左右向水平移动；所述大桁架机构2上设有前后水平向设置的小桁架导轨5，小桁架机构6行走安装在小桁架导轨5上，此时小桁架机构6在小桁架伺服驱动机构驱动下实现沿小桁架导轨5前后向水平移动；所述小桁架机构6的下方位置间隔设置有前后向水平设置的传送机皮带机构3，且固定供货台4与传送机皮带机构3固定连接并互通，此时固定供货台4上的货物输送至传送机皮带机构3上；所述缓存压包装置8安装在传送机皮带机构3的前端位置；利用大桁架机构2和小桁架机构6分别实现左右向以及前后向移动调节；所述真空搬运机械手7固定在机械手转动伺服机构上，利用机械手转动伺服机构带动真空搬运机械手7转动；其中机械手转动伺服机构安装在机械手升降机构底端，此时机械手升降机构带动真空搬运机械手7实现竖直向移动；所述机械手升降机构行走安装在小桁架机构6的行走导轨上，其中小桁架机构6上的行走导轨呈左右向水平设置，机械手升降机在伺服驱动机构的驱动作用下沿行走导轨左右水平移动，此时整个真空搬运机械手7可实现左右向、前后向以及竖直向移动，配合机械手转动伺服机构还可实现转动，这样便于将传送机皮带机构3上的物料取下并码包在下方的运输车上。

所述智能识别系统主要由二维激光扫描仪、云台传动机构、云台支架和云台零点开关和云台限位开关构成，如图10所示，所述二维激光扫描仪采用螺栓固定在云台传动机构，云台传动机构主要由减速电机构成，云台传动机构固定在云台支架上，且二维激光扫描仪的外围多处均设有云台零点开关，云台零点开关主要由光电传感器构成，云台限位开关由电磁传感器组成。通过OpenGL系统对车厢底座进行三维重建，它能够利用云台与自身的电机形成一个三维扫描系统，将位于下方的车辆进行识别定位，从而获取车厢轮廓原始数据。

所述控制系统主要由工控机、运动控制卡、伺服电动机驱动器、电机变频器、传感器、光电开关以及行程开关构成，其中光电开关以及行程开关与运动控制卡通讯连接，运动控制卡与伺服电动机驱动器和电机变频器通讯连接，其中伺服电动机驱动器连接对应的伺服驱动机构，电机变频器连接对应的交流变频驱动电机；运动控制卡与工控机通讯连接，且工控机的还接有传感器、人机操作装置以及智能识别系统，其中利用工控机实现运动规划以及逻辑命令的输出，运动规划包括码放规划控制和运动规划控制；其中码放规划控制利用优化算法，根据装车吨位需求和车型特点确定最佳码垛垛型；运动规划控制包括：大桁架左右方向行走的控制，搬运机器手的左右方向移动控制，搬运机器手竖向方向的移动控制，搬运机器手竖向方向旋转的控制，小桁架前后方向行走的控制，缓存压包装置的缓存压包控制，吐包装置的吐包控制。

所述工控机还接接有端子板、I/O扩展板、232/485转换器、触摸屏、液晶显示器、24V开关电源以及滤波器。

所述缓存压包装置8主要由气缸、连杆机构以及闸门构成，利用气缸和连杆机构控制闸门做开闭运动，当计数器计算经过料袋已经达到装载需求吨位时，压包装置关闭，停止出包，正常装载时，气缸推动连杆打开闸门，料包正常通过，缓存压包处安置计数器，对料包进行计数。

所述吐包控制装置由伺服电机、减速机以及皮带组件构成，通过伺服电机、减速机带动皮带转动来控制袋状物料吐包，对即将到达供货台的袋装物料的姿态进行精确的调整。供货台上有料包未取走时，吐包装置停转压包，待供货台无料包时，吐包装置开始吐包，吐包机处设置计数器，对经过吐包机料包进行计数。

固定供货台4由安装在供货台上面的电辊传送料袋，固定供货台4的最前端安装有挡板，阻挡料袋继续运动，固定供货台4的两侧安装有两对激光对射传感器，当两个传感器都被遮挡时说明物料到达供货台，此时真空搬运机械手7可以取走料袋，供货台固定安装在装车位一侧。

传送机皮带机构可以根据实际情况下生产线的生产效率在其驱动电机的控制下调节传送速度。其整体由水平放置的皮带传送带、供货台的辊子传送带、倾斜放置的皮带传送三部分带构成；控制系统根据搬运情况进行协调控制皮带的转速。

本发明的工作原理是：二维激光扫描仪用来扫描待装车辆的位置及尺寸；车辆识别与定位系统与扫描仪之间用以太网通信；设备的开始、停止与回零系统通过动力与编码器专用线缆控制自动装车机器人的开始、停止与回零；设备报警、急停装置与自动装车机器人通过动力与编码器专用线缆进行交互通信；首先，把袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统初始化，初始化完成之后等待待装车辆进入等候区域，装车人凭借财务缴费领取的卡片进行刷卡装车。车辆进入等候区域之后，激光扫描仪开始扫描，扫描数据以以太网通信传输到工控机内。

当工控机数据处理完成之后，利用大桁架伺服驱动系统、小桁架伺服驱动系统和机械抓手驱动系统将真空搬运机械手7运行到初始装车位置。

如图6所示，自动装车机器人运行至初始位置后通过动力与编码器专用线缆与设备的开始、停止与回零系统进行通信，其控制自动装车机器人上的开始工作铃发出响声，然后袋状物料装车机器人上的料袋输送皮带机装置，缓存压包装置、吐包装置开始运行。图6中在传递过程中设置4处传感器，分别是对射计数传感器1、2、3、4。1在皮带输送机的缓存压包装置处，2在吐包处，3、4在供货台处。

当物料传送到自动装车机器人上，物料进入自动装车机器人的料袋缓存压包装置后，其上的激光对射计数器1感应物料，开始计数，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上。待缓存装置吐出料袋，物料经过转向进入下滑道，然后进入吐包装置，吐包装置对料包进行精确整形调整，激光对射传感器2等待物料经过，当物料从中间经过，计数器加1，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上。同时供货台上的电辊开始运动，激光对射传感器3、4显示有料包在货台上时。吐包装置不吐包，机械手臂下移吸取料包，沿着X方向移动至空位，放下料包，之后沿X方向返回，等待小桁架移动到下一区域，重复吸放料包动作。当激光对射传感器3、4显示供货台无料包时，吐包装置开始吐包，料包通过，机械手臂在随小桁架沿Y方向的运动及自身相对于小桁架X方向的运动过程中到达指定位置放包。当计数器1显示装载量达到装载吨位要求时，缓存压包处开始关闭，阻止新的料包进入，当缓存压包处计数器计数满足数量要求时，停止进包，2、3、4处计数器显示均无料包时，装车结束，机械手复位、小桁架、大桁架相继复位，响铃提醒装车结束。

本装车机器人的码垛采用区域化码垛方式，区域划分如图7所示，沿着X方向（车长的方向），划分A,B,C若干区域，码垛时，装车机器人自前（车头方向）至后（车尾方向）分区域码垛，在A区域码放1至多层（根据物料特性确定具体层数）后，大桁架再向后移动至B区装载空间，开始装载B区，在码放同一区域时大桁架不需移动，小桁架带动机械手沿Y方向移动，完成区域内的码垛。

同一区域码垛时，料包有两种码放方式：图8所示为纵向码垛，图9所示为横向码垛。以图8为例，码垛A列时，大桁架静止，小桁架运动，机械手在小桁架上随小桁架一起沿Y方向移动至供货台上方，机械手在小桁架上相对于小桁架做X向运动抓取料包，然后机械手随小桁架一起沿Y方向移动至A列上方放置料包，装完A列后；机械手再次随小桁架移动至供货台上方抓取料包，然后机械手随小桁架一起沿Y方向移动至B列码垛处，开始装填B列，以此类推，当装完此区域一层后，若需在此区域内继续码垛，则大桁架依然保持不动，小桁架带动机械抓手沿着Y向做往复运动，机械手臂重复之前相对于小桁架X向移动，抓放料包。若装完此区域需要装下一区域，大桁架带动小桁架和机械手向后移动至下一装载区域开始上述重复过程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，主要由智能识别系统、控制系统、大桁架机构、小桁架机构、传送机皮带机构、固定供货台、真空搬运机械手，吐包控制装置以及缓存压包装置构成，其特征在于，所述大桁架机构行走安装在左右走向的水平导轨上，所述大桁架机构上设有前后水平向设置的小桁架导轨，小桁架机构行走安装在小桁架导轨上，所述小桁架机构的下方位置间隔设置有前后向水平设置的传送机皮带机构，且固定供货台与传送机皮带机构固定连接并互通，所述缓存压包装置安装在传送机皮带机构的前端位置；所述真空搬运机械手固定在机械手转动伺服机构上，其中机械手转动伺服机构安装在机械手升降机构底端，机械手升降机构带动真空搬运机械手实现竖直向移动，机械手旋转机构可带动机械手旋转90度；所述机械手升降机构行走安装在小桁架机构的行走导轨上，其中小桁架机构上的行走导轨呈左右向水平设置。

2.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，所述智能识别系统主要由二维激光扫描仪、云台传动机构、云台支架、云台零点开关和云台限位开关构成，所述二维激光扫描仪采用螺栓固定在云台传动机构，云台传动机构主要由减速电机构成，云台传动机构固定在云台支架上，且二维激光扫描仪的外围多处均设有云台零点开关，云台零点开关主要由光电传感器构成，云台限位开关由电磁传感器组成。

3.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，所述控制系统主要由工控机、运动控制卡、伺服电动机驱动器、电机变频器、传感器、光电开关以及行程开关构成，其中光电开关以及行程开关与运动控制卡通讯连接，运动控制卡与伺服电动机驱动器和电机变频器通讯连接，其中伺服电动机驱动器连接对应的伺服驱动机构，电机变频器连接对应的交流变频驱动电机；运动控制卡与工控机通讯连接，且工控机的还接有传感器、人机操作装置以及智能识别系统。

4.根据权利要求3所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，所述工控机还接有端子板、I/O扩展板、232/485转换器、触摸屏、液晶显示器、24V开关电源以及滤波器。

5.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，所述缓存压包装置主要由气缸、连杆机构以及闸门构成，缓存压包处安置计数器。

6.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，所述吐包控制装置由伺服电机、减速机以及皮带组件构成，吐包机处设置计数器。

7.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，固定供货台由安装在供货台上面的电辊传送料袋，固定供货台的最前端安装有挡板，固定供货台的两侧安装有两对激光对射传感器。

8.根据权利要求1所述的基于桁架式的固定供货台袋装物料智能装车机，其特征在于，传送机皮带机构由水平放置的皮带传送带、供货台的辊子传送带、倾斜放置的皮带传送三部分带构成。