CN108045969A - 一种多摞纸带盘托盘提升平层装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多摞纸带盘托盘提升平层装置及其控制方法，包括外框架、物料台、提升电机、齿轮、齿条、纸带盘待拾取高度杆、光电开关，所述外框架构成整个提升装置的支撑结构，外框架的四根竖直框架上分别设有齿条，各个齿条分别适配连接有齿轮，齿轮连接有提升电机，提升电机和齿轮上部同步设有物料台，物料台上用于放置纸带盘，外框架上部相对设有纸带盘待拾取高度杆，纸带盘待拾取高度杆上设有相对设置的光电开关。本发明的提升装置采用纸带盘托盘提升机构，纸带盘总是在同一高度拾取，使得拾取机构运动的Z轴运动范围大大减少，缩短了Z轴长度，提高了设备稳定性，减少了设备占用空间。

Description

一种多摞纸带盘托盘提升平层装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种上下料平台的提升平层装置，具体而言，是一种对多盘窄纸带盘叠成一摞的纸带盘摞，在顶层纸带盘不断提取后提升纸带盘托盘，保证顶层纸带盘与某一位置准确找平的提升平层装置。

背景技术

一种柔性棒料由开松的纤维丝束用纸带包裹而成型。棒料外部包裹的窄条纸带通常卷绕成一盘纸带盘，通过接纸机开卷机构协调、稳定地控制，来输送纸带包裹纤维丝束。接纸机随着一盘纸带的使用完结，就需要给另一个开卷辊上装上新纸带盘，为此，全自动接纸机必须设有新纸带盘提供装置。

传统的纸带盘提供装置为托盘固定式单摞纸盘待拾取方式。即摆放纸带盘的托盘固定不动，纸带盘由纸带盘拾取机构取走，每取走一盘纸带盘，在取下一盘纸带盘时，拾取机构就要向下增加一盘纸带宽度的行程。这样，在一摞纸盘数量一定的情况下，此种方式会造成两种情况：1.由于托盘位置固定，纸带盘数量较少情况下，纸带盘拾取机构为了抓取较底层的纸带盘，需要向下运动较长行程才能拾取到纸带盘。2.一个班工作所使用的纸带盘数量较多情况下，如果将纸带盘全部叠放在同一托盘上，纸带盘总高度就会超过接纸机纸带盘容量高度。为了解决这两个问题，针对情况1，可以设计长Z轴(垂直轴)的纸盘拾取机构，但带来的问题是：长Z轴使制造成本增加，运动稳定性难以保证，而且需要一定的高度空间；针对情况2，则需要一个班中多次上料，而且每次上料前，都要将纸带盘从采购来的纸带盘托盘(一般摆放4摞纸带盘)上移动摆放到特定的托盘上，增加了上料辅助工时和用工成本。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种多摞纸带盘托盘提升平层装置及其控制方法，随着纸带盘的拾取，现有纸带盘不断提升，以缩短纸带盘拾取机构Z轴长度，同时所使用的纸带盘托盘就为采购来的纸带盘托盘，足够多的纸带盘，使得一班只要上料一次，节省了辅助工时和用工成本。

技术方案：本发明所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置包括外框架、物料台、提升电机、齿轮、齿条、纸带盘待拾取高度杆、光电开关，所述外框架构成整个提升装置的支撑结构，所述外框架的四根竖直框架上分别设有齿条，各个齿条分别适配连接有齿轮，所述齿轮连接有提升电机，通过提升电机驱动齿轮转动，所述提升电机和齿轮上部同步设有物料台，所述物料台上用于放置纸带盘，所述外框架上部相对设有纸带盘待拾取高度杆，所述纸带盘待拾取高度杆上设有相对设置的光电开关。

进一步的，所述物料台上纸带盘的数量至少为1个。

进一步的，各框架上的齿条的高度一致，齿尖位于同一水平面上。

进一步的，所述纸带盘待拾取高度杆的高度与纸带盘拾取机构拾取纸带盘的高度一致。

进一步的，所述光电开关的数量与纸带盘的数量一致，且一一对应设置。

进一步的，所述光电开关采用反射式光电开关。

本发明还公开了上述一种多摞纸带盘托盘提升平层装置的控制方法，包括：

当几个光电开关同时检测不到纸带盘时，表明一层纸带盘已经全部拾取，托盘提升电机启动，纸带盘托盘提升；当某一光电开关检测到纸带盘时，表明该纸带盘已上升到纸带盘待拾取位置，该纸带盘可以被拾取机构拾取，于是电机停止，控制系统驱动拾取机构运动到该纸带盘上方拾取纸带盘；

将几个纸带盘按一定规律编号为1、2、3、4号纸带盘，如果同时有两个光电开关检测到纸带盘，则表明该两个纸带盘均可拾取，控制系统将按照事先的编号从小到大的次序拾取纸带盘；

通过行程开关判断托盘是否上升到达纸带盘拾取高度，如是则表明托盘上纸带盘已经拾取完毕，托盘提升电机反向启动，下降到初始位置。

有益效果：本发明的有益效果如下：

(1)由于采用纸带盘托盘提升机构，纸带盘总是在同一高度拾取，使得拾取机构运动的Z轴运动范围大大减少，缩短了Z轴长度，提高了设备稳定性，减少了设备占用空间；

(2)利用光电传感器对纸盘位置进行判断，运行稳定、高效。选用四只反射式光电开关，安装在对置的两根纸带盘待拾取高度杆，让出了纸带盘上料的通道；

(3)相较于单摞纸带盘的托盘，本发明同时兼顾四个纸带盘，既能降低Z轴高度，又提高了工作效率减少了辅助工时。

附图说明

图1为发明的提升装置整体结构示意图；

图2为本发明机械手中的翻转机构结构示意图；

图3为本发明机械手中的卡爪机构结构示意图；

图4为本发明机械手中的退料机构结构示意图；

图5为本发明机械手的抓取控制系统的系统控制框图；

图6是出厂纸盘随机堆垛示意图；

图7是机械手运动过程控制流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置包括外框架31、物料台32、提升电机33、齿轮34、齿条35、纸带盘待拾取高度杆36、光电开关37，所述外框架31构成整个提升装置的支撑结构，所述外框架31的四根竖直框架上分别设有齿条35，各个齿条35分别适配连接有齿轮34，所述齿轮34连接有提升电机33，通过提升电机33驱动齿轮34转动，所述提升电机33和齿轮34上部同步设有物料台32，所述物料台32上用于放置纸带盘，所述外框架31上部相对设有纸带盘待拾取高度杆36，所述纸带盘待拾取高度杆36上设有相对设置的光电开关37。

本实施例中的提升装置以装载4摞纸带盘为例，4摞纸带盘放置在采购来的纸带盘托盘上，纸带盘托盘放置在物料台上。

对应的四条齿条竖直安装在纸带盘提供装置的外框架上，并且齿条高度一致，齿尖位于同一水平面，电机通过齿轮与同步齿轮连接，四个同步齿轮与四条齿条相连接保证物料台的水平提升。

纸带盘待拾取高度杆的高度为适合纸带盘拾取机构拾取纸带盘的高度，光电开关组安装在对置的两根纸带盘待拾取高度杆上，四个光电开关的位置正对四列纸带盘，用来检测纸带盘高度。光电开关为反射式光电开关，即经过适当调整，可以使得光电开关接收到反射信号时表明开关前有纸带盘。

纸带盘提供装置的控制过程如下：

当纸带盘处于待提升位置时，即纸盘高度未到达光电开关37位置时，四个光电开关37同时检测不到纸盘，表明一层纸带盘已经全部拾取。控制系统对光电管信号进行采集判断，启动提升电机33，提升物料台32。

当纸带盘达到纸带盘拾取位置时，即纸带盘到达纸带盘待拾取高度杆36以及被光电开关37中的某一只检测到时，表明该纸带盘已上升到纸带盘待拾取位置，该纸带盘可以被拾取机构拾取，提升电机33停止，控制系统驱动拾取机构运动到该纸带盘上方拾取纸带盘。

将4个纸带盘按一定规律编号为1、2、3、4号纸带盘，如果同时有两个光电开关检测到纸带盘，则表明该两个纸带盘均可拾取，控制系统将按照事先的编号从小到大的次序拾取纸带盘。

通过行程开关可以判断托盘是否上升到达纸带盘拾取高度，如是则表明托盘上纸带盘已经拾取完毕，托盘提升电机反向启动，下降到初始位置。

以上所述的纸带盘拾取机构中用于抓取本发明中的纸带盘的机械手结构包括卡爪机构、翻转机构和退料机构。

如图3所示，所述的卡爪机构包括三个卡爪：第一卡爪12、第二卡爪18和第三卡爪20，卡爪的长度为纸盘厚度的三分之二。以及三个连杆：第一连杆9、第二连杆19和第三连杆14，所述的第一卡爪12、第二卡爪18和第三卡爪20分别固定在第一连杆9、第二连杆19和第三连杆14上，三个连杆绕固定轴心转动，其中第一连杆9连接有卡爪气缸15，通过卡爪气缸15驱动第一连杆9转动，并带动第一卡爪12涨缩，与卡爪气缸15连接的第一连杆9与其余的第二连杆19、第三连杆14通过第一连接柱17、第二连接柱13连接实现联动，实现三个卡爪同时自定心涨缩。该卡爪机构设置于顶板与底板之间(图4所示)，所述固定轴心固定于底板上，卡爪气缸固定于顶板上。

如图2所示，所述的翻转机构包括固定条6、连接轴3、驱动气缸和驱动连杆，顶板7通过固定条6和连接轴3与机械手Z轴移动机构铰接，机械手Z轴移动机构实现机械手的升降操作。所述连接轴3两端部分别通过第一驱动连杆2、第二驱动连杆5分别连接有第一驱动气缸1、第二驱动气缸4，通过所述驱动气缸驱动驱动连杆带动连接轴转动，实现卡爪机构的转动，卡爪机构的转动角度为0-90°，图中角度为垂直状态。

如图3和4所示，所述的退料机构包括三个退料气缸：第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21，顶板7、退料板8和底板10，各个退料气缸两端分别固定在顶板7、底板10上，退料气缸的气缸轴上安装有退料板8，通过退料气缸的动作实现退料板的伸缩驱动。

如图5所示，抓取控制系统包括显示系统、PLC控制系统、运动控制驱动系统，所述PLC控制系统输入端与显示系统电连接，所述PLC控制系统输出端与运动控制驱动系统电连接，所述运动控制驱动系统与卡爪气缸、驱动气缸、退料气缸连接，所述PLC控制系统的输入端还连接有DSP处理器的输出端。

本实施例中，以三菱公司的FX5U系列的PLC加运动控制模块为核心控制器，整个系统包括PLC、运动控制模块、纸盘抓取、上料三轴运动控制系统(含伺服放大器、伺服电机)，气动系统等；机器视觉系统及位置检测装置是其精确定位的前导系统。PLC接受控制按钮命令，位置传感器信号以及其他开关量信号，控制整个抓取、上料动作的逻辑步序，同时接受机器视觉系统通过RS485通信传送的位置信息，通过运动控制模块驱动机械手运动，运动控制模块与伺服系统采用运动控制专用高速光纤通信总线，实现并保证了运动控制的实时性。

如图6所示，对于随机纸盘堆垛情况中的4个纸盘分别标号为1、2、3、4，在基于机器视觉的纸盘定位操作之后，机械手实际已经下降到了对应的纸盘内圆中。下面以纸盘1为例进行纸盘取放说明，流程图如图7所示：

基于纸盘门架的俯视角，设定一定点坐标T如图6所示。机械手在纸盘1的内圆中，张开夹爪，使纸盘内壁和夹爪契合。

机械手提升2/3个纸盘直径的高度，并且PLC控制伺服电机，伺服电机驱动机械手移动至T点所在的坐标点位置。

机械手在图2中的第一驱动气缸1、第二驱动气缸4的驱动下，带动连接轴3旋转90°，于是被机械手夹取的纸盘也旋转90°变为竖直状态。

伺服电机控制机械手保持Y坐标不变，X轴向移动至纸盘初步套入接纸机上待上料纸盘夹头上大约纸盘厚度的三分之一处(实际系统需要现场调试)，机械手夹爪收回，固定在顶板7和底板10的第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21同时动作，驱动退料板8伸出，使纸盘完全进入待上料纸盘夹头上。

机械手退回至T点，第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21动作，驱动退料板8收回，同时第一驱动气缸1、第二驱动气缸4动作，带动连接轴3旋转-90°，准备下个纸盘的抓取。

同样的原理，可以实现纸盘2，纸盘3，纸盘的夹取和放置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：包括外框架(31)、物料台(32)、提升电机(33)、齿轮(34)、齿条(35)、纸带盘待拾取高度杆(36)、光电开关(37)，所述外框架(31)构成整个提升装置的支撑结构，所述外框架(31)的四根竖直框架上分别设有齿条(35)，各个齿条(35)分别适配连接有齿轮(34)，所述齿轮(34)连接有提升电机(33)，通过提升电机(33)驱动齿轮(34)转动，所述提升电机(33)和齿轮(34)上部同步设有物料台(32)，所述物料台(32)上用于放置纸带盘，所述外框架(31)上部相对设有纸带盘待拾取高度杆(36)，所述纸带盘待拾取高度杆(36)上设有相对设置的光电开关(37)。

2.根据权利要求1所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：所述物料台(32)上纸带盘的数量至少为1个。

3.根据权利要求1所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：各框架上的齿条(35)的高度一致，齿尖位于同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：所述纸带盘待拾取高度杆(36)的高度与纸带盘拾取机构拾取纸带盘的高度一致。

5.根据权利要求1所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：所述光电开关(37)的数量与纸带盘的数量一致，且一一对应设置。

6.根据权利要求1或5所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置，其特征在于：所述光电开关(37)采用反射式光电开关。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种多摞纸带盘托盘提升平层装置的控制方法，其特征在于：包括：

当几个光电开关同时检测不到纸带盘时，表明一层纸带盘已经全部拾取，托盘提升电机启动，纸带盘托盘提升；当某一光电开关检测到纸带盘时，表明该纸带盘已上升到纸带盘待拾取位置，该纸带盘可以被拾取机构拾取，于是电机停止，控制系统驱动拾取机构运动到该纸带盘上方拾取纸带盘；

将几个纸带盘按一定规律编号为1、2、3、4号纸带盘，如果同时有两个光电开关检测到纸带盘，则表明该两个纸带盘均可拾取，控制系统将按照事先的编号从小到大的次序拾取纸带盘；

通过行程开关判断托盘是否上升到达纸带盘拾取高度，如是则表明托盘上纸带盘已经拾取完毕，托盘提升电机反向启动，下降到初始位置。