CN108275474A - 滑台式装配及堆垛机械臂系统 - Google Patents

滑台式装配及堆垛机械臂系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滑台式装配及堆垛机械臂系统。堆垛机置于左右皮带输送机之间，物料智能下落装置固接在左皮带输送机上；堆垛机立柱上装有横向滑台，横向滑台上通过横向滑块装有纵向滑台，纵向滑台随横向滑块在横向滑台上左右移动；纵向滑台上装有纵向滑块，纵向滑块上固定有纵向连接件，纵向连接件下端装有旋转轴电机，旋转轴电机连接旋转轴，旋转轴上设有抓取机构，包括吸口朝上的上吸盘和吸口朝下的下吸盘；可编程智能控制器控制物料智能下落装置的下料电机、皮带输送机的传送带输送电机、横向滑块的横向驱动电机、纵向滑块的纵向驱动电机、旋转轴电机、为吸盘提供真空吸气的两位三通电磁阀。本发明解决了不适合重叠摞放产品的堆垛打包问题。

Description

滑台式装配及堆垛机械臂系统
技术领域
[0001] 本发明涉及人工智能机器系统，具体是一种滑台式装配及堆垛机械臂系统。
背景技术
[0002] 目前，在产品包装中，例如:注塑厂生产的带盖塑料箱，为降低库房及运输成本往 往是将箱盖与箱体分别打包，箱体多为梯形便于重叠罗放，而箱盖周围一圈为直角边，有的 箱盖还带有插扣，为不使箱盖及插扣变形必须四方交替错位，因此对这类箱盖只能四方交 替错位、正反对扣码放，这样既保证插扣不变形又可减少体积。虽然现有的人工智能机器可 以实现这样的产品包装要求，但现有的人工智能机器是由多自由度机械机构构成的，每个 自由度都需要一套完整的传动机构和控制系统，导致多自由度的人工智能机器价格比较昂 贵，因此在实际生产中，这样的产品包装多采用人工码垛，效率很低并经常出错，码垛人员 长期工作在注塑车间也会对身体造成危害。
发明内容
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉的滑台式装配及堆垛机 械臂系统，可实现货物的三轴位移、多角度翻转，尤其解决背景技术所述的正反码放包装中 存在的问题。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案是： 一种滑台式装配及堆垛机械臂系统，包括物料智能下落装置，皮带输送机，堆垛机与可 编程智能控制器； 皮带输送机设置两套，左右布置，左边的皮带输送机输送待码垛物品，右边的皮带输送 机输送码放好的物品;物料智能下落装置固接在左边的皮带输送机上； 堆垛机为三轴位移、多角度翻转结构，设置于左、右皮带输送机之间，包括立柱，立柱上 部外跨式装配有横向滑台，横向滑台上通过横向滑块装有纵向滑台，纵向滑台随横向滑块 在横向滑台上左右移动;纵向滑台上装有纵向滑块，纵向滑块上固定有纵向连接件，纵向连 接件下端装有旋转轴电机，旋转轴电机连接旋转轴，旋转轴上设有吸盘抓取机构，吸盘抓取 机构包括吸口朝上的上吸盘和吸口朝下的下吸盘； 可编程智能控制器分别与物料智能下落装置的下料电机、皮带输送机的传送带输送电 机、横向滑块的横向驱动电机、纵向滑块的纵向驱动电机、旋转轴电机、为吸盘提供真空吸 气的两位三通电磁阀电连接。
[0005]采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是： 通过两个滑台、三台电机实现四自由度的简约设计，解决了包装工艺中不适合重叠摞 放产品的堆垛打包问题，可实现有规律的四方交错正反码放，既整齐又紧凑并解决人工统 计数量的误差和麻烦。简约四自由度设计，降低了机械臂的制造成本，同时也降低了企业运 行成本。
[0006]作为优选，本发明更进一步的技术方案是： 物料智能下落装置包括支架、纵向连杆、转动轴、卡扣、钢丝绳、下料电机、摆动连杆、纵 向轴，其中纵向轴、纵向连杆、转动轴、摆动连杆组成连杆机构； 支架为方形钢管焊接的框架结构，支架通过其底端钢管固定在输送台支架上，纵向轴 的上、下端与支架的左侧边框上、下钢管固定连接并位于左侧边框中间，纵向连杆套装在纵 向轴上，沿着纵向轴上下位移滑动； 转动轴与摆动连杆为两组对称安装，转动轴为90度弯曲结构，一端与支架的前、后面支 撑钢管铰接，另一端套装在摆动连杆的孔内，与摆动连杆构成套装滑动连接结构，转动轴上 固定有卡扣，卡扣呈凹槽形结构，卡扣支撑待下落物料，摆动连杆的另一端与纵向连杆较 接； 支架的左侧边框顶端固定安装下料电机，下料电机为直流电机，下料电机轴端连接钢 丝绳，钢丝绳下端连接纵向连杆。
[0007]左、右皮带输送机分别装配在输送台支架和堆垛支架上，皮带输送机设有并列布 置的两条PVC橡胶传送带;相应的，输送台支架和堆垛支架的首端分别装有两个由传送带输 送电机同时驱动的驱动辊，末端分别装有两个从动辊;输送台支架的首、末端装有光电检测 式输送机启动开关、输送机停止开关;传送带输送电机为直流调速电机;输送台支架末端的 平台底板上开有供吸盘上下移动的通孔。
[0008] 横向驱动电机为86交流60V/8N.m全闭环步进电机，固定在横向滑台一端，横向滑 台为铝型材制成的双导轨结构，横向驱动电机与横向滑块之间通过齿形轮、齿形同步带传 动连接，横向驱动电机带动横向滑块水平移动，空载速度2.5tn/s，20kg载荷内1.5m/s不失 步;横向滑台两端设有软限位或机械限位的横向限位装置。
[0009] 纵向驱动电机为57交流60V/4N.m全闭环步进电机，固定在纵向滑台的上端，纵向 滑台为轻型单导轨结构，纵向驱动电机与纵向滑块之间通过滚珠丝杠连接，纵向驱动电机 带动纵向滑块纵向移动，挂载20kg速度1.5m/s不失步;纵向滑台的上、下部设有软限位或机 械限位的纵向限位装置。
[0010] 旋转轴电机为普通型步进电机，旋转轴电机通过联轴器与旋转轴连接，旋转轴设 有旋转角度限位装置及开机旋转轴零点装置。
[0011] 吸盘抓取机构的上吸盘和下吸盘分别设置一对，上吸盘的吸盘柱穿过旋转轴上的 通孔直接与旋转轴滑动连接;旋转轴径向位下侧设置一对摆杆并与上吸盘呈180°，两个摆 杆的下端铰接一 U字形重力平衡支架，下吸盘的吸盘柱与U字形重力平衡支架滑动连接，摆 杆随旋转轴转动时下吸盘呈吊挂状。
[0012] 纵向连接件为金属方管，其上装有两个两位三通电磁阀，两个两位三通电磁阀的 一端通过吸管分别与上吸盘、下吸盘连接，两位三通电磁阀的另一端通过吸管与真空设备 相连，真空泵通过吸管抽取吸盘内的压力，吸盘受压，吸起待码垛物品。
[0013] 可编程智能控制器集成于控制箱，控制箱安装在立柱上;可编程智能控制器基于 CM40-30运动控制系统及86系列全闭环步进电机，系统通过1000线编码器，控制精度微米 级，中文操作界面，DC24V供电，具有14路输入，8路输出，可对三台不同型号的步进电机实现 手动、自动控制，并完成三轴电机的直线差补、内外圆差补;还具有485串口和USB插口，实施 远程操控和数据的传输，具备计数、判断、延时、跳转功能。
附图说明
[0014]图1是本发明实施例的结构示意图； 图2是图1中的堆垛机的右视图； 图3是图1中左边的皮带输送机俯视图； 图4箱盖正面图； 图5箱盖反面图； 图6箱盖装配图； 图7是图1中的下料机构左视图； 图中：卜输送台支架;2-箱盖;3-输送机启动开关;4-输送机停止开关;5-立柱;6_控制 箱;7-横向驱动电机;8-横向滑台;9-纵向驱动电机;10-横向滑块;11 -横向限位装置;12一纵 向滑台；13-纵向滑块；14-纵向连接件；15-纵向限位装置;16-两位三通电磁阀；17-限位及 开机零点；18-旋转轴驱动电机；19-吸管;20-下吸盘;21-U字形重力平衡支架;22-吸盘柱； 23-摆杆;24-上吸盘;25-旋转轴;26-驱动辊;27-传送带;28-从动辊;29-堆垛支架;30-堆垛 箱盖;31_传送带输送电机;32-支架;33-纵向连杆;34-转动轴;35-卡扣;36-钢丝绳;37-下 料电机;38-摆动连杆;39-纵向轴。
具体实施方式
[0015]下面结合附图及实施例详述对本发明。
[0016] 本实施例所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，应用于图4、图5、图6所示不适合 重叠摞放的箱盖2的堆垛打包工艺中，可实现有规律的四方交错正反码放。
[0017]参见图1，一种台式装配及堆垛机械臂系统，由物料智能下落装置、皮带输送机、堆 燦机、可编程智能控制器构成，皮带输送机设置两套，左右布置，左边的皮带输送机输送待 码垛箱盖2，右边的皮带输送机输送码放好的堆垛箱盖30;物料智能下落装置固接在左边的 皮带输送机上;堆垛机设置于左、右皮带输送机之间。
[0018]参见图7,物料智能下落装置包括支架32、纵向连杆33、转动轴34、卡扣35、钢丝绳 36、下料电机37、摆动连杆38、纵向轴39,其中纵向轴39、纵向连杆33、转动轴34、摆动连杆38 组成连杆机构； 支架32为方形钢管焊接的框架结构，支架32通过其底端钢管固定在输送台支架1上，纵 向轴39的上、下端与支架32的左侧边框上、下钢管固定连接并位于左侧边框中间，纵向连杆 33套装在纵向轴39上，沿着纵向轴可上下位移滑动;转动轴34与摆动连杆38为两组对称安 装，转动轴M为9〇度弯曲结构，一端与支架32的前、后面支撑钢管较接，另一端套装在摆动 连杆38的孔内，与摆动连杆38构成套装的滑动连接结构，转动轴34上固定有两个卡扣35，卡 扣35呈凹槽形结构，卡扣35支撑待下落的箱盖2,摆动连杆38的另一端与纵向连杆33铰接； 支架32的左侧边框顶端固定安装下料电机37,下料电机37为直流电机，下料电机37轴端连 接钢丝绳36,钢丝绳36下端连接纵向连杆33。
[0019]可编程智能控制器控制下料电机37正向或方向转动，以拉紧或放松钢丝绳36,纵 向连杆33上移或下移，带动摆动连杆38的摆动，转动轴M转动，卡扣35转动，卡扣35转动的 过程中待下落箱盖2滑入卡扣35,进而下落到传送带27上，开始传送工序。
[0020]参见图3,左、右皮带输送机分别装配在高度可调的输送台支架1和堆垛支架29上， 皮带输送机设有并列布置的两条PVC橡胶传送带27;相应的，输送台支架1的首端分别装有 两个由传送带输送电机31同时驱动的驱动辊26,末端分别装有两个从动辊28;输送台支架1 的首、末端分别装有光电检测式输送机启动开关3、输送机停止开关4,输送机停止开关4同 时也是机械臂启动开关;传送带输送电机31为直流调速电机;输送台支架1末端的平台底板 上开有供吸盘上下移动的通孔。
[0021]当箱盖2到达传送带27上时，感应输送机启动开关3,驱动辊26带动传送带27的运 动，将箱盖2传送出去，当箱盖2到达传送带27末端时，感应输送机停止开关4,停止箱盖2的 输送，同时启动机械臂，使机械臂从初识位置运动到箱盖2的抓取位置。
[0022] 参见图2,堆垛机通过立柱5、横向滑台8、纵向滑台12、纵向连接件14、旋转轴25和 吸盘抓取机构，构成三轴位移、多角度翻转的机械臂结构;具体的，立柱5上部外跨式装配有 横向滑台5,横向滑台8上通过横向滑块10装有纵向滑台12,纵向滑台12上装有纵向滑块13， 纵向滑块13上固定有纵向连接件14，纵向连接件14下端装有旋转轴电机18，旋转轴电机18 连接旋转轴25，旋转轴25上设有吸盘抓取机构。
[0023]横向滑台8为铝型材制成的双导轨结构，其一端固定有横向驱动电机7,横向驱动 电机7为86交流60V/8N.m全闭环步进电机，横向驱动电机7与横向滑块10之间通过齿形轮、 齿形同步带传动连接，横向驱动电机7带动横向滑块10实现横向快速水平移动，空载速度 2.5111/3,201^载荷内1.5111/3不失步;横向滑台8两端设有软限位或机械限位的横向限位装置 11。
[0024] 纵向滑台12为轻型单导轨结构，其上端固定有纵向驱动电机9,纵向驱动电机9为 57交流60V/4N. m全闭环步进电机，纵向驱动电机9与纵向滑块13之间通过滚珠丝杠连接，纵 向驱动电机9带动纵向滑块13实现纵向快速移动，挂载20kg速度1.5m/s不失步;纵向滑台12 的上、下部设有软限位或机械限位的纵向限位装置15。
[0025] 旋转轴电机18为普通型步进电机，旋转轴电机18通过联轴器与旋转轴25连接，旋 转轴25设有限位及开机零点17。
[0026] 吸盘抓取机构包括吸口朝上的上吸盘24和吸口朝下的下吸盘20，具体的，上吸盘 24和下吸盘20分别设置一对，上吸盘24的吸盘柱22穿过旋转轴25上的通孔直接与旋转轴25 滑动连接;旋转轴25径向位下侧设置一对摆杆23,摆杆23与上吸盘24呈180°布置，两个摆杆 23的下端铰接一 U字形重力平衡支架21，下吸盘20的吸盘柱22与U字形重力平衡支架21滑动 连接，摆杆23随旋转轴25转动时下吸盘20呈吊挂状。
[0027]纵向连接件14为金属方管，为减轻重量，金属方管上开有18个通孔;金属方管上装 有两个两位三通电磁阀16,两个两位三通电磁阀16的一端通过吸管I9分别与上吸盘24、下 吸盘20连接，两位三通电磁阀16的另一端通过吸管19与真空设备相连，真空栗通过吸管I9 抽取吸盘内的压力，吸盘受压，吸起待码垛箱盖2。 ^
[0028]可编程智能控制器集成于控制箱6，控制箱6安装在立柱5上;基于低成本高效率、 操控简便易普及，耐用稳定可靠为原则，可编程智能控制器采用CM40-30运动控制系统及86 系列全闭环步进电机，系统通过1000线编码器，可实现精准控制，精度可达微米级，CM40控 制器为中文操作界面，参数设置方便，程序编译简单易修改，CM40控制器DC24V供电，具有14 路输入，8路输出，CM40控制器可对三台不同型号的步进电机实现手动、自动控制，并可完成 三轴电机的直线差补、内外圆差补，CM40控制器还具有485串口和USB插口，可实施远程操控 和数据的传输，CM40控制器还具备计数、判断、延时、跳转等功能。
[0029]码放过程:堆垛机的机械臂接到传送带27的启动指令，纵向滑块13下移，当下吸盘 20到达位置后，下吸盘20的两位三通电磁阀ie得电，气路与真空设备贯通下吸盘20得到负 压牢牢吸住箱盖2,同时旋转轴25边上移边转动，当摆杆23与U字形重力平衡支架21的重锤 线形成一定角度，便在Y方向产生位移，接着下吸盘20带动箱盖2在预定位置平稳下落，到达 预定位置，两位三通电磁阀I6关闭，旋转轴25连同下吸盘20上移，旋转轴25并复位，第一个 箱盖2己码放好。第二个箱盖2需反向扣码，因此需用上吸盘24通过输送台支架1末端的开口 从箱盖2下面将箱盖2拖起，同时上吸盘24的两位三通电磁阀16得电，到达预设位置旋转轴 25转动180°，旋转轴25下移到预制位置正好与第一个箱盖2错位扣合，此时上吸盘24的气路 关闭，箱盖2与上吸盘24脱离，旋转轴25上移并复位。依此循环，完成箱盖2的四方交错正反 码放打包作业。
[0030]以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围， 凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1. 一种滑台式装配及堆垛机械臂系统，包括物料智能下落装置，皮带输送机，堆垛机与 可编程智能控制器(6)，其特征在于： 皮带输送机设置两套，左右布置，左边的皮带输送机输送待码垛物料，右边的皮带输送 机输送码放好的物料;物料智能下落装置固接在左边的皮带输送机上； 堆垛机为三轴位移、多角度翻转结构，设置于左、右皮带输送机之间，包括立柱(5)，立 柱（5)上部外跨式装配有横向滑台（8)，横向滑台（8)上通过横向滑块（1〇)装有纵向滑台 (12)，纵向滑台（12)随横向滑块（10)在横向滑台⑻上左右移动;纵向滑台（12)上装有纵向 滑块（13)，纵向滑块（13)上固定有纵向连接件（14)，纵向连接件（14)下端装有旋转轴电机 (1S)，旋转轴电机（1S)连接旋转轴(25)，旋转轴(25)上设有吸盘抓取机构，吸盘抓取机构包 括吸口朝上的上吸盘(24)和吸口朝下的下吸盘(20); 可编程智能控制器分别与物料智能下落装置的下料电机(37)、皮带输送机的传送带输 送电机(31)、横向滑块（10)的横向驱动电机(7)、纵向滑块(13)的纵向驱动电机(9)、旋转轴 电机(18)、为吸盘提供真空吸气的两位三通电磁阀（16)电连接。
2.根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:物料智能下落装 置包括支架(32)、纵向连杆(33)、转动轴(34)、卡扣（35)、钢丝绳(36)、下料电机(37)、摆动 连杆(38)、纵向轴(39)，其中纵向轴(39)、纵向连杆(33)、转动轴(34)、摆动连杆(38)组成连 杆机构； 支架（32)为方形钢管焊接的框架结构，支架(32)通过其底端钢管固定在输送台支架 (1)上，纵向轴(39)的上、下端与支架(32)的左侧边框上、下钢管固定连接并位于左侧边框 中间，纵向连杆(33)套装在纵向轴(39)上，沿着纵向轴(39)上下位移滑动； 转动轴（34)与摆动连杆(38)为两组对称安装，转动轴(34)为90度弯曲结构，一端与支 架(32)的前、后面支撑钢管铰接，另一端套装在摆动连杆(38)的孔内，与摆动连杆(38)构成 套装滑动连接结构，转动轴(34)上固定有卡扣(35)，卡扣(35)呈凹槽形结构，卡扣(35)支撑 待下落物料，摆动连杆(38)的另一端与纵向连杆(33)铰接； 支架(32)的左侧边框顶端固定安装下料电机(37)，下料电机937为直流电机，下料电机 (37)轴端连接钢丝绳(36)，钢丝绳(36)下端连接纵向连杆(33)。
3. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于：左、右皮带输送 机分别装配在输送台支架(1)和堆垛支架(29)上，皮带输送机设有并列布置的两条PVC橡胶 传送带(27)，相应的，输送台支架（1)和堆躲支架(29)的首端分别装有两个由传送带输送电 机(31)同时驱动的驱动辊(26)，末端分别装有两个从动辊(28);输送台支架（1)的首、末端 装有光电检测式输送机启动开关(3)、输送机停止开关(4);传送带输送电机(31)为直流调 速电机;输送台支架(1)末端的平台底板上开有供吸盘上下移动的通孔。
4. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:横向驱动电机 ⑺为86交流60V/8N.m全闭环步进电机，固定在横向滑台⑻一端，横向滑台⑻为铝型材制 成的双导轨结构，横向驱动电机(7)与横向滑块（10)之间通过齿形轮、齿形同步带传动连 接，横向驱动电机(7)带动横向滑块（10)水平移动，空载速度2.5m/s，20kg载荷内1 • 5m/s不 失步;横向滑台⑻两端设有软限位或机械限位的横向限位装置(11)。
5. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于：纵向驱动电机 ⑼为57交流60V/4N.m全闭环步进电机，固定在纵向滑台（12)的上端，纵向滑台（12)为轻型 单导轨结构，纵向驱动电机(9)与纵向滑块（13)之间通过滚珠丝杠连接，纵向驱动电机(9) 带动纵向滑块（13)纵向移动，挂载20kg速度1 • 5m/s不失步;纵向滑台（I2)的上、下部设有软 限位或机械限位的纵向限位装置(15)。
6. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:旋转轴电机(18) 为普通型步进电机，旋转轴电机（18)通过联轴器与旋转轴（25)连接，旋转轴(25)设有旋转 角度限位装置及开机旋转轴零点（17)装置。
7. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:吸盘抓取机构的 上吸盘(24)和下吸盘(20)分别设置一对，上吸盘(24)的吸盘柱(22)穿过旋转轴(25)上的通 孔直接与旋转轴(25)滑动连接;旋转轴(25)径向位下侧设置一对摆杆(23)并与上吸盘(24) 呈180°，两个摆杆(23)的下端铰接一U字形重力平衡支架(21)，下吸盘(20)的吸盘柱(22)与 U字形重力平衡支架(21)滑动连接，摆杆(23)随旋转轴(25)转动时下吸盘(20)呈吊挂状。
8. 根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:纵向连接件（14) 为金属方管，其上装有两个两位三通电磁阀（16)，两个两位三通电磁阀（16)的一端通过吸 管（19)分别与上吸盘(24)、下吸盘(20)连接，两位三通电磁阀（16)的另一端通过吸管（19) 与真空设备相连，真空栗通过吸管(19)抽取吸盘内的压力，吸盘受压，吸起待码垛物品。
9.根据权利要求1所述的滑台式装配及堆垛机械臂系统，其特征在于:可编程智能控制 器集成于控制箱(6)，控制箱(6)安装在立柱(5)上；可编程智能控制器基于CM40-30运动控 制系统及86系列全闭环步进电机，系统通过1000线编码器，控制精度微米级，中文操作界 面，DC24V供电，具有14路输入，8路输出，可对三台不同型号的步进电机实现手动、自动控 制，并完成三轴电机的直线差补、内外圆差补;还具有485串口和USB插口，实施远程操控和 数据的传输，具备计数、判断、延时、跳转功能。
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