CN108275474B - 滑台式装配及堆垛机械臂系统 - Google Patents

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

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

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

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。

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。

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。

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铰接；

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。

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。

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2.5m/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。

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。

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。

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。

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。

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

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：1-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-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

下面结合附图及实施例详述对本发明。

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。

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、堆垛机、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。

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。

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34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。

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。

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。

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。

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2.5m/s，20kg载荷内1.5m/s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。

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。

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。

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。

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，真空泵通过吸管19抽取吸盘内的压力，吸盘受压，吸起待码垛箱盖2。

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。

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16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16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已码放好。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。

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 (8)

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（10）装有纵向滑台（12），纵向滑台（12）随横向滑块（10）在横向滑台（8）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（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，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）；

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）径向方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；

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（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）。

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）和堆垛支架（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（7）为86系列交流60V/8N.m全闭环步进电机，固定在横向滑台（8）一端，横向滑台（8）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（8）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（9）为57系列交流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（12）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：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，真空泵通过吸管（19）抽取吸盘内的压力，吸盘受压，吸起待码垛物品。

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：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。