CN108297076A - 一种翻卷机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻卷机器人，包括桁架直角坐标机器人，桁架直角坐标机器人上设有视觉探测装置，视觉探测装置的下方设有滚筒输送机，滚筒输送机的一侧设有链条输送机。解决了传统翻卷机存在的生产效率低、劳动成本高的问题。

Description

一种翻卷机器人

技术领域

本发明属于印刷包装设备技术领域，涉及一种翻卷机器人。

背景技术

市场上翻卷机多用于钢铁行业中，在冷轧带钢纵切重卷机包装段，将输送辊道上送来的钢卷由“立卷”变成“卧卷”，以便用C型钩将其吊走。在印刷包装行业中也有与其类似的翻卷机用在原料拆包区，工作步骤：1、将原料托盘上的“立卷”吊放到翻卷机上；2、翻卷机将“立卷”变成“卧卷”。

目前随着工业4.0在各行业中的发展，印包智能化工厂初见雏形，传统翻卷机都为人工操作，生产效率低，劳动成本高，也不满足智能化工厂要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种翻卷机器人，解决了传统翻卷机存在的生产效率低、劳动成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种翻卷机器人，包括桁架直角坐标机器人，桁架直角坐标机器人上设有视觉探测装置，视觉探测装置的下方设有滚筒输送机，滚筒输送机的一侧设有链条输送机。

本发明的特点还在于，

桁架直角坐标机器人包括机架，机架上设有X轴运动机构，X轴运动机构上设有Y轴运动机构，Y轴运动机构上设有Z轴运动机构，Z轴运动机构上从上至下依次设有C轴运动机构和B轴运动机构。

X轴运动机构包括平行设置在机架上的两个横梁，两个横梁上分别设有直线导轨A，两条直线导轨A之间设有X轴撑挡，X轴撑挡的两端分别设有X轴载板，X轴载板上设有与直线导轨A配合的滑座A；

X轴撑挡的一侧设有X轴驱动单元，Y轴运动机构位于X轴撑挡的另一侧。

X轴驱动单元包括依次连接的伺服电机A和伺服行星齿轮减速机A，伺服行星齿轮减速机A固定在其中一个X轴载板上，且伺服行星齿轮减速机A的输出轴端部设有齿轮A，齿轮A与齿条A啮合传动，齿条A设置在其中一个横梁上，齿条A与直线导轨平行。

Y轴运动机构包括设置在X轴撑挡另一侧的直线导轨B，直线导轨B与直线导轨A垂直；直线导轨B与滑槽配合，滑槽设置在Y轴载板的一侧；

还包括依次连接的伺服电机B和伺服行星齿轮减速机B，伺服行星齿轮减速机B固定在Y轴载板上，伺服行星齿轮减速机B的输出轴端部设有齿轮B，齿轮B与齿条B啮合传动，Z轴运动机构连接在Y轴载板上。

Z轴运动机构包括Z轴升降柱，Z轴升降柱与X轴撑挡垂直设置，Z轴升降柱上设有直线导轨C，直线导轨C与滑座B配合，滑座B设置在Y轴载板的另一侧；

还包括依次连接的伺服电机C和伺服行星齿轮减速机C，伺服行星齿轮减速机B固定在Y轴载板上，伺服行星齿轮减速机B的输出轴端部设有齿轮C，齿轮C与齿条C啮合传动，C轴运动机构设置在Z轴升降柱的下端；Z轴升降柱为空心钢管。

C轴运动机构包括圆柱形的壳体，壳体的上端设有盖板，壳体内同轴设有中心轴，中心轴上从上至下依次套接有深沟球轴承和推力调心滚子轴承，中心轴的上端从盖板伸出并依次连接伺服行星齿轮减速机D和伺服电机D，伺服行星齿轮减速机D和伺服电机D套在Z轴升降柱内，盖板与Z轴升降柱的底部连接，中心轴的下端连接有C轴载板，B轴运动机构连接在C轴载板的下端。

B轴运动机构包括依次连接的伺服电机E和双输出轴减速器，双输出轴减速器的上端与C轴载板连接，双输出轴减速器的下端水平设有支撑板，支撑板的两端分别设有摆臂，摆臂与支撑板垂直，双输出轴减速器的上的两个输出轴分别与两个摆臂连接，支撑板的底部设有夹具。

夹具为气涨轴。

视觉探测装置包括设置在横梁上的变焦摄像头，变焦摄像头位于滚筒输送机的正上方；

还包括设置在其中一个摆臂上的高清摄像头和测距传感器。

本发明的有益效果是，本装置中包括X轴运动机构，X轴运动机构上设有Y轴运动机构，Y轴运动机构上设有Z轴运动机构，Z轴运动机构上分别设有C轴运动机构和B轴运动机构，B轴运动机构上设有夹具，通过夹具对料卷进行抓取，通过X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、C轴运动机构和及轴运动机构的相互配合完成料卷的翻转，本装置实现了自动翻卷，降低了劳动成本，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明一种翻卷机器人的结构示意图；

图2是本发明一种翻卷机器人中桁架直角坐标机器人的结构示意图；

图3是本发明一种翻卷机器人中X轴运动机构的结构示意图；

图4是本发明一种翻卷机器人中X轴驱动单元的结构示意图；

图5是本发明一种翻卷机器人中Y轴运动机构的结构示意图；

图6是本发明一种翻卷机器人中齿轮B与齿条B啮合的结构示意图；

图7是本发明一种翻卷机器人中Z轴运动机构的结构示意图；

图8是本发明一种翻卷机器人中齿轮C与齿条C啮合的结构示意图；

图9是本发明一种翻卷机器人中C轴运动机构的结构示意图；

图10是本发明一种翻卷机器人中B轴运动机构的结构示意图；

图11是本发明一种翻卷机器人的侧视图。

图中，1.桁架直角坐标机器人，1-1.X轴运动机构，1-1-1.X轴撑挡；

1-1-2.X轴驱动单元，1-1-2-1.伺服电机A，1-1-2-2.伺服行星齿轮减速机A，1-1-2-3.齿轮A，1-1-2-4.齿条A；

1-1-3.X轴载板，1-1-4.滑座A，1-1-5.横梁，1-1-6.直线导轨A；

1-2.Y轴运动机构，1-2-1.滑槽，1-2-2.Y轴载板，1-2-3.直线导轨B，1-2-4.伺服电机B，1-2-5.伺服行星齿轮减速机B，1-2-6.齿轮B，1-2-7.齿条B；

1-3.Z轴运动机构，1-3-1.Z轴升降柱，1-3-2.直线导轨C，1-3-3.滑座B，1-3-4.伺服电机C，1-3-5.伺服行星齿轮减速机C，1-3-6.齿轮C，1-3-7.齿条C；

1-4.C轴运动机构，1-4-1.壳体，1-4-2.盖板，1-4-3.中心轴，1-4-4.深沟球轴承，1-4-5.推力调心滚子轴承，1-4-6.伺服行星齿轮减速机D，1-4-7.伺服电机D，1-4-8.C轴载板；

1-5.B轴运动机构，1-5-1.伺服电机E，1-5-2.双输出轴减速器，1-5-3.支撑板，1-5-4.摆臂，1-5-5.夹具；

1-6.机架；

2.视觉探测装置，2-1.变焦摄像头，2-2.高清摄像头，2-3.测距传感器；

3.滚筒输送机，4.链条输送机，5.原料托盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种翻卷机器人，结构如图1所示，包括桁架直角坐标机器人1，桁架直角坐标机器人1上设有视觉探测装置2，视觉探测装置2的下方设有滚筒输送机3，滚筒输送机3的一侧设有链条输送机4。

如图2所示，桁架直角坐标机器人1包括机架1-6，机架1-6上设有X轴运动机构1-1，X轴运动机构1-1上设有Y轴运动机构1-2，Y轴运动机构1-2上设有Z轴运动机构1-3，Z轴运动机构1-3上从上至下依次设有C轴运动机构1-4和B轴运动机构1-5。

如图3所示，X轴运动机构1-1包括平行设置在机架1-6上的两个横梁1-1-5，两个横梁1-1-5上分别设有直线导轨A1-1-6，两条直线导轨A1-1-6之间设有X轴撑挡1-1-1，X轴撑挡1-1-1的两端分别设有X轴载板1-1-3，X轴载板1-1-3上设有与直线导轨A1-1-6配合的滑座A1-1-4；

X轴撑挡1-1-1的一侧设有X轴驱动单元1-1-2，Y轴运动机构1-2位于X轴撑挡1-1-1的另一侧。

如图4所示，X轴驱动单元1-1-2包括依次连接的伺服电机A1-1-2-1和伺服行星齿轮减速机A1-1-2-2，伺服行星齿轮减速机A1-1-2-2固定在其中一个X轴载板1-1-3上，且伺服行星齿轮减速机A1-1-2-2的输出轴端部设有齿轮A1-1-2-3，齿轮A1-1-2-3与齿条A1-1-2-4啮合传动，齿条A1-1-2-4设置在其中一个横梁1-1-5上，齿条A1-1-2-4与直线导轨1-1-6平行。

如图5所示，Y轴运动机构1-2包括设置在X轴撑挡1-1-1另一侧的直线导轨B1-2-3，直线导轨B1-2-3与直线导轨A1-1-6垂直；直线导轨B1-2-3与滑槽1-2-1配合，滑槽1-2-1设置在Y轴载板1-2-2的一侧；

还包括依次连接的伺服电机B1-2-4和伺服行星齿轮减速机B1-2-5，伺服行星齿轮减速机B1-2-5固定在Y轴载板1-2-2上，如图6所示，伺服行星齿轮减速机B1-2-5的输出轴端部设有齿轮B1-2-6，齿轮B1-2-6与齿条B1-2-7啮合传动，Z轴运动机构1-3连接在Y轴载板1-2-2上。

如图7所示，Z轴运动机构1-3包括Z轴升降柱1-3-1，Z轴升降柱1-3-1与X轴撑挡1-1-1垂直设置，Z轴升降柱1-3-1上设有直线导轨C1-3-2，直线导轨C1-3-2与滑座B1-3-3配合，滑座B1-3-3设置在Y轴载板1-2-2的另一侧；

还包括依次连接的伺服电机C1-3-4和伺服行星齿轮减速机C1-3-5，伺服行星齿轮减速机B1-3-5固定在Y轴载板1-2-2上，如图8所示，伺服行星齿轮减速机B1-3-5的输出轴端部设有齿轮C1-3-6，齿轮C1-3-6与齿条C1-3-7啮合传动，C轴运动机构1-4设置在Z轴升降柱1-3-1的下端；Z轴升降柱1-3-1为空心钢管。

如图9所示，C轴运动机构1-4包括圆柱形的壳体1-4-1，壳体1-4-1的上端设有盖板1-4-2，壳体1-4-1内同轴设有中心轴1-4-3，中心轴1-4-3上从上至下依次套接有深沟球轴承1-4-4和推力调心滚子轴承1-4-5，中心轴1-4-3的上端从盖板1-4-2伸出并依次连接伺服行星齿轮减速机D1-4-6和伺服电机D1-4-7，伺服行星齿轮减速机D1-4-6和伺服电机D1-4-7套在Z轴升降柱1-3-1内，盖板1-4-2与Z轴升降柱1-3-1的底部连接，中心轴1-4的下端连接有C轴载板1-4-8，B轴运动机构1-5连接在C轴载板1-4-8的下端。

如图10所示，B轴运动机构1-5包括依次连接的伺服电机E1-5-1和双输出轴减速器1-5-2，双输出轴减速器1-5-2的上端与C轴载板1-4-8连接，双输出轴减速器1-5-2的下端水平设有支撑板1-5-3，支撑板1-5-3的两端分别设有摆臂1-5-4，摆臂1-5-4与支撑板1-5-3垂直，双输出轴减速器1-5-2的上的两个输出轴分别与两个摆臂1-5-4连接，支撑板1-5-3的底部设有夹具1-5-5。

夹具1-5-5为气涨轴。

如图11所示，视觉探测装置2包括设置在横梁1-1-5上的变焦摄像头2-1，还包括设置在其中一个摆臂1-5-4上的高清摄像头2-2和测距传感器2-3。变焦摄像头2-1位于滚筒输送机3的正上方，变焦摄像头2-1的镜头朝向滚筒输送机3，识别输送辊道送来原料托盘5上的“立卷”的数量及初始位置；测距传感器2-3和高清摄像头2-2固定在摆臂1-5-4上，随摆臂1-5-4移动，测距传感器2-3测定高清摄像头2-2与“立卷”端面的焦距，高清摄像头2-2识别“立卷”的纸芯中心位置。

本发明一种翻卷机器人的工作过程为：首先将原料托盘5“立卷”放置到滚筒输送机3的上料工位，随后原料托盘5随输送辊道进入待料工位(桁架直角坐标机器人1的工作区间内)，PLC控制系统通过视觉探测装置2反馈的原料托盘“立卷”的位置信息，滚筒输送机3、链条输送机4和桁架直角坐标机器人1协调动作，实现从原料托盘5“立卷”进料，到“立卷”的抓取、提升、翻卷、搬运、放卷和卸卷，最后到“卧卷”出料的全自动化操作，具体过程如下：

(1)变焦摄像头2-1识别原料托盘5上的“立卷”数量及初始位置，桁架直角坐标机器人通过X轴运动机构1-1、Y轴运动机构1-2的直线运动，C轴运动机构1-4的旋转，将B轴运动机构1-5移动到单个“立卷”上方600mm×600mm的方形视觉区间内；X轴运动机构1-1的运动过程为：伺服电机A1-1-2-1与伺服行星齿轮减速机A1-1-2-2启动，齿轮A1-1-2-3和齿条A1-1-2-4啮合传动，使横梁1-1-5沿着直线导轨A1-1-6做直线运动；

Y轴运动机构1-2的工作过程为：伺服电机B1-2-4和伺服行星齿轮减速机B1-2-5启动，齿轮B1-2-6和齿条B1-2-7啮合传动，使Y轴载板1-2-2沿着直线导轨B1-2-3做直线运动；

Z轴运动机构1-3的工作过程为：伺服电机C1-3-4和伺服行星齿轮减速机C1-3-5启动，齿轮C1-3-6和齿条C1-3-7啮合传动，使Z轴升降柱1-3-1通过直线导轨C1-3-2顺着滑座B1-3-3做上下往复运动；

C轴运动机构1-4的工作过程为：伺服行星齿轮减速机D1-4-6和伺服电机D1-4-7启动，带动中心轴1-4-3转动，中心轴1-4-3带动C轴载板1-4-8转动，B轴运动机构1-5随着C轴载板1-4-8转动；

B轴运动机构1-5的工作过程为：伺服电机E1-5-1和双输出轴减速器1-5-2启动，带动两个摆臂1-5-4摆动，由于支撑板1-5-3的两端分别连接摆臂1-5-4，夹具1-5-5连接在支撑板1-5-3的下端，因此夹具1-5-5随着摆臂1-5-4摆动。

(2)测距传感器2-3测量高清摄像头2-2与“立卷”端面的距离，通过PLC计算出料卷幅宽信息，通过Z轴升降柱1-3-1的上下运动使高清摄像头2-2的位置达到定焦距离；

(3)高清摄像头2-2精确识别“立卷”纸芯中心位置，桁架直角坐标机器人1通过X轴运动机构1-1、Y轴运动机构1-2的直线运动，保证夹具1-5-5中心位置与“立卷”纸芯中心位置同轴，误差≤±1mm；

(4)根据测距传感器2-3测量信息，Z轴升降柱1-3-1下降将夹具1-5-5插入“立卷”纸芯中，由于夹具1-5-5为气涨轴，向夹具1-5-5通气，气涨轴上的胀键凸起抓紧“立卷”纸芯，完成对“立卷”的抓取；

(5)Z轴升降柱1-3-1升起，将“立卷”提升；

(6)伺服电机E1-5-1与双输出轴减速器1-5-2启动，带动摆臂1-5-4摆动，摆臂1-5-4带动夹具1-5-5摆动将“立卷”变成“卧卷”；

(7)首先将第一个翻好的“卧卷”放置在链条输送机4的上料工位上，“卧卷”随输送链条进入缓存工位，上料工位空置，随后再将另一个“卧卷”放置在上料工位上，两个“卧卷”随输送链条依次进入缓存工位和待料工位(桁架直角坐标机器人1工作区间外)，上料工位空置，人工将待料工位上的“卧卷”运走，待料工位空置，最后输送链条回转一圈完成物流运转。

本发明一种翻卷机器人的特点为，桁架直角坐标机器人1通过五个自由度：X轴、Y轴、Z轴、C轴、B轴，实现对原料托盘5“立卷”的抓取、提升、翻卷、搬运、放卷和卸卷的基本动作；视觉探测装置识别滚筒输送机3上原料托盘的“立卷”数量、幅宽和纸芯中心位置，PLC编程控制滚筒输送机3、链条输送机4和桁架直角坐标机器人1协调动作，将原料托盘5的“立卷”逐个变成“卧卷”并输出到待料工位上，该系统可与智能工厂中控室互联互通；滚筒输送机3为PLC编程控制，输送原料托盘5“立卷”进入桁架直角坐标机器人1工作区，包含上料、待料、空盘三个工位；链条输送机4为PLC编程控制，输送“卧卷”离开桁架直角坐标机器人1工作区，包含上料、缓存、待料三个工位。本发明通过对桁架直角坐标机器人的二次开发，集成物流自动化技术，设计出针对于印刷包装行业的专用翻卷机器人。

此外，本发明能够完成全自动翻卷，降低劳动成本，提高工作效率，翻卷机器人信息可与印包智能化工厂中控室实时通讯。

Claims (10)

1.一种翻卷机器人，其特征在于：包括桁架直角坐标机器人(1)，桁架直角坐标机器人(1)上设有视觉探测装置(2)，视觉探测装置(2)的下方设有滚筒输送机(3)，滚筒输送机(3)的一侧设有链条输送机(4)。

2.根据权利要求1所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述桁架直角坐标机器人(1)包括机架(1-6)，机架(1-6)上设有X轴运动机构(1-1)，X轴运动机构(1-1)上设有Y轴运动机构(1-2)，Y轴运动机构(1-2)上设有Z轴运动机构(1-3)，Z轴运动机构(1-3)上从上至下依次设有C轴运动机构(1-4)和B轴运动机构(1-5)。

3.根据权利要求2所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述X轴运动机构(1-1)包括平行设置在机架(1-6)上的两个横梁(1-1-5)，两个横梁(1-1-5)上分别设有直线导轨A(1-1-6)，两条直线导轨A(1-1-6)之间设有X轴撑挡(1-1-1)，X轴撑挡(1-1-1)的两端分别设有X轴载板(1-1-3)，X轴载板(1-1-3)上设有与直线导轨A(1-1-6)配合的滑座A(1-1-4)；

X轴撑挡(1-1-1)的一侧设有X轴驱动单元(1-1-2)，Y轴运动机构(1-2)位于X轴撑挡(1-1-1)的另一侧。

4.根据权利要求3所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述X轴驱动单元(1-1-2)包括依次连接的伺服电机A(1-1-2-1)和伺服行星齿轮减速机A(1-1-2-2)，伺服行星齿轮减速机A(1-1-2-2)固定在其中一个X轴载板(1-1-3)上，且伺服行星齿轮减速机A(1-1-2-2)的输出轴端部设有齿轮A(1-1-2-3)，齿轮A(1-1-2-3)与齿条A(1-1-2-4)啮合传动，齿条A(1-1-2-4)设置在其中一个横梁(1-1-5)上，齿条A(1-1-2-4)与直线导轨(1-1-6)平行。

5.根据权利要求3所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述Y轴运动机构(1-2)包括设置在X轴撑挡(1-1-1)另一侧的直线导轨B(1-2-3)，直线导轨B(1-2-3)与直线导轨A(1-1-6)垂直；直线导轨B(1-2-3)与滑槽(1-2-1)配合，滑槽(1-2-1)设置在Y轴载板(1-2-2)的一侧；

还包括依次连接的伺服电机B(1-2-4)和伺服行星齿轮减速机B(1-2-5)，伺服行星齿轮减速机B(1-2-5)固定在Y轴载板(1-2-2)上，伺服行星齿轮减速机B(1-2-5)的输出轴端部设有齿轮B(1-2-6)，齿轮B(1-2-6)与齿条B(1-2-7)啮合传动，所述Z轴运动机构(1-3)连接在Y轴载板(1-2-2)上。

6.根据权利要求5所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述Z轴运动机构(1-3)包括Z轴升降柱(1-3-1)，Z轴升降柱(1-3-1)与X轴撑挡(1-1-1)垂直设置，Z轴升降柱(1-3-1)上设有直线导轨C(1-3-2)，直线导轨C(1-3-2)与滑座B(1-3-3)配合，滑座B(1-3-3)设置在Y轴载板(1-2-2)的另一侧；

还包括依次连接的伺服电机C(1-3-4)和伺服行星齿轮减速机C(1-3-5)，伺服行星齿轮减速机B(1-3-5)固定在Y轴载板(1-2-2)上，伺服行星齿轮减速机B(1-3-5)的输出轴端部设有齿轮C(1-3-6)，齿轮C(1-3-6)与齿条C(1-3-7)啮合传动，所述C轴运动机构(1-4)设置在Z轴升降柱(1-3-1)的下端；所述Z轴升降柱(1-3-1)为空心钢管。

7.根据权利要求6所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述C轴运动机构(1-4)包括圆柱形的壳体(1-4-1)，壳体(1-4-1)的上端设有盖板(1-4-2)，壳体(1-4-1)内同轴设有中心轴(1-4-3)，中心轴(1-4-3)上从上至下依次套接有深沟球轴承(1-4-4)和推力调心滚子轴承(1-4-5)，中心轴(1-4-3)的上端从盖板(1-4-2)伸出并依次连接伺服行星齿轮减速机D(1-4-6)和伺服电机D(1-4-7)，伺服行星齿轮减速机D(1-4-6)和伺服电机D(1-4-7)套在所述Z轴升降柱(1-3-1)内，盖板(1-4-2)与所述Z轴升降柱(1-3-1)的底部连接，中心轴(1-4)的下端连接有C轴载板(1-4-8)，所述B轴运动机构(1-5)连接在C轴载板(1-4-8)的下端。

8.根据权利要求7所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述B轴运动机构(1-5)包括依次连接的伺服电机E(1-5-1)和双输出轴减速器(1-5-2)，双输出轴减速器(1-5-2)的上端与C轴载板(1-4-8)连接，双输出轴减速器(1-5-2)的下端水平设有支撑板(1-5-3)，支撑板(1-5-3)的两端分别设有摆臂(1-5-4)，摆臂(1-5-4)与支撑板(1-5-3)垂直，双输出轴减速器(1-5-2)的上的两个输出轴分别与两个摆臂(1-5-4)连接，支撑板(1-5-3)的底部设有夹具(1-5-5)。

9.根据权利要求8所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述夹具(1-5-5)为气涨轴。

10.根据权利要求8所述的一种翻卷机器人，其特征在于：所述视觉探测装置(2)包括设置在横梁(1-1-5)上的变焦摄像头(2-1)，变焦摄像头(2-1)位于滚筒输送机(3)的正上方；

还包括设置在其中一个摆臂(1-5-4)上的高清摄像头(2-2)和测距传感器(2-3)。