CN108602634B - 夹具、卸垛系统、搜索方法、抓持方法及卸垛方法 - Google Patents
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Abstract
本公开披露了一种夹具、卸垛系统、搜索方法、抓持方法及卸垛方法。夹具(1)包括分离单元(10)和夹持单元(20)；其中分离单元(10)包括钩(11)，以用于插入卸垛位置并提升顶层瓦楞纸(300)的边缘，从而在顶层瓦楞纸(300)与下层瓦楞纸(301)之间形成楔形空隙(302)；夹持单元(20)包括用于将顶层瓦楞纸(300)夹持在其间的限位板(21)和推板(22)。所提出的方案使得夹具可以准确、迅速地卸垛不规则瓦楞纸。
Description
技术领域
本公开的实施例总体上涉及一种夹具，并且尤其涉及一种用于卸垛瓦楞纸的夹具、包括该夹具的卸垛系统、搜索卸垛位置的方法、瓦楞纸抓持方法及瓦楞纸卸垛方法。
背景技术
机器人当今广泛应用于各个领域。随着劳力成本增加以及出于安全的考虑，使用用于生产过程的工业机器人与人工劳动相比具有很大优势。使用自动化设备或工业机器人代替人力将成为未来的趋势，尤其是在卸垛工业领域。
通过使用用于生产过程的工业机器人可以实现智能卸垛工业生产，例如，把工件从存储区抓持并将其移动至组装区。基本上，工业机器人可以用于控制工件的抓握和移动。更具体地，可能需要在工业机器人上安装夹具以用于牢固地抓持工件并将其转移到生产线上。
瓦楞纸广泛用于包装工业是已知的。瓦楞纸经常具有不规则并且层叠交错的形状。一般地，待抓持或移动的工件为标准形状且抓持点相对固定。因此，传统夹具仅能实现规则工件的抓持，并且对于工件形状有很大限制。因此，传统夹具无法处理形状高度异化的各种瓦楞纸，并且无法实时识别并调整以适配不规则瓦楞纸。因此，在每个包装工厂中，将瓦楞纸转移至生产线只能依靠人工。这导致工作效率低且具有额外成本。
因此，亟需一种自动瓦楞纸卸垛系统。
发明内容
为了解决瓦楞纸人工转移中的工作效率低和成本高的问题，本发明的目的在于提供一种用于处理瓦楞纸的智能卸垛系统。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于卸垛瓦楞纸的夹具。夹具包括分离单元和夹持单元；其中分离单元包括钩，以用于插入到卸垛位置中并提升顶层瓦楞纸的边缘，从而在顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间形成楔形空隙；夹持单元包括用于将顶层瓦楞纸夹持在其间的限位板和推板，限位板被配置为能够插入到顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间的楔形空隙中，推板被配置为能够从上方按压顶层瓦楞纸。
根据本发明的优选实施例，卸垛位置被配置为位于下层瓦楞纸的初始间隙的顶部。
根据本发明的优选实施例，分离单元进一步包括用于提升钩的分离缸。
根据本发明的优选实施例，夹持单元进一步包括用于移动限位板的叉缸和用于推动推板的推缸。
根据本发明的一个优选实施例，夹具进一步包括水平激光位移传感器，以测量到瓦楞纸的水平距离。
根据本发明的一个优选实施例，夹具进一步包括竖直激光位移传感器，以测量到瓦楞纸的竖直距离。
根据本发明的另一方面，提供一种卸垛系统，其包括机器人及上述夹具，其中夹具耦合至机器人并且能够通过机器人移动至期望目标位置。
根据本发明的另一方面，提供一种利用上述卸垛系统搜索卸垛位置的方法，搜索方法包括以下步骤：测量瓦楞纸与第一基准点之间的水平距离；测量瓦楞纸与第二基准点之间的水平距离；计算瓦楞纸相对于连接第一基准点与第二基准点的第一基准线的倾斜角；沿平行于瓦楞纸并以预设距离与瓦楞纸分离的第二基准线移动夹具，以搜索下层瓦楞纸的初始间隙。
根据本发明的优选实施例，预设距离为100mm至300mm。
根据本发明的优选实施例，如果搜索初始间隙失败，则沿第二基准线重复移动夹具，以多次搜索初始间隙，如果仍然失败，则报告警告信息。
根据本发明的另一方面，提供一种利用上述卸垛系统来抓持瓦楞纸的方法，抓持方法包括以下步骤：将夹具移动至期望目标位置，在期望目标位置，钩能够插入到卸垛位置中；将顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸分离，以在顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间形成楔形空隙；通过限位板和推板夹持顶层瓦楞纸；拾取顶层瓦楞纸并将其移动至目标位置。
根据本发明的优选实施例，夹持步骤进一步包括以下步骤：移动限位板以插入到顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间的楔形空隙中；推动推板以从上方按压顶层瓦楞纸。
根据本发明的优选实施例，抓持方法进一步包括搜索卸垛位置，其包括：测量瓦楞纸与第一基准点之间的水平距离；测量瓦楞纸与第二基准点之间的水平距离；计算瓦楞纸相对于连接第一基准点与第二基准点的第一基准线的倾斜角；沿平行于瓦楞纸并以预设距离与瓦楞纸分离的第二基准线移动夹具，以搜索下层瓦楞纸的初始间隙。
根据本发明的优选实施例，预设距离为100mm至300mm。
根据本发明的优选实施例，如果搜索初始间隙失败，则沿第二基准线重复移动夹具，以多次搜索初始间隙，如果仍然失败，则报告警告信息。
根据本发明的另一方面，提供一种利用上述卸垛系统卸垛瓦楞纸的方法，卸垛方法包括以下步骤：将夹具移动至起始测量位置；测量瓦楞纸的高度；计算瓦楞纸的层数；判断层数是0、1还是大于1；如果层数是0，结束卸垛；如果层数是1，抓持最后一层瓦楞纸并结束卸垛；如果层数大于1，抓持一层瓦楞纸并将层数减1。
根据本发明的优选实施例，抓持一层瓦楞纸进一步包括以下步骤：将夹具移动至期望目标位置，在期望目标位置，钩能够插入到卸垛位置中；将顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸分离，以在顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间形成楔形空隙；通过限位板和推板夹持顶层瓦楞纸；拾取顶层瓦楞纸并将其移动至目标位置。
根据本发明的优选实施例，夹持步骤进一步包括以下步骤：移动限位板以插入顶层瓦楞纸与下层瓦楞纸之间的楔形空隙中；推动推板以从上方按压顶层瓦楞纸。
根据本发明的优选实施例，抓持一层瓦楞纸进一步包括搜索卸垛位置，其包括：测量瓦楞纸与第一基准点之间的水平距离；测量瓦楞纸与第二基准点之间的水平距离；计算瓦楞纸相对于连接第一基准点与第二基准点的第一基准线的倾斜角；沿平行于瓦楞纸并以预设距离与瓦楞纸分离的第二基准线移动夹具，以搜索下层瓦楞纸的初始间隙。
根据本发明的优选实施例，预设距离为100mm至300mm。
根据本发明的优选实施例，如果搜索初始间隙失败，则沿第二基准线重复移动夹具，以多次搜索初始间隙，如果仍然失败，则报告警告信息。
与现有技术相比，本发明可以提供一种用于卸垛瓦楞纸的卸垛系统。这种新的卸垛系统使得夹具可以准确且迅速地卸垛不规则瓦楞纸。通过使用卸垛瓦楞纸的新方案，本发明可以实现下述多个优势。
这种新系统可以提高工作效率并节约人力成本。根据层叠交错的瓦楞纸的特征，采用本方案的瓦楞纸分离和夹持机构可以准确且迅速地拆垛瓦楞纸。
该卸垛系统的结构简单易于维护。由于每个瓦楞纸包装工厂可能都需要这种卸垛系统，该系统可以根据不同生产模式迅速转换，具有很强的适应性。
通过应用可以自动识别不规则瓦楞纸的激光位移传感器，本发明对所供应的材料的要求很低，从而大大有助于降低瓦楞纸供料的开始步骤的难度。
此外，基于由激光位移传感器识别的智能卸垛点，本卸垛系统可以通过即时同步卸垛点来优化拆垛。
通过结合附图阅读以下对特定示例性实施例的描述，将理解本申请实施例的其他特征和优点，附图以示例方式示出本发明的原理。
附图说明
通过结合附图在说明书中说明的实施例的详细说明，本公开的上述及其它特征将变得更加明显，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件，并且其中：
图1示出根据本公开的实施例的卸垛系统的前视图；
图2示出根据本公开的实施例的夹具的前视图；
图3示出根据本公开的实施例的处于卸垛位置的夹具的透视图；
图4示出根据本公开的实施例的处于卸垛位置的夹具的前视图；
图5示出根据本公开的实施例的执行分离过程的夹具；
图6示出根据本公开的实施例的执行夹持过程的夹具；
图7示出根据本公开的实施例的执行拾取过程的夹具；
图8示出根据本公开的实施例的卸垛瓦楞纸的工作流程图；
图9示出根据本公开的实施例的搜索卸垛位置的工作流程图；
图10示出根据本公开的实施例的搜索卸垛位置的示意图；
图11示出根据本公开的实施例的抓持瓦楞纸的工作流程图。
在整个附图中，相同或相似附图标记表示相同或相似元件。
具体实施方式
下面，将通过实施例结合附图来详细描述本公开提供的方案。应当理解的是，提出这些实施例的目的仅在于使本领域技术人员能够更好地理解并实施本公开，并非旨在以任何方式限定本公开的范围。
一般地，除非本文另有明确说明，否则，在权利要求中使用的所有的术语是按照其在技术领域中的原本的意义理解。除非另有明确说明，否则所有提及的“一/一个/该/所述元件、设备、部件、方式、步骤等”均开放式地理解为表示所述元件、设备、部件、方式、单元、步骤等的至少一个实例，不排除多个此类设备、部件、方式、单元、步骤等。此外，本文中使用的不定冠词“一/一个”不排除多个此类步骤、单元、模块、设备和物体等。
在本申请各种实施例的描述中，省略了一些相似元件的重复描述。
总体上，本申请的实施例提供了一种与机器人一起使用以卸垛瓦楞纸的新夹具1。从下面的进一步讨论中可以明显看出，为了提高工作效率并减少不必要的人力成本，采用工业生产系统来提供智能分离和夹紧机构。
图1示出根据本发明的卸垛系统的优选示例。夹具1耦合至机器人2以形成用于卸垛瓦楞纸的卸垛系统。此类夹具1可以通过机器人2移动至期望目标位置。
参见图2，夹具1包括分离单元10和夹持单元20。分离单元10包括钩11，以用于插入到卸垛位置100中并提升顶层瓦楞纸300的边缘，从而在顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间形成楔形空隙302。卸垛位置100优选地被设置在下层瓦楞纸301的初始间隙顶部。夹持单元20包括用于将顶层瓦楞纸300夹持在其间的限位板21和推板22。限位板21能够插入到顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间的楔形空隙302中。推板22能够从上方按压顶层瓦楞纸300。
根据一些实施例，分离单元10可以进一步包括如图2所示的用于提升钩11的分离缸12。
根据一些实施例，如图2所示，夹持单元20可以进一步包括用于移动限位板21的叉缸23以及用于推动推板22的推缸24。
图3至图4示出位于卸垛位置的夹具，其已经准备好抓握并拾取顶层瓦楞纸，其中钩11可以插入到卸垛位置100中。
图5示出处于分离过程中的夹具。钩11正将顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301分离，以在顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间形成楔形空隙302。
图6示出处于夹持过程中的夹具。正移动限位板21以插入到顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间的楔形空隙302中。之后，推板22将被推动以从上方按压顶层瓦楞纸300，从而通过限位板21和推板22夹持顶层瓦楞纸300。
图7示出处于拾取过程中的夹具。顶层瓦楞纸300被拾取并且可以被移动至目标位置。
为了更好地检测瓦楞纸的位置和形状，夹具1可以进一步包括如图2所示的水平激光位移传感器40，以测量到瓦楞纸30的水平距离。水平激光位移传感器40可以被用于扫描和寻找纸的卸垛位置。此外，夹具1可以进一步包括竖直激光位移传感器50，以测量到瓦楞纸30的竖直距离。竖直激光位移传感器50可以补偿因每层纸的厚度不同而造成的卸垛误差。机器人控制系统可以将卸垛位置与其自己的坐标系同步，以安全、迅速地抓持目标。同时，控制系统仍然可以控制夹具IO和激光位移传感器40、50。
图8示出卸垛瓦楞纸的工作流程图。其主要包括以下步骤：将夹具1移动至起始测量位置；并测量瓦楞纸30的高度；计算瓦楞纸30的层数；然后判断层数是0、1还是大于1。如果层数是0，结束卸垛。如果层数是1，抓持最后一层瓦楞纸并结束卸垛。如果层数大于1，抓持一层瓦楞纸并将层数减1。
图9至图10示出如何搜索卸垛位置。用水平激光位移传感器40执行两个主要步骤来搜索卸垛点。
步骤1：将激光位移传感器40迅速从固定点A移动至固定点B，以计算至A点的激光与至B点的激光之间的距离。之后，按下述公式计算倾斜角β：
步骤2：沿CD以平行于纸的方向将激光位移传感器40移动至搜索点E，CD平行于瓦楞纸GH且与瓦楞纸GH以预设距离分离。预设距离可以是100mm至300mm，优选200mm。最后，可以识别卸垛F。
总之，详细路径是从A到B到C到D到F，然后抓持瓦楞纸层300。
图11示出抓持瓦楞纸的工作流程图，包括以下步骤：将夹具1移动至期望目标位置，在该期望目标位置，钩11可以被插入到卸垛位置100中；将顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301分离，以在顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间形成楔形空隙302；通过限位板21和推板22来夹持顶层瓦楞纸300；以及拾取顶层瓦楞纸300并将其移动至目标位置。夹持步骤可以进一步包括以下两个步骤：移动限位板21以插入到顶层瓦楞纸300与下层瓦楞纸301之间的楔形空隙302中；以及推动推板22以从上方按压顶层瓦楞纸300。
因此，这种卸垛系统使得夹具可以准确、迅速地卸垛不规则瓦楞纸，从而提高工作效率，节约人力成本。
上文中已经通过实施例结合附图详细描述了本公开的实施例。应当理解，虽然本说明书包含许多具体的实施细节，但是这些细节不应解释为对任何发明或可要求保护的范围的限制，而是作为特定发明的特定实施例的具体特征的描述。在本说明书中，在独立实施例背景下描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。此外，虽然上面的特征可以描述为以特定组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但在一些情况下，可以从组合中剥离来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
当结合附图阅读时，鉴于前面的描述，对本公开的前述示例性实施例的各种修改、改写对于相关领域的技术人员来说将变得显而易见。任何及所有修改仍将落入本公开的非限制性示例性实施例的范围内。此外，本公开的这些实施例所属领域的技术人员将会想到本文所阐述的公开的其他实施例，其具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处。。
因此，应当理解的是，本公开的实施例不限于所披露的特定实施例，并且认为修改及其它实施例包含在权利要求书的范围内。虽然本文采用特定术语，但其仅作为概括和描述意义，而非出于限制目的。
Claims (12)
1.一种通过使用卸垛系统对卸垛位置(100)的搜索方法，所述卸垛系统包括机器人(2)和夹具(1)，其中所述夹具(1)被耦合至所述机器人(2)并且能够通过所述机器人(2)移动至期望目标位置，所述夹具(1)包括分离单元(10)和夹持单元(20)；其中，
所述分离单元(10)包括钩(11)，以用于插入到卸垛位置(100)中并提升顶层瓦楞纸(300)的边缘，从而在所述顶层瓦楞纸(300)与下层瓦楞纸(301)之间形成楔形空隙(302)；
所述夹持单元(20)包括用于将所述顶层瓦楞纸(300)夹持在其间的限位板(21)和推板(22)，所述限位板(21)被配置为能够插入到所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间的所述楔形空隙(302)中，所述推板(22)被配置为能够从上方按压所述顶层瓦楞纸(300)；
其中所述卸垛位置(100)被配置为位于所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙的顶部；
其中所述夹具(1)进一步包括水平激光位移传感器(40)，以通过测量从基准点到所述瓦楞纸(30)的水平距离来搜索所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙(F)，其特征在于，所述搜索方法包括以下步骤：
测量所述瓦楞纸(30)与第一基准点(A)之间的水平距离(AH)；
测量所述瓦楞纸(30)与第二基准点(B)之间的水平距离(BG)；
计算所述瓦楞纸(GH)相对于连接所述第一基准点(A)与所述第二基准点(B)的第一基准线(AB)的倾斜角(β)；
沿平行于所述瓦楞纸(GH)并以预设距离与所述瓦楞纸(GH)分离的第二基准线(CD)移动所述夹具(1)，以搜索所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙(F)。
2.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，所述预设距离为从100mm至300mm。
3.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，如果搜索所述初始间隙(F)失败，则沿所述第二基准线(CD)重复移动所述夹具(1)，以多次搜索所述初始间隙(F)，如果仍然失败，则报告警告信息。
4.一种通过使用卸垛系统对瓦楞纸(30)的抓持方法，所述卸垛系统包括机器人(2)和夹具(1)，其中所述夹具(1)被耦合至所述机器人(2)并且能够通过所述机器人(2)移动至期望目标位置，所述夹具(1)包括分离单元(10)和夹持单元(20)；其中，
所述分离单元(10)包括钩(11)，以用于插入到卸垛位置(100)中并提升顶层瓦楞纸(300)的边缘，从而在所述顶层瓦楞纸(300)与下层瓦楞纸(301)之间形成楔形空隙(302)；
所述夹持单元(20)包括用于将所述顶层瓦楞纸(300)夹持在其间的限位板(21)和推板(22)，所述限位板(21)被配置为能够插入到所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间的所述楔形空隙(302)中，所述推板(22)被配置为能够从上方按压所述顶层瓦楞纸(300)；
其中所述卸垛位置(100)被配置为位于所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙的顶部；
其中所述夹具(1)进一步包括水平激光位移传感器(40)，以通过测量从基准点到所述瓦楞纸(30)的水平距离来搜索所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙(F)，
其特征在于，所述抓持方法包括以下步骤：
将所述夹具(1)移动至期望目标位置，在所述期望目标位置，所述钩(11)能够插入到所述卸垛位置(100)中；
将所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)分离，以在所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间形成所述楔形空隙(302)；
通过所述限位板(21)和所述推板(22)夹持所述顶层瓦楞纸(300)；
拾取所述顶层瓦楞纸(300)，并将所述顶层瓦楞纸(300)移动至目标位置；以及
移动水平激光位移传感器(40)来测量从第一基准点到所述瓦楞纸(30)以及从第二基准点到所述瓦楞纸的水平距离并通过计算所述瓦楞纸与第一基准线的倾斜角并且沿平行于所述瓦楞纸并以预设距离与所述瓦楞纸分离的第二基准线移动所述夹具，来搜索所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙(F)，其中所述第一基准线连接所述第一基准点和所述第二基准点。
5.根据权利要求4所述的抓持方法，其特征在于，夹持步骤进一步包括以下步骤：
移动所述限位板(21)，以插入到所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间的所述楔形空隙(302)中；
推动所述推板(22)，以从上方按压所述顶层瓦楞纸(300)。
6.根据权利要求4所述的抓持方法，其特征在于，所述预设距离为从100mm至300mm。
7.根据权利要求4所述的抓持方法，其特征在于，如果搜索所述初始间隙(F)失败，则沿所述第二基准线(CD)重复移动所述夹具(1)，以多次搜索所述初始间隙(F)，如果仍然失败，则报告警告信息。
8.一种通过使用卸垛系统对瓦楞纸(30)的卸垛方法，所述卸垛系统包括机器人(2)和夹具(1)，其中所述夹具(1)被耦合至所述机器人(2)并且能够通过所述机器人(2)移动至期望目标位置，所述夹具(1)包括分离单元(10)和夹持单元(20)；其中，
所述分离单元(10)包括钩(11)，以用于插入到卸垛位置(100)中并提升顶层瓦楞纸(300)的边缘，从而在所述顶层瓦楞纸(300)与下层瓦楞纸(301)之间形成楔形空隙(302)；
所述夹持单元(20)包括用于将所述顶层瓦楞纸(300)夹持在其间的限位板(21)和推板(22)，所述限位板(21)被配置为能够插入到所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间的所述楔形空隙(302)中，所述推板(22)被配置为能够从上方按压所述顶层瓦楞纸(300)；
其中所述卸垛位置(100)被配置为位于所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙的顶部；
其中所述夹具(1)进一步包括水平激光位移传感器(40)，以通过测量从基准点到所述瓦楞纸(30)的水平距离来搜索所述下层瓦楞纸(301)的初始间隙(F)，
其特征在于，所述卸垛方法包括以下步骤：
将所述夹具(1)移动至起始测量位置；
测量所述瓦楞纸(30)的高度；
计算所述瓦楞纸(30)的层数；
判断所述层数是0、1还是大于1；
如果所述层数是0，结束卸垛；
如果所述层数是1，抓持最后一层瓦楞纸并结束卸垛；
如果所述层数大于1，抓持一层瓦楞纸并将所述层数减1；以及
移动水平激光位移传感器(40)测量从第一基准点到所述瓦楞纸(30)以及从第二基准点到所述瓦楞纸的水平距离，并通过计算所述瓦楞纸与第一基准线的倾斜角并且沿平行于所述瓦楞纸并以预设距离与所述瓦楞纸分离的第二基准线移动所述夹具，来搜索卸垛位置(100)，其中所述第一基准线连接所述第一基准点和所述第二基准点。
9.根据权利要求8所述的卸垛方法，其特征在于，抓持一层瓦楞纸进一步包括以下步骤：
将所述夹具(1)移动至期望目标位置，在所述期望目标位置，所述钩(11)能够插入到所述卸垛位置(100)中；
将所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)分离，以在所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间形成所述楔形空隙(302)；
通过所述限位板(21)和所述推板(22)夹持所述顶层瓦楞纸(300)；
拾取所述顶层瓦楞纸(300)，并将所述顶层瓦楞纸(300)移动至目标位置。
10.根据权利要求9所述的卸垛方法，其特征在于，夹持步骤进一步包括以下步骤：
移动所述限位板(21)，以插入到所述顶层瓦楞纸(300)与所述下层瓦楞纸(301)之间的所述楔形空隙(302)中；
推动所述推板(22)，以从上方按压所述顶层瓦楞纸(300)。
11.根据权利要求9所述的卸垛方法，其特征在于，所述预设距离为从100mm至300mm。
12.根据权利要求9所述的卸垛方法，其特征在于，如果搜索所述初始间隙(F)失败，则沿所述第二基准线(CD)重复移动所述夹具(1)，以多次搜索所述初始间隙(F)，如果仍然失败，则报告警告信息。
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