CN109160266B - 一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统 - Google Patents

Abstract

一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统,其特征在于：包括伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅、称重支撑圈、称重传感器组和数据处理与控制单元,所述数据处理与控制单元与伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅和称重传感器电连接。通过利用蓄废旧电池几何中心和重心不重合的特性，采用光电传感器、称重传感器和伺服机构自动识别废旧电池的规格尺寸，调整废旧电池姿态，为先分离再粉碎的废旧电池拆解方法提供了技术措施。其利用简单的测量传感器组解决了废旧电池姿态识别问题；整个设备结构简单紧凑，能够完成废旧电池姿态的自动摆放。

Description

一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统

技术领域

本发明涉及废旧物质回收处理技术领域,特别涉及一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统。

背景技术

随着汽车、电瓶车等各种蓄废旧电池用量的不断增加，废旧废旧电池的循环利用问题日益突出。首先是废旧废旧电池含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液，如果处理不当会对自然环境形成严重污染；其次，废旧废旧电池中的多种物质可以循环利用，高效、节能的蓄废旧电池回收拆解技术不仅可以避免对环境的污染，还可以减少废旧废旧电池循环利用过程中的能量、资源的消耗。

而在现有技术中，对废旧废旧电池进行切割时，通常是采用X射线类设备来‘透视’废旧电池，利用射线影像测量电极板组高度，确定切割上盖的位置，设备复杂，成本高；再就是由于废旧电池类型只是经过人工粗略分类，在切割工序需要频繁地调成切割刀具位置，降低了生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明利用废旧电池的几何中心和重心不重合的特点，通过测量废旧电池的长宽高和重心位置，确定废旧电池的姿态以及上盖的方位，根据废旧电池重量、几何体积、废旧电池壳材料和电极板组的平均密度，测算出废旧电池盖至电极板的距离，提供了一种铅酸蓄废旧电池规格尺寸测量、分类和姿态自动摆放系统，以解决现有废旧电池回收处理设备不能自动摆放废旧电池姿态、确定上盖切割位置的技术难题。

一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统,其特征在于：包括伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅、称重支撑圈、称重传感器组和数据处理与控制单元,所述夹持转动机械手位于伺服转台上方，所述两组测量光栅位于夹持转动机械手与伺服转台之间，所述称重支撑圈通过环形轴承支撑及所述称重传感器组与伺服转台相连，所述环形轴承支撑设置在称重支撑圈的上表面，所述称重传感器组设置在称重支撑圈的下表面；所述数据处理与控制单元与伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅和称重传感器电连接。

较佳地，所述伺服转台包括伺服电机、转动台面和固定台面，所述伺服电机由支架固定在地面上，所述转动台面的中心轴与所述伺服电机轴之间通过一个花键联轴器连接，所述转动台面底面的外沿由一个环形轴承支撑，在伺服电机带动下，转动台面可绕铅垂轴转动，待处理废旧电池搁置在转动台面上，废旧电池以及台面的重量完全由环形轴承支撑，伺服电机轴与转动台面的中心轴不产生铅垂方向的作用力。

较佳地，所述夹持转动机械手包括四个伺服电机、夹持板、丝杆、滑板、支座和转盘，所述丝杆的左右两端分别通过转盘与滑板相连，丝杆的数量优选两根，两根丝杆平行设置，所述滑板设置在左右支座上，进而将所述丝杆水平支撑；所述丝杆上设有两块夹持板，所述夹持板上有一个螺纹孔和一个光滑通孔，两只丝杠分别从夹持板上螺纹孔旋入和从光滑通孔穿过，且每只丝杠只与一块夹持板上的螺纹孔旋接，进而每根丝杆可以独立控制一块夹持板移动，同时限制另一块夹持板的转动，在两根丝杆的端部分别设置一个伺服电机，用来控制丝杆的转动；所述滑板上设置有一个回转电机，该回转电机与滑板相连接，进而可以带动丝杠和夹持板绕转盘的中心线转动，所述支座上设有滑槽，所述滑板设置在滑槽内，在支座上也安装有一个伺服电机，该伺服电机通过丝母与滑板相连。

较佳地，所述测量光栅选用两组，其中一组光栅的光幕一组平行于转动台面，另一组光栅的光幕垂直于转动台面。

较佳地，所述称重支撑圈上面与环形轴承的定圈固联，下面带有一组销轴，销轴与支撑圈底面垂直安装。

较佳地，所述称重传感器安装在所述固定台面上，所述称重传感器的数量与所述称重支撑圈上的销轴数量一致，在固定台面中心有一个圆孔，上述伺服转台的转轴从固定台面的中心孔穿过；称重传感器的上面带有一个销轴座，称重支撑圈上的销轴分别对应地垂直插入销轴座，销轴的高度大于销轴座，销轴的下端落在称重传感器上，称重传感器所测得的总重量为销轴所支撑的转动台面、废旧电池、称重支撑圈以及环形轴承等的总重量。废旧电池的重心位置由每个称重传感器测得的分量计算得出。

较佳地，所述数据处理与控制单元由单片机构成，配合软件使用，用于处理测量光栅和称重传感器的测量数据，并控制伺服转台以及夹持转动机械手的运动。

本发明的有益效果:

本发明的蓄废旧电池规格尺寸和摆放姿态自动识别系统,利用蓄废旧电池几何中心和重心不重合的特性，通过光电、称重传感器和伺服机构自动识别废旧电池的规格尺寸，调整废旧电池姿态，为先分离再粉碎的废旧电池拆解方法提供了技术措施。通过利用简单的测量传感器组解决了废旧电池姿态识别问题；整个设备结构简单紧凑，能够完成废旧电池姿态的自动摆放。

附图说明

图 1 为本发明的结构示意图;

图 2 为本发明的伺服转台单元结构示意图;

图 3 为本发明的测量光栅和称重传感器布置示意图;

图 4 为本发明的尺寸测量光栅的测量原理示意图;

图 5 为本发明的废旧电池几何中心与重心测量示意图;

图 6为本发明的废旧电池姿态识别示意图;

图 7 为本发明的夹持转动机械手结构示意图;

图 8 为本发明的数据处理与控制单元示意图;

图 9 为本发明的所数据处理与控制单元通讯接线示意图;

图 10 为本发明的数据处理与控制单元的程序框图;

图中：10、伺服转台；11、伺服电机；12、花键联轴器；13、转动台面；14、称重支撑环；15、固定台面；20、夹持转动机械手；21、夹持板；22、丝杠；23、回转电机；24、伺服电机；25、回转盘；26、滑动座；27、支座；30、测量光栅；31、水平光栅；32、和垂直光栅；33、支架；40、称重传感器组；41、销轴；42、销轴座；43、称重传感器；50、废旧电池；51、几何中心；52、极值；53、对角线；54、电池上盖；60、数据处理与控制单元；61、RS485集线器；62、RS485通讯总线；63、运动控制器；70、称重支撑环；71、环形轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图 1 所示,一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统，包括伺服转台10、夹持转动机械手20、测量光栅30、称重支撑环70、称重传感器组40和数据处理与控制单元60,所述夹持转动机械手20位于伺服转台10上方，两组测量光栅30位于夹持转动机械手20与伺服转台10之间，所述称重支撑环70通过环形轴承71及称重传感器组40与伺服转台10相连，所述环形轴承支撑71设置在称重支撑环70的上表面，所述称重传感器组40设置在称重支撑环70的下表面；所述数据处理与控制单元60与伺服转台10、夹持转动机械手20、测量光栅30和称重传感器组40通电相连。

如图2所示, 所述伺服转台10包括伺服电机11、转动台面13和固定台面15，所述转动台面13的底面中心与一个花键联轴器12固接，所述花键联轴器12与驱动电机11的电机轴连接，这样驱动电机11旋转时仅能驱动转动台面13转动，而电机轴对于转动台面不产生纵向的支撑力；所述转动台面13的底面外沿与环形轴承71的内圈相联，环形轴承71的外圈与称重支撑环70配合连接，转动台面13通过环形轴承71来支撑，这样转动台面13和环形轴承71的重量全部落在销轴座42上，从而方便称重传感器组40对电池的重量进行感应。

如图3所示，称重支撑环70的底面安装有一组销轴41；该销轴41为三只，三根销轴41分别穿插在三根销轴座42内，销轴41相对与销轴座42可以上下滑动；称重传感器43安装在固定台面15上，称重传感器43的上端面带有销轴座42，称重支撑环14上的三根销轴41分别插入称重传感器43上的销轴座42，三个称重传感器43分别测量出三根销轴41的承载力。当转动台面13相对称重支撑环70转动时，称重传感器43实时测量出三根销轴41的承载力随转动台面转角的变化，进而通过三根销轴41的分力用于计算废旧电池重心在水平面内的位置。

如图2和4所示，两组测量光栅30包括水平光栅31和垂直光栅32，两组测量光栅30都安装在转动台面13上方，水平光栅31水平安装，而垂直光栅32沿竖直方向安装；水平光栅31用于测量出被废旧电池遮挡住的光线，当废旧电池随转动台面一起转动时，被遮挡光线的位置以及数量相应地发上变化，测量出废旧电池姿态在水平面内的变化；垂直光栅32用于测量出废旧电池当前摆放姿态下的高度，两组光栅由支架33支撑在固定台面15上。转动台面13转动时，带动台面上的废旧电池50一起转动，废旧电池遮挡光栅光线的数量、被遮挡光线的位置随转台的转动角度发生变化。

如图5和图6所示，当废旧电池50随转动台面一起转动一周时，被废旧电池遮挡的光线数量随着转动角度不断变化，或者说，被遮挡的光线数是转动角度的函数，每旋转一周，此函数出现三个极值，分别是废旧电池的长、宽和对角线的尺寸，再根据出现极值52的位置，可以推算出废旧电池几何中心51所在的位置，以及对角线53的方向；同时，三个称重传感器的称重数据也随着废旧电池的转动实时变化，由称重传感器的称重数据可以推算出废旧电池重心所在的位置，根据废旧电池的几何中心和重心的位置，可以推算出废旧电池上盖54的朝向。在废旧电池遮挡光线数量的三个极值位置中，总有一个极值位置给出废旧电池姿态或上盖的朝向。

如图 7 所示，当废旧电池的姿态是上盖朝上或朝下铅垂放置时，在这种工况，需要通过夹持转动机械手20将废旧电池翻转至侧面朝下或朝上的水平放置状态。具体动作是：转动台面13带动废旧电池转动到小端面与夹持板21平行，夹持转动机械手20的两只夹持板21，在伺服电机24的带动下，可以控制丝杠22转动，进而带动夹持板21夹持住废旧电池。其中丝杠22的数量为两根，并平行安装在两个回转盘25上，左右回转盘25设置在滑动座26上，并在滑动座26上设置回转电机23，滑动座26在伺服电机24的驱动下，可以支座27上的滑槽内上下移动。需要翻转废旧电池调整姿态时，滑动座26向下移动带动夹持板21的下端接近转动台面，然后夹持板21相向运动夹持住废旧电池，再向上移动至足够的回转空间，接着通过回转电机23控制回转盘25向前或向后翻转90度，调整废旧电池朝上的端面；调整好姿态后，再按与上述动作相反的操作步骤将废旧电池释放至转动台面13上。夹持板21与转动台面13配合操作，最终将废旧电池摆放至上盖朝前或朝后的某一个方向。

如图8所示，所述数据处理与控制单元60由电脑或可编程控制器以及相应的软件构成，用于处理测量光栅30、称重传感器组40的测量数据，计算出废旧电池的姿态，以及规格尺寸，并控制伺服电机11、伺服电机24、回转电机23、伺服电机24的转动，以及夹持转动机械手的运动，将废旧电池摆放至要求的姿态。

如图9所示，所述数据处理与控制单元60通过RS232或USB接口连接至RS485集线器61，再通过RS485通讯总线62与称重传感器43、尺寸测量光栅30以及运动控制器63进行双向数据传输；其中，称重传感器通过RS485变送器连接至RS485通讯总线，尺寸测量光栅以及运动控制器则是直接连接至通讯总线。运动控制器与伺服电机驱动之间同样由RS485总线进行通讯。伺服电机则是与各自的驱动器相连。

如图10所示，为数据处理与控制单元的程序框图，首先，根据光栅和称重传感器的测量数据，计算出中心位置，以及废旧电池遮挡光线的数量，然后使转动台面转动一个小的角度，并记录转过的角度、读取光栅和称重传感器的数据，直到转动平面转过一周，或已经有足够的数据确定废旧电池姿态，结束测试周期，并转动台面姿态使上盖朝向特定方向。如果在当前工况下测得的数据表明重心与几何中心重合，则需要翻转废旧电池，使原状态的上面或下面呈侧立状态，然后重新识别并调整废旧电池姿态。

废旧电池几何中心的识别过程：

废旧电池随转动台面一起转动时，水平光幕实时测量出废旧电池遮挡光线的数量，由于光线之间的间隔固定且已知，因此，可以测的被遮挡光线的宽度，当遮挡物废旧电池随转动台面13转动时，遮挡光线宽度随着发生变化，是转动台面13转动角度的函数，当转动到光线与废旧电池的某个侧壁平行时，遮挡光线的宽度函数取一个极小值，即，此时无论废旧电池正转或反转一个小的角度，遮挡光线的宽度都要增加，因此，该宽度函数极小值是废旧电池长度宽高尺寸之一，由此位置为基础再转动90度，便得到废旧电池的第二个尺寸；垂直光幕给出废旧电池长宽高的第三个尺寸，根据废旧电池的几何尺寸确定出其几何中心。

废旧电池重心的识别过程：

在不放置废旧电池的情况下，先测得每个销轴41上的重量分量，放置废旧电池后，每根销轴41上的重量有一个增量，每根增量的总和便是废旧电池的重量，由于销轴41位置固定，根据每根销轴41上重量的增量以及重心公式，即可计算出废旧电池重心的位置。

姿态识别过程：

由于废旧电池的极板装配位置靠近废旧电池底端，因此，废旧电池的重心与几何中心不重合而是偏向废旧电池底端；根据废旧电池尺寸计算出废旧电池外形总体积，再根据废旧电池总重量、废旧电池极板的密度、废旧电池壳的密度、废旧电池重心与几何中心的距离，即可推算出废旧电池上盖和废旧电池极板之间的间隙或距离，以及废旧电池上盖的朝向。

在本文件中对废旧电池的摆放状态描述如下：如果废旧电池的上盖或底面朝上，称之为铅垂放置，如果废旧电池的面积较大的侧面朝上，称之为水平放置，如果废旧电池的面积较小的侧面朝上，称之为侧立放置。上述的几何中心和重心测量过程中，如果几何中心和中心不重合，则说明废旧电池是水平放置或侧立放置，此种摆放状态可以根据废旧电池几何中心与重心以及废旧电池的摆放位置，确定废旧电池摆放的姿态，例如，废旧电池盖的朝向；如果废旧电池是铅垂放置，上述的几何中心和重心测量过程中，几何中心和中心重合，则需要借助于夹持转动机械手，夹持住废旧电池将其绕水平轴转动90^o，使废旧电池呈水平或侧立放置状态，并再次重复几何中心和重心的测量过程，最终确定废旧电池姿态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统,其特征在于：包括伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅、称重支撑圈、称重传感器组和数据处理与控制单元,所述夹持转动机械手位于所述伺服转台上方，所述测量光栅位于所述夹持转动机械手与所述伺服转台之间，所述称重支撑圈通过一环形轴承支撑并与所述称重传感器组安装在所述伺服转台上，所述环形轴承支撑设置在所述称重支撑圈的上表面，所述称重传感器组设置在所述称重支撑圈的下表面；所述数据处理与控制单元分别与所述伺服转台、夹持转动机械手、测量光栅和称重传感器电连接；所述伺服转台包括伺服电机、转动台面和固定台面，所述伺服电机支架固定在地面上，所述转动台面的中心位置与所述伺服电机之间通过一花键联轴器连接，所述转动台面底面的外沿由一环形轴承支撑，在所述伺服电机带动下，所述转动台面可绕铅锤轴转动，待处理废旧电池搁置在所述转动台面上，废旧电池以及台面的重量完全由所述环形轴承支撑；所述夹持转动机械手位于所述伺服转台上方，其包括伺服电机、夹持板、丝杆、滑动座、支座和回转盘，所述丝杆的左右两端分别通过回转盘与滑动座相连，丝杆的数量为两根，两根丝杆平行设置，所述滑动座设置在左右支座上，进而将所述丝杆水平支撑；所述丝杆上设有两块夹持板，所述夹持板穿过两根丝杆，并分别与一根丝杆螺纹相连，与另一根丝杆通过轴套相连，进而可以通过两根丝杆来独立控制一块夹持板移动，在两根丝杆的端部分别设置一个伺服电机，用来控制丝杆的转动；所述滑动座上设置有一个回转电机，该回转电机与滑动座相连接，进而可以带动丝杠和夹持板绕回转盘的中心线转动，所述支座上设有滑槽，所述滑动座设置在滑槽内，在支座上也安装有一个伺服电机，该伺服电机通过丝母与滑动座相连。

2.根据权利要求1所述的一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统，其特征在于：所述测量光栅包括两组，其中一组光栅的光幕平行于所述转动台面，另一组光栅的光幕垂直于所述转动台面。

3.根据权利要求1所述的一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统，其特征在于：所述称重支撑圈的上表面与所述环形轴承的定圈固定连接，所述称重支撑圈的下表面设有销轴，所述销轴与所述称重支撑圈的底面垂直安装。

4.根据权利要求1所述的一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统，其特征在于：所述称重传感器组安装在所述固定台面上，所述称重传感器组的数量与所述称重支撑圈上的销轴数量一致，在所述固定台面的中心设有一个圆孔，所述伺服转台的转轴从所述圆孔穿过；所述称重传感器组的上方设有销轴座，所述称重支撑圈上的销轴分别对应地垂直插入所述销轴座，所述销轴的高度大于所述销轴座，所述销轴的下端支撑在所述称重传感器组上，所述称重传感器组所测得的总重量为所述销轴所支撑的所述转动台面、废旧电池、称重支撑圈以及环形轴承的总重量，所述废旧电池的重心位置由所述称重传感器组的每个称重传感器测得的分量计算得出。

5.根据权利要求1所述的一种蓄废旧电池尺寸自动测量和姿态摆放系统，其特征在于：所述数据处理与控制单元由电脑或可编程控制器以及相应的软件构成，用于处理所述测量光栅和称重传感器组的测量数据，并控制所述伺服转台以及所述夹持转动机械手的运动。