CN110253633A - 一种用于流水线的自动抓取码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其包括：上位机、底座、操控台、连接架、臂舵机、小臂连杆、大臂连杆和货爪；其中操控台包括转动台、传动柱、电机箱、嵌入式控制板、RFID读写器以及外壳；货爪包括爪舵机、减压器、RFID读写器附加天线、两个爪臂和夹板；利用RFID读写器自带的天线和RFID读写器附加天线磁场范围的不同，先对货物进行大致定位后再准确定位，控制嵌入式控制板通过电机箱和臂舵机将货爪移动到货物处抓取货物；再根据上位机给出的货架位置信息将货物移动到相应的货架位置。本发明提高了装置主体对货物的识别效率和对区域位置的精确判定，有效减轻了工作人员的工作量，并且安装简单以及价格便宜。

Description

一种用于流水线的自动抓取码垛机器人

技术领域

本发明涉及自动识别技术领域，具体为一种用于流水线的自动抓取码垛机器人。

背景技术

现有流水线上的码垛机器人，机械臂本身可活动结构较少，灵活性较差，从而导致其与货物接触时贴合性能较差，导致抓取时货物不稳定，影响工作效率。并且在对货物进行识别时的效率较差，通常需人工干预分类及定位后，机械臂才可以正常进行货物搬运，从而导致人工分类工作量大且易出现分类错误等问题。

RFID(Radio Frequency Identification)射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。同时RFID是一种简单的无线系统，只有三个基本器件：标签、读写器和天线。目前RFID主要用于控制、检测和目标定位。

所以，需要对机械臂进行改进，设计一种适用于流水线的自动抓取码垛机器人，成为我们当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，以解决上述背景技术中提识别效率低，灵活性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其包括：上位机、底座、操控台、连接架、臂舵机、小臂连杆、大臂连杆和货爪；

所述底座位于码垛机器人的底端，用来固定自动抓取码垛机器人；

所述操控台固定安装在底座的顶端中间,包括转动台、传动柱、电机箱、嵌入式控制板、RFID读写器以及外壳；所述外壳固定安装在底座上，用来保护外壳内的电机箱、嵌入式控制板和RFID读写器；其中RFID读写器是嵌入安装在外壳侧面，方向为面向流水线方向；所述转动台位于外壳上部，所述传动柱顶端固定连接转动台的中心位置；所述嵌入式控制板分别与RFID读写器和电机箱连接；当RFID读写器的天线磁场可以检测到RFID卡时，RFID读写器启动嵌入式控制板，嵌入式控制板控制电机箱运动，并通过传动柱带动转动台进行旋转，转动台带动小臂连杆、大臂连杆和货爪在流水线上方移动；

所述连接架固定在操控台的转动台上，所述小臂连杆第一端和大臂连杆第一端固定在连接架上；所述小臂连杆第二端连接货爪，所述大臂连杆第二端连接小臂连杆，连接点靠近小臂连杆第二端；所述臂舵机与大臂连杆的第一端连接，所述嵌入式控制板与臂舵机连接，嵌入式控制板通过给臂舵机发送指令，控制臂舵机带动大臂连杆运动，然后大臂连杆带动小臂连杆运动，最后小臂连杆带动货爪运动；

所述货爪包括爪舵机、减压器、RFID读写器附加天线、两个爪臂和夹板；所述爪舵机的第一平面的中心连接在小臂连杆的第二端；两个爪臂的第一端对称安装在爪舵机的第二平面边缘，两个爪臂的第二端分别安装有夹板，爪舵机的第二平面的中心安装有减压器，所述减压器中安装有RFID读写器附加天线；所述RFID读写器附加天线与RFID读写器相连接；当RFID读写器附加天线也能够获取的RFID卡信息时，所述货爪位于货物上方的位置，控制嵌入式控制板通过电机箱和臂舵机将货爪移动到货物处抓取货物；根据RFID卡信息从上位机中查询到货物所对应的货架位置，上位机将货架位置信息发送给嵌入式控制板，控制嵌入式控制板通过电机箱和臂舵机将货物移动到相应的货架位置。

优选的，所述小臂连杆为4级连杆结构，所述大臂连杆包括第一大臂连杆和第二大臂连杆，所述第一大臂连杆和第二大臂连杆都为摇臂，所述小臂连杆第一端和第一大臂连杆第一端同心通过轴承安装在连接架的第一侧板和第二侧板之间，所述第一大臂连杆第二端和小臂连杆的第3级连杆相连接，所述第二大臂连杆第二端和小臂连杆的第4级连杆相连接。

优选的，所述臂舵机的内部连接有主动齿轮，所述主动齿轮的顶部搭接相连有从动齿轮，所述从动齿轮的齿轮轴通过轴承搭接在连接架的轴承支撑孔上，轴的另一端通过键与大臂连杆第一端连接，臂舵轮控制主动齿轮运动，主动齿轮与从动齿轮啮合传输动力。

优选的，所述RFID读写器附加天线功率小于RFID读写器中自带天线的功率。

与现有技术相比，本种发明的有益效果是:

1.本发明的用于流水线的自动抓取码垛机器人，RFID收发天线，能够在货爪活动至货物顶端时配合RFID读写器对货物同时进行扫描，有效提高了装置主体对货物的识别效率，进一步确保装置主体对区域位置的精确判定再将其夹运至装置主体固定位置两侧指定货架上便于工作人员整理，提高装置主体本身的工作效率，体现了本发明的高效识别性。

2.本发明的用于流水线的自动抓取码垛机器人，货爪通过壁舵机控制小臂连杆与大臂连杆进行运动，使得对货爪的控制精准，并通过爪舵机控制货爪对货物进行夹取搬运，之后通过臂爪上的夹板能够提高货爪的爪货能力，且通过减压器能够提高货爪与货物之间的贴合强度，有利于货爪对货物抓取时的牢固物稳定，防止货爪在爪货时货物发生意外掉落，对使用者造成一定程度的经济损失，体现了本发明的高效性。

3、本申请通过利用RFID天线磁场范围的不同，利用多个RFID天线磁场范围的不同进行定位，技术简单，价格低廉，还不需要用增加额外的处理设备。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的操控台部分剖面结构示意图；

图3为本发明的臂舵机部分剖面结构示意图；

图4为本发明的货爪部分结构示意图；

图5为本发明的控制关系图。

图中：

1、上位机， 2、底座， 3、操控台，

302、RFID读写器， 303、电机箱， 304、传动柱， 305、转动台，

4、连接架， 5、臂舵机， 501、主动齿轮， 502、从动齿轮，

503、挡板， 6、小臂连杆， 7、大臂连杆， 8、货爪，

801、爪舵机， 802、减压器， 803、RFID读写器附加天线，

804、爪臂， 805、夹板， 301、嵌入式控制板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其包括上位机1、底座2、操控台3、连接架4，臂舵机5、小臂连杆6、大臂连杆7和货爪8。

底座2位于自动抓取码垛机器人的底端，底座2的上部固定安装有操控台3，操控台3的上部安装有连接架4，小臂连杆6的第一端与大臂连杆7的第一端同轴并位于连接架4的中间，连接架4的第一侧面固定连接有臂舵机5，大臂连杆7与臂舵机5齿轮链接，小臂连杆6为多级连杆结构，小臂连杆6的第二端活动连接有货爪8；大臂连杆7第二端连接小臂连杆6，连接点靠近小臂连杆6的第二端，用于带动小臂连杆6运动，操控台3与上位机1相连接，上位机1从操控台3接收RFID卡信息并根据RFID卡信息确定货物分配得货架，上位机1将货架分配消息发送至操控台3，操控台3控制货爪8将货物放置在指定的货架位置处。下面对用于流水线的自动抓取码垛机器人进行详细描述。

底座2为扁平结构，可以是圆形、长方形或多边形，底座2上开有圆形或其它形状的固定孔，底座2位于整个自动抓取码垛机器人的最下方，通过固定孔可以将自动抓取码垛机器人安装在流水线恰当的位置，通常自动抓取码垛机器人被安装在流水线和货架之间的位置，或者流水线的侧面。

操控台3固定安装在底座2的顶端中间,包括扁平圆柱形转动台305、传动柱304、电机箱303、嵌入式控制板301、RFID读写器302以及外壳。外壳固定安装在底座2上，用来保护外壳内的电机箱303、嵌入式控制板301和RFID读写器302。其中RFID读写器302是嵌入安装在外壳侧面，方向为面向流水线方向。转动台305位于外壳上部，传动柱304为圆柱形，从外壳顶部中间垂直穿过，底部与外壳内的电机箱303相连接，顶端固定连接转动台305的中心位置。嵌入式控制板301分别与RFID读写器302和电机箱303电连接。当RFID读写器302读取到货物包装上的RFID卡时，说明此时货物进入到RFID读写器302的磁场中，此时RFID读写器302将启动嵌入式控制板301，嵌入式控制板301控制电机箱303运动，并通过传动柱304带动转动台305进行转动，转动台305带动小臂连杆6、大臂连杆7和货爪8一起转动。

连接架4固定在操控台3的转动台305上部，臂舵机5的从动齿轮502的齿轮轴通过轴承搭接在连接架4的轴承支撑孔上，轴的另一端通过键与大臂连杆7第一端连接，小臂连杆6跟随大臂连杆7运动，小臂连杆6第二端连接货爪8，大臂连杆7第二端连接小臂连杆6，连接点靠近小臂连杆6第二端，用于支撑小臂连杆6。臂舵机5控制大臂连杆7带动小臂连杆6运动，小臂连杆6带动货爪8运动。

本实施例中连接架4包括第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板相互平行，垂直固定安装在操控台3的转动台305上部。臂舵机5固定安装再第一侧板的外部，小臂连杆6第一端和大臂连杆7第一端通过轴与轴承安装在第一侧板和第二侧板之间的轴承支撑孔上。小臂连杆6为4级连杆结构，连杆从下到上依次为第1级至第4级连杆，大臂连杆7包括第一大臂连杆和第二大臂连杆，第一大臂连杆和第二大臂连杆可以是摇臂结构或者伸缩杆结构，只要能带动小臂连杆6运动即可；小臂连杆6第一端和第一大臂连杆7第一端同心通过轴与轴承安装在第一侧板和第二侧板之间，小臂连杆6第二端连接货爪8，第一大臂连杆第二端和小臂连杆6的第3级连杆相连接，第二大臂连杆第二端和小臂连杆6的第4级连杆相连接。臂舵轮5与嵌入式控制板301连接，用于接收嵌入式控制板301的控制信号。臂舵机5采用目前常用的结构，臂舵机5的内部底部活动连接有主动齿轮501，主动齿轮501的顶部搭接相连有从动齿轮502，臂舵机5的内部中间固定连接有挡板503。臂舵轮5接收嵌入式控制板301的控制信号，控制主动齿轮501运动，主动齿轮501与从动齿轮502啮合传输动力，从动齿轮502起到减速增扭作用。

货爪8安装在小臂连杆6第二端，货爪8包括爪舵机801、减压器802、RFID读写器附加天线803、两个爪臂804和夹板805。货抓8的第一平面的中心连接在小臂连杆6的第二端，爪舵机801为扁平圆柱形，爪舵机801操控两个爪臂804运动实现抓手抓取动作。两个爪臂804的第一端对称安装在爪舵机801的第二平面边缘，第二端都分别安装有夹板805，夹板805能够提高货爪8的爪货能力。爪舵机801的第二平面的中心安装有减压器802，减压器802依次包括互相连接的减压器底座、中间的弹簧柱以及顶端的压板。减压器底座固定安装在爪舵机801的第二平面中间，减压器802能够在货爪8接触货物后通过其顶端的压板与中间的弹簧柱起到对货物减压的效果，防止货爪8在抓取货物时，由于机械本身的动力较大导致货物损坏，对使用者造成一定程度的经济损失，同时通过减压器802能够提高货爪8与货物之间的贴合强度，有利于货爪8对货物抓取时的牢固物稳定。减压器802的压板中间嵌入安装有RFID读写器附加天线803，RFID读写器附加天线803与操控台3中的RFID读写器302电连接，作为RFID读写器302的附加天线，RFID读写器附加天线803功率小于RFID读写器302中自身的天线。RFID读写器附加天线803能够在货爪8活动至货物附件时对货物进行扫描，实现对货物更准确的定位。

本发明在使用时，首先流水线上的每个货物上都必须有一个RFID卡，每个RFID卡都包括有货物编号、名称、重量以及体积等和此货物相关的信息。用户在上位机中预先录入RFID卡所对应的货架具体位置，通常是一个号段对应一个货架位置，货架位置中还包括未分类货架位置，此货架中的货物为识别出RFID卡但还未录入存放货架位置的货物，以减少在流水线中的人工干预。

将用于流水线的自动抓取码垛机器人通过底座2将其固定在生产线传送带两侧，货物通过流水线经过码垛机器人时，当码垛机器人操控台3中的RFID读写器302能够读取到货物包装上的RFID卡时，说明货物进入到RFID读写器302的磁场范围内，此时RFID读写器302启动嵌入式控制板301，嵌入式控制板301控制电机箱运动，并通过传动柱304带动转动台305进行旋转，带动货爪8在流水线的上部移动，当货爪8中RFID读写器附加天线也可以读取RFID卡时，说明货爪8位于货物上方的位置，这是由于RFID读写器附加天线的磁场范围要远小于RFID读写器302自带的天线，因此当RFID卡位于RFID读写器附加天线803的磁场内时，也就意味着货爪8和货物基本对齐。嵌入式控制板301控制电机箱303和臂舵机5，使得的货爪8向下准确抓取货物。码垛机器人的货爪抓取货物后，RFID读写器302将从货物包装上RFID卡读取的内容发送至上位机中，嵌入式控制板301从上位机中获取货物摆放的货架位置，嵌入式控制板301控制动转动台305和货爪8将货物放置到指定的货架位置。

减压器802能够在货爪8接触货物后通过其顶端的压板与中间的弹簧柱起到对货物减压的效果，防止货爪8在抓取货物时，由于机械本身的动力较大导致货物损坏，对使用者造成一定程度的经济损失，同时通过减压器802能够提高货爪8与货物之间的贴合强度，有利于货爪8对货物抓取时的牢固物稳定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其特征在于：其包括：上位机、底座、操控台、连接架、臂舵机、小臂连杆、大臂连杆和货爪；

所述底座位于码垛机器人的底端，用来固定自动抓取码垛机器人；

所述操控台固定安装在底座的顶端中间,包括转动台、传动柱、电机箱、嵌入式控制板、RFID读写器以及外壳；所述外壳固定安装在底座上，用来保护外壳内的电机箱、嵌入式控制板和RFID读写器；其中RFID读写器是嵌入安装在外壳侧面，方向为面向流水线方向；所述转动台位于外壳上部，所述传动柱顶端固定连接转动台的中心位置；所述嵌入式控制板分别与RFID读写器和电机箱连接；当RFID读写器的天线磁场可以检测到RFID卡时，RFID读写器启动嵌入式控制板，嵌入式控制板控制电机箱运动，并通过传动柱带动转动台进行旋转，转动台带动小臂连杆、大臂连杆和货爪在流水线上方移动；

所述连接架固定在操控台的转动台上，所述小臂连杆第一端和大臂连杆第一端固定在连接架上；所述小臂连杆第二端连接货爪，所述大臂连杆第二端连接小臂连杆，连接点靠近小臂连杆第二端；所述臂舵机与大臂连杆的第一端连接，所述嵌入式控制板与臂舵机连接，嵌入式控制板通过给臂舵机发送指令，控制臂舵机带动大臂连杆运动，然后大臂连杆带动小臂连杆运动，最后小臂连杆带动货爪运动；

所述货爪包括爪舵机、减压器、RFID读写器附加天线、两个爪臂和夹板；所述爪舵机的第一平面的中心连接在小臂连杆的第二端；两个爪臂的第一端对称安装在爪舵机的第二平面边缘，两个爪臂的第二端分别安装有夹板，爪舵机的第二平面的中心安装有减压器，所述减压器中安装有RFID读写器附加天线；所述RFID读写器附加天线与RFID读写器相连接；当RFID读写器附加天线也能够获取的RFID卡信息时，所述货爪位于货物上方的位置，控制嵌入式控制板通过电机箱和臂舵机将货爪移动到货物处抓取货物；根据RFID卡信息从上位机中查询到货物所对应的货架位置，上位机将货架位置信息发送给嵌入式控制板，控制嵌入式控制板通过电机箱和臂舵机将货物移动到相应的货架位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其特征在于：

所述小臂连杆为4级连杆结构，所述大臂连杆包括第一大臂连杆和第二大臂连杆，所述第一大臂连杆和第二大臂连杆都为摇臂，所述小臂连杆第一端和第一大臂连杆第一端同心通过轴承安装在连接架的第一侧板和第二侧板之间，所述第一大臂连杆第二端和小臂连杆的第3级连杆相连接，所述第二大臂连杆第二端和小臂连杆的第4级连杆相连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其特征在于：

所述臂舵机的内部连接有主动齿轮，所述主动齿轮的顶部搭接相连有从动齿轮，所述从动齿轮的齿轮轴通过轴承搭接在连接架的轴承支撑孔上，轴的另一端通过键与大臂连杆第一端连接，臂舵轮控制主动齿轮运动，主动齿轮与从动齿轮啮合传输动力。

4.根据权利要求1所述的一种用于流水线的自动抓取码垛机器人，其特征在于：

所述RFID读写器附加天线功率小于RFID读写器中自带天线的功率。