CN110603212B - 堆码机工作站 - Google Patents

Abstract

一种用于将箱子(B)堆码在托盘(P)上的堆码机工作站(1)，包括：用于接收待装载托盘(P)的工作台(200)；带有夹头(110)的堆码机(100)，用于从箱子输送带(10)上抓取箱子(B)并将所述箱子从所述箱子输送带传送到所述旋转台(200)上方的位置。所述工作台(200)是能够围绕竖轴旋转的旋转台(200)；所述夹头(110)是能够使所述箱子(B)围绕竖轴旋转的可旋转夹头(110)。

Description

堆码机工作站

技术领域

本发明一般涉及堆码机工作站。

背景技术

在货物运输和储存领域，托盘是一种可以装载托盘货物的支撑平台。托盘具有标准尺寸，在一示例中，托盘的尺寸可以是80cm x 120cm或100cm x 120cm。堆码后，托盘货物可以用塑料薄膜包裹，以获得牢固的组合单元。总之，无论有无包裹，托盘加货物在运输(卡车)和储存中都被视为单元。

尽管托盘可以承载任何类型的产品，但在实践中使用的最实用产品(即托盘上的货物)示例是矩形(纸板)箱。这种箱子有许多标准尺寸。就有效利用容积而言，优先的是通过堆码以获得紧密装载，但这对于本发明不是必需的。例如，10个40x30的箱子适合一个100x120的托盘。

显然，可以手动地在托盘上堆码箱子。但本发明涉及一种由机器人进行堆码的堆码机工作站，表示为堆码机。除用于执行堆码的堆码机外，所述堆码机工作站还需要用于供给空托盘的托盘供给输送带、用于移除(输出)已装载托盘的托盘移除输送带以及至少一个用于供给待堆码箱子的箱子输送带。为了从箱子输送带抓取箱子，并将箱子放置在托盘堆上，堆码机配备了合适的抓取工具，例如，夹具或真空吸引装置。

发明内容

在现有技术中，在原理上或实践上已知用于所述堆码机工作站布局的各种可能性，特别是各种输送线的布局。例如，托盘移除输送带可以与托盘供给输送带对齐，箱子输送带可以与托盘输送带成直角；堆码机可以位于由这些输送带限定的拐角处。

事实上，在一示例中，托盘移除输送带和托盘供给输送带可以组合成经过堆码机的单独托盘输送带。托盘输送带向一个方向移动供给托盘，停止这种移动以允许堆码机进行堆码操作，然后向同一个方向移动将堆码的托盘移走并同时供给下一个托盘。

问题是这种布局需要占用较大空间，这在有多个堆码机的设施中尤其不利。目的是尽可能有效地利用空间。

当堆码机设置在输送线旁，即是靠近输送线时，堆码机将不可避免地在拾取箱子并将其放置在托盘上时进行横向移动。这种横向移动会带来固有的安全风险，因为人员可能会受到横向移动部件的撞击，或者更糟的是，会被夹在这种部件和静止物体之间。因此，有必要提供安全措施，或者使人员远离，或者可以感应障碍并停止移动，或同时提供这两种措施。目的是提供一种将横向运动减少到最低程度或完全消除横向运动的堆码机工作站。

在已知的堆码机工作站中，堆码机实现为横跨托盘和/或箱子输送带的桥式结构，具有例如沿桥式结构引导的一个或多个滑轮。问题是这种堆码机工作站具有很高的建筑轮廓，需要在一定高度上进行装配和维护。目的是提供一种具有低建筑轮廓的堆码机，使得站在地面上的人员在很大程度上可以进行装配和维护，另外，装配好的托盘还可以放置在标准尺寸的运输容器中，以便在远距离的组装设施中进行组装，然后以组装状态运送到使用地点。

根据本发明，堆码机工作站包括旋转台，其用于接收待装载托盘和用于在装载过程中旋转该托盘，从而使箱子的目标位置总是位于箱子的供给位置和托盘中心之间。因此，将箱子移动至其目标位置总是可以在朝向托盘中心的直线上进行，并且从来不需要在横向方向上移动箱子，也从来不需要将箱子移动到托盘中心之外。

应注意，已知包括能旋转托盘的托盘台的堆码机。例如，ARPAC公司提出了一种名为“ARBOT”的机器人，可登录https://www.youtube.com/watch？v＝1saljYFVy-8查看。然而，在这种情况下，旋转设施仅用于包裹装载的托盘。当托盘正在装载时，托盘始终相对于托盘机器人和箱子供给输送带保持静止。

在FANUC公司提出的RJ-31C机器人堆码机(可登录https://www.youtube.com/watch？v＝pnAH7Fkyxxc查看)中，托盘输送带为旋转台。所述旋转台的半径远大于托盘对角线长度，并包括四个托盘接收部件，每个部件用于接收一个托盘，这些部件距离旋转台旋转轴有一定距离，使得该旋转轴位于托盘的覆盖范围之外。该旋转台输送带位于多个箱子供给输送带的前端，并与托盘供给输送带相邻。在旋转台输送带的一个角度位置，某一托盘接收部件与托盘供给输送带相邻并接收托盘。然后将所述旋转台输送带旋转90°、180°和270°，以将该托盘接收部件和所述托盘一起移动到三个不同的位置，在这三个不同的位置上，所述托盘可以由托盘机器人装载，以从箱子供给输送带中的一个接收箱子。在装载时，托盘相对于托盘机器人和箱子供给输送带保持静止。这种装置不能围绕与托盘中心相交的竖轴转动托盘。

附图说明

本发明的这些和其它方面、特征和优点将结合附图通过对一个或多个优选实施例的描述进行进一步的解释，其中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中：

图1是根据本发明的堆码机工作站的示意性俯视图；

图2是装载的托盘的俯视图，示出了在堆码层中的10个箱子的可能样式；

图3A-C示出了托盘的转动和箱子的放置；

图4是示出了堆码机工作站的控制的框图。

具体实施方式

图1是根据本发明的堆码机工作站1的示意性俯视图。该图示出了待装载的托盘P。该图还示出了箱子输送带10的端部，该箱子输送带10供给要堆码在托盘P上的箱子B。输送方向由箭头指示。输送带10可以是任何已知的或新的类型。输送机制的类型，例如滚轴或皮带，与本发明无关。为了简单起见，该图没有示出托盘移除输送带或供给输送带。

箱子输送带10的(水平)输送方向在下文中将视为X方向。应当注意的是，箱子B的水平尺寸将比托盘P的水平尺寸小，箱子输送带10的宽度(测量的垂直于X方向的水平Y方向)将足够宽，以容纳可预期的最大箱子(但比托盘P的Y方向小)。

托盘P示出位于装载位置，该位置与箱子输送带10对齐。假定托盘具有通常的矩形形状，附图标记11表示箱子输送带10的中心线，而C表示托盘P的中心(即，对角线的交点)。在理想的装载位置，中心C与中心线11对齐，尽管允许一些公差。

附图标记110表示堆码机100的夹头。夹头110的夹持机制的性质对于理解和实施本发明不是必需的。作为非限制性示例，夹头110可以是与箱子B的水平上表面接触的真空吸头，或是与箱子B的竖直侧表面接触的夹具等。

夹头110必须能够在不同的方向上操纵箱子B。

第一操纵方向是垂直的(垂直于X和Y的Z方向)。箱子B必须从箱子输送带10上提起，并且必须相对于托盘P提起至适当的高度。应当注意，托盘P的上表面是用于堆码的底层：在此处将放置第一层箱子B。然后，可以放置可选的隔板，然后将后续的箱子B放置在用于限定第二层的第一层顶部。应该清楚的是，每个下一个堆码层都需要将箱子B提升到更高的高度。堆码机100必须能够至少将夹头110提升至所需的最高堆码高度。

第二操纵方向是X方向。箱子B必须从箱子输送带10移至托盘P表面上方的适当位置。

第三操纵方向是带有角度的方向，即围绕Z轴旋转。不能期望箱子输送带10上的箱子B具有托盘P要求的方向。在矩形箱子的情况下，可能需要将某些箱子的纵向与X轴对齐，而其它箱子的纵向与Y轴对齐。

只有这三个操纵方向的情况下，实际上不可能覆盖托盘P的整个表面。因此，在现有技术中，堆码机100也在Y方向上进行操纵。

根据本发明，堆码机工作站1包括旋转台200，该旋转台200在其装载位置装载托盘P，并且能够使托盘P围绕Z轴在至少180°和优选至少360°的角度范围内旋转，最优选的情况是不受限制。如上所述，通过旋转台200和夹头110的三个操作方向的组合旋转，可以将任何尺寸的任何箱子放置在托盘的任何位置，这将在下面说明。

为了转动托盘P，需要一个圆形区域，其直径等于托盘对角线的长度。旋转台200可以更大，并延伸到这一圆形区域之外，但需要保持尽可能小的空间。旋转台上表面的确切形状并不是必要的，例如，它可以是方形、矩形或圆形上表面。旋转台上表面可以比要承载的托盘小一些，因为托盘(特别是在托盘的拐角处)略微突出超过旋转台上表面是没有问题的。旋转台具有垂直旋转轴，并将托盘P集中接收，以便在运行中托盘P将围绕与其中心C大致对齐的竖轴旋转。

图2是10个箱子B的可能堆码样式的俯视图。每个箱子B都具有一个垂直的箱子中心线，由图中的符号

表示。在图2的垂直投影中，每个单独的箱子中心线都具有固定且已知的X、Y坐标。对于每个箱子B，可以将旋转台200旋转一定角度

使得对应的箱子中心线

与箱子输送带10的中心线11对齐。这将在图3A-C中进行说明。

图3A是与图1和图2相比较的视图，示出了一层箱子尚未放置完成的情况。灰色矩形表示已经就位的箱子，白色虚线表示下一个箱子B要放置的目标位置。符号

表示该下一个箱子B实际放置在此目标位置后该下一个箱子B的箱子中心线的位置；这将表示为目标位置中心线。使夹头110在与箱子B的箱子中心线

对齐的位置处接触箱子B，并且使箱子B旋转角度β到等同于目标位置方向的方向。箱子B的这种旋转方向表示为目标方向。应注意的是，夹头110所需的旋转角度β将取决于箱子输送带10上的箱子的实际方向；这种所需的旋转角度β将表示为“校正”角度，并且在图3A的情况下，通常大约为0°或90°。

假定托盘的旋转轴与其中心C重合。线L将目标位置中心线

与托盘中心C连接。该线L与箱子输送带10的中心线11成一角度

这一角度将表示为目标角度。

应理解的是，对于每个目标位置，都有一条唯一的目标位置中心线

因此有一个独特的目标角度

图3B是与图3A相比较的视图，但现在托盘P已经按照所述目标角度

旋转，使得目标位置的相关目标位置中心线

与箱子输送带10的中心线11对齐，目标位置位于托盘中心C和箱子输送带10之间。使夹头110在等同于

的自适应角度θ旋转箱子B，使得所述箱子B相对于托盘P仍然具有正确的方向。

可以注意到，考虑到矩形箱子的对称性，旋转

等同于旋转

在方形箱子的情况下，旋转

甚至等同于旋转

还可以注意到，考虑到矩形箱子的对称性，旋转

等同于在相反方向上旋转

在方形箱子的情况下，旋转

甚至等同于在相反方向上旋转

图3C是与图3B相比较的视图，其中，相对于图3B所示的情况，夹头110已经按X方向移动了使箱子B到达其预定的堆码位置所需的距离。

因此，无论箱子输送带10上箱子B的旋转方向如何，无论托盘P上箱子B的期望旋转方向如何，无论托盘P上箱子B的期望的X、Y位置如何，总是可以通过夹头110仅沿X方向进行线性移位，并分别在适当的选择角度θ和

上旋转夹头110和旋转台200，将该箱子置于任何期望的X、Y位置，以及任何期望的旋转方向。

注意，与不具有用于托盘的旋转支撑台的堆码机相比，夹头110在X方向上所需的移位范围较小，因为夹头110不需要移位至托盘中心C之外。

还需注意，箱子的移动不需要像上面的解释那样是离散的和连续的。箱子B不必先围绕β角转动，然后再围绕θ角转动。从箱子输送带10中拾取的箱子B在X方向上移位并同时旋转角度β+θ，这是可能的，甚至是更有效的。

此外，可以同时旋转托盘

角度；至少部分地，随着箱子的旋转，优选地且无论如何，在箱子即将着陆时的放置动作最后阶段，箱子的旋转速度等于托盘的旋转速度，而在最后阶段的任何时候，箱子的方向总是等于托盘的方向。

在上面的解释中，假定箱子输送带10上的箱子B与输送带中心线11对齐，在任何情况下都位于夹头110可以抓取箱子的位置。如果需要，箱子输送带10可配备对齐装置，通过在Y方向上移动箱子以确保这种对齐。或者，如果需要，堆码机100可包括补偿装置，通过在Y方向稍微移动夹头110以补偿任何偏斜。然而，在实践中，偏斜几厘米将不会引起任何问题，因为唯一的后果就是夹头110无法夹住位于中心位置的箱子。箱子对应的横向偏差可以通过稍微旋转所述托盘旋转台200得到大部分补偿。

在将箱子B堆码到托盘P上之后，通常将装载的托盘传送到包装站，在包裹站中，用透明的薄膜包裹堆码的箱子。包装通常是通过以下方式完成的：将托盘放置到与薄膜固定器/分配器相邻的旋转台上，并在从薄膜固定器/分配器中取出薄膜的同时使托盘及其堆码的箱子旋转，该薄膜固定器/分配器只能沿垂直方向移动。本发明的一大优点是，这样的包装站可以与堆码机集成，因为堆码机已经包括旋转台。

图4是示出了堆码机工作站的控制的框图。控制装置400具有第一控制输出401，该第一控制输出401耦接到用于控制夹头110相对于垂直旋转轴的旋转位置的可旋转夹头110。控制装置400具有第二控制输出402，该第二控制输出402耦接到用于控制旋转台200的旋转位置的旋转台200。

附图标记300表示移位装置，其使夹头110移位。移位装置能够提升并举起夹头110，该功能设备在方框310处示意性示出。移位装置能够在X方向上水平移动夹头110，该功能设备在方框320处示意性示出。优选地，这两种功能设施是可单独控制的。

所示实施例中的控制装置400具有第三控制输出431和第四控制输出432，第三控制输出431耦接到用于控制夹头110的垂直移位的移位装置300，第四控制输出432耦接到用于控制夹头110的水平移位的移位装置300。

应注意的是，对移位装置300进行精确设计对于实施本发明并不是必要的。技术人员可以选择各种办法。因此，这里不需要描述这种设计细节。

在这方面需要特别注意的是，所述水平和垂直移位设施不必完全分开。可以沿着具有垂直分量和水平分量的轨道执行移位，并且该移位装置可以组合执行这些移位分量。

本领域技术人员应当清楚，本发明不限于上文所讨论的示例性实施例，在所附权利要求中所定义的本发明的保护范围内可以进行几种变化和修改。例如，一个实体、单元或处理器可以执行两个或两个以上的功能。即使在不同的从属权利要求中叙述了某些特征，本发明也涉及包含这些共同特征的实施例。即使已经相互结合地描述了某些特征，本发明也涉及其中省略了一个或多个这些特征的实施例。尚未明确描述为必要的特征也可省略。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制该权利要求的范围。

在上文中，已经针对一种实施方式说明了本发明，在该实施方式中，箱子总是与箱子供给输送带的纵向方向对齐并朝着托盘中心C以直线运动方式从箱子供给输送带传送到托盘。通过这种装载过程，仍然可以通过调整托盘的角度位置来覆盖整个托盘表面，以使托盘上的箱子的目标位置始终与箱子供给输送带对齐。或者，堆码机器人也可以从任意输送带上取走箱子，将箱子移至机器人与托盘之间的某个参考位置，然后将箱子从该参考位置以直线运动移向托盘中心C，同时调整托盘的角度位置以使托盘上的箱子的目标位置始终与所述参考位置对齐。

在上文中，已经参考框图对本发明进行了说明，这些框图示出了根据本发明的装置的功能框。应当理解，这些功能框中的一个或多个可以用硬件来实现，其中这种功能框的功能由各个硬件组件来执行，但是这些功能框中的一个或多个也可以用软件来实现，从而使得这些功能框的功能由计算机程序的一个或多个程序行执行或由可编程设备(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器等)执行。

Claims (6)

1.一种堆码机工作站(1)，用于将箱子(B)堆码在托盘(P)上，包括：

工作台(200)，用于接收待装载托盘(P)；

堆码机(100)，带有夹头(110)，所述夹头(110)用于从箱子输送带(10)上抓取箱子(B)并将所述箱子从所述箱子输送带传送到所述工作台(200)上方的目标位置；

用于向所述堆码机输送箱子的箱子输送带(10)；以及

控制装置(400)，用于控制所述工作台(200)的角度位置、所述夹头(110)的角度位置和所述夹头(110)的输送移位；

其中，所述工作台(200)是能够围绕竖轴旋转并在所述竖轴与所述托盘的中心(C)对齐的位置处接收所述托盘(P)的旋转台；

其中，所述夹头(110)是能够使所述箱子(B)围绕竖轴旋转的可旋转夹头(110)；

其中，所述工作站适于总是装载朝向所述托盘中心(C)的方向进行直线移动的箱子，并且总是将所述旋转台旋转到所述目标位置与所述直线移动对齐的角度位置；

其中所述旋转台设置在靠近所述箱子输送带一端的位置，与所述箱子输送带的中心线(11)方向一致；

其中，所述堆码机(100)包括移位装置(300)，所述移位装置(300)具有垂直移位功能结构(310)和水平移位功能结构(320)，所述垂直移位功能结构(310)用于在垂直方向上升高和降低夹头(110)，所述水平移位功能结构(320)用于仅沿与所述箱子输送带(10)的输送方向一致的水平移位方向(X)上将所述箱子从箱子输送带传送到所述旋转台上方的位置；

并且其中，所述控制装置(400)被编程为计算所述托盘上的箱子的目标位置，以驱动所述旋转台旋转角度

，使得所述目标位置与所述箱子输送带方向一致，并驱动所述夹头旋转等效角度θ。

2.根据权利要求1所述的堆码机工作站，其中，所述控制装置(400)被编程为在所述夹头进行输送移位时同时旋转所述旋转台和所述夹头。

3.根据权利要求1所述的堆码机工作站，还包括集成的包裹站，所述包裹站设置在所述旋转台附近，以在堆码完成后使用薄膜包裹所述堆码的箱子。

4.一种用于将箱子(B)堆码在托盘(P)上的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述托盘(P)放在旋转台(200)上；

将箱子(B)供给到靠近所述旋转台(200)的供给位置；

确定所述箱子(B)放在所述托盘上的目标位置；

确定所述箱子(B)在所述托盘上的目标方向；

围绕垂直旋转轴旋转所述托盘(P)，使得所述目标位置位于所述箱子(B)和所述旋转轴之间；

围绕垂直旋转轴旋转所述箱子(B)，使得所述箱子(B)与所述目标方向对齐；

将所述箱子(B)沿朝向托盘中心的直线从所述供给位置传送到所述托盘上的目标位置；

提供移位装置(300)，所述移位装置(300)具有垂直移位功能结构(310)和水平移位功能结构(320)，所述垂直移位功能结构(310)用于在垂直方向上升高和降低夹头(110)，所述水平移位功能结构(320)用于仅沿与箱子输送带(10)的输送方向一致的水平移位方向(X)上将所述箱子从箱子输送带传送到所述旋转台上方的位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，旋转所述托盘、旋转所述箱子和输送所述箱子的步骤至少部分地以重叠时间进行。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在堆码完成之后，在旋转所述旋转台(200)以旋转托盘的同时，将薄膜包裹在所述堆码的箱子上。

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