CN111806771B

CN111806771B - 一种柔性板垛包装抓手

Info

Publication number: CN111806771B
Application number: CN202010704134.7A
Authority: CN
Inventors: 胡涛; 吴杰; 马连玺; 钱华
Original assignee: Homag Machinery Shanghai Co Ltd
Current assignee: Homag Machinery Shanghai Co Ltd
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: CN111806771A

Abstract

本发明公开了一种柔性板垛包装抓手，所述抓手包括：柔性伺服驱动装置，其包括驱动伺服电机、与所述驱动伺服电机传动连接的传动同步带；至少两个板垛抱夹装置，分别设置在所述传动同步带的两侧，其包括多与所述传动同步带传动方向平行的夹爪自由轮、与所述夹爪自由轮固定连接的同步带夹持机构，所述夹爪自由轮包括多个上缘共面的铰接在同一支架上的滚轮；其中，两个所述板垛抱夹装置的同步带夹持机构分别能够夹住所述传动同步带上运动方向相反的两个段落。本发明避免因工作强度大、单调重复性劳动引起人员疲劳而引发的安全事故，同时也避免了由人员随机性与随意性导致的工作效率低下与产品质量问题。

Description

一种柔性板垛包装抓手

技术领域

本发明属于木工机械领域，具体涉及一种柔性板垛包装抓手。

背景技术

随着工业4.0在木工行业板式家具制造中的广泛推广中，现在普遍采用柔性自动化生产，家具尺寸根据客户需求定制，涉及到的板材尺寸范围较大，通过柔性自动化生产线实现不同尺寸板材共线生产，大大提高生产效率。本发明主要运用于板式家具生产过程中的自动堆垛、包装工序中，可以自动适应板剁尺寸、带柔性下压装置的整垛抱夹抓手，可以与4轴或6轴工业机器人集成，也可与桁架式机械手集成，运用极为广泛。

长久以来，家具制造过程的板材堆垛、包装工序主要有如下几个步骤：

一、加工完成的板材分订单有序的输送到堆垛包装工序，扫码获取板材尺寸、堆垛原则、包装尺寸等；

二、根据堆垛原则进行板材的一一堆垛，可以根据板材尺寸进行同层拼板堆垛，减小包装尺寸节省包装材料；

三、裁纸机根据不同板剁的长宽高尺寸，裁切相应的包装瓦楞纸皮；

四、将板剁放在包装纸皮上，然后输送至后的折纸箱工位、封箱工位，最后贴标输出成品。

目前在国内的柔性板式家具行业中，由于前端板材加工制造的尺寸范围250mm*100mm到800mm*2400mm，板垛重量范围1kg到80kg，平均板垛来料速度最快3.8包/min。然而上述的工艺步骤现有的实现方式依然是人工，人工方式就存在如下几个缺点：

一、由于受板垛尺寸、重量的影响，每组工位至少需要2个工人协作，对于小板材堆垛单人即可操作，对于大尺寸板垛、重量较重的板垛则需要两人协作共同完成。

二、受前端来料的速度影响，为了匹配来料速度至少需要3～4组人工堆垛，共计至少6～8个工人才能实现产能要求。

三、其次人工方式存在离岗、疲劳、安全等原因导致产能下降的因素。

四、人工方式需要提前裁切好包装箱瓦楞纸，分配到各工作组，因此无法实现实时根据板垛尺寸裁切纸皮，会造成瓦楞纸的不合理使用，造成浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔性板垛包装抓手，本发明部分实施例能够规避掉人工的明显缺点，一个工位即替代3～4组人工，可以快速、高效而安全的完成该工序，能一一对应板垛信息跟裁纸机的纸皮信息，避免纸皮的浪费，平衡整条产线的产能，提高工厂的效益。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性板垛包装抓手，所述抓手包括：柔性伺服驱动装置，其包括驱动伺服电机、与所述驱动伺服电机传动连接的传动同步带；至少两个板垛抱夹装置，分别设置在所述传动同步带的两侧，其包括多与所述传动同步带传动方向平行的夹爪自由轮、与所述夹爪自由轮固定连接的同步带夹持机构，所述夹爪自由轮包括多个上缘共面的铰接在同一支架上的滚轮；其中，两个所述板垛抱夹装置的同步带夹持机构分别能够夹住所述传动同步带上运动方向相反的两个段落。

优选地，所述板垛抱夹装置包括：与所述同步带夹持机构固定连接的随动固定板，所述随动固定板上设置有若干销钉孔。

优选地，所述抓手包括：至少两个随动挡板装置，分别设置在两个所述板垛抱夹装置的内侧，其包括随动挡板、与所述随动挡板固定连接的随动气缸插销，所述随动气缸插销中设置有与气缸的活动端连接的插销，所述插销与所述插销孔配合能够将所述随动挡板装置与所述板垛抱夹装置固定连接。

优选地，所述柔性伺服驱动装置包括与所述传动同步带平行设置的直线导轨。

优选地，所述板垛抱夹装置包括第一导向滑块，所述第一导向滑块能够在所述直线导轨上滑动。

优选地，所述随动挡板装置包括与所述随动挡板固定连接的气动导轨夹持器、与所述随动挡板固定连接的第二导向滑块，所述气动导轨夹持器夹持住所述直线导轨，所述第二导向滑块能够在所述直线导轨上滑动。

优选地，所述抓手包括：柔性下压装置，设置在所述抓手的板垛夹取位置的上方，其包括多个下压缓冲板、与所述下压缓冲板固定连接的导向轴、通过轴承连接滑动设置在所述导向轴上的安装块、连接在所述导向轴远离所述下压缓冲板的一端和所述安装块之间的拉伸弹簧。

优选地，多个所述安装块共同固定在下压杆上，所述柔性下压装置包括多个用来驱动所述下压缓冲板的柔性下压气缸、与所述柔性下压气缸连接的气缸调速阀。

优选地，所述柔性伺服驱动装置包括两条平行的所述传动同步带，所述传动同步带包括位于两端的涨紧同步轮和位于中部的两个涨紧轮，所述涨紧轮之间设置有侧传动同步轮，所述侧传动同步轮与从动同步轮共轴，所述从动同步轮通过驱动同步带与驱动同步轮连接，所述驱动同步轮与行星减速机连接，所述行星减速机与所述驱动伺服电机连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一，在板垛包装工序中，板垛搬运不再需要人工作业，减少了 6～8个工人，也可避免因工作强度大、单调重复性劳动引起人员疲劳而引发的安全事故，同时也避免了由人员随机性与随意性导致的工作效率低下与产品质量问题；

第二，由于板垛抱夹抓手集成于机器人或桁架机械手，可以实现高速高稳定性的板垛抓取、移动、放置动作，平均节拍可以提升至3.8 包/min，单个工位即可匹配产线的产能问题；

第三，板垛抱夹抓手伺服驱动板垛抱夹装置，可以柔性化适应不同宽度尺寸板垛的抓取；

第四，抓手配备了柔性下压装置，由气缸驱动多组柔性下压单元共同动作，可以将堆垛中不同厚度的板材全部压紧，避免在抓手移动过程中发生掉落的风险；

第五，抓手配备的夹爪和自由轮组合，确保板垛在抓取和放置过程中对板材不会产生划伤；

第六，抓手配备的安全监测系统可以有效的避免因来料板垛偏移造成抓手与板垛发生撞击，导致抓手或板材损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的轴测示意图。

图2是柔性伺服驱动装置示意图。

图3是板垛抱夹装置示意图。

图4是随动挡板装置示意图。

图5是柔性下压装置示意图。

图6是图2中A处的放大示意图。

图7是图2中B处的放大示意图。

图8是图4中C处的放大示意图。

图9是图5中D处的放大示意图。

柔性伺服驱动装置-1；板垛抱夹装置-2；随动挡板装置-3；柔性下压装置-4；安全监测系统-5；气源处理及电气控制系统-6；铝型材框架-7；安装法兰板-8；驱动伺服电机-9；行星减速机-10；驱动同步带-11；驱动同步轮-12；从动同步轮-13；侧传动同步轮-14；涨紧轮-15；直线导轨-16；传动同步带-17；涨紧同步轮-18；限位挡块-19；夹爪自由轮-20；夹爪支架-21；第一主体框架-22；第一导向滑块-23；随动固定板-24；同步带夹持机构-25；随动挡板-26；第二导向滑块-27；随动气缸插销-28；气动导轨夹持器-29；第二主体框架-30；柔性下压气缸-31；直线导轨和滑块-32；同步齿轮齿条-33；同步连接轴-34；气缸调速阀-35；加强角件-36；下压缓冲板-37；导向轴-38；安装块-39；导向轴承-40；拉伸弹簧-41；限位螺栓-42。

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付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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-9所示，本实施例提供一种高效高稳定性带柔性下压装置4 的板材无损伤板垛抱夹抓手设备，包含柔性伺服驱动装置1、板垛抱夹装置2、随动挡板装置3、柔性下压装置4、安全监测系统5、气源处理及电气控制系统6。

1、柔性伺服驱动装置1

主框架由铝型材及安装法兰板8组成，形成整个抓手设备的骨架。柔性伺服驱动装置1安装在主框架上，包含驱动伺服电机9、行星减速机10、传动同步带17、同步轮等，以及起导向作用的直线滑块和导轨。

柔性伺服驱动装置1主要作用就是通过伺服电机带动减速机驱动同步带11实现两个板垛抱夹装置2的内外移动，切换左右两个板垛抱夹装置2间的尺寸，从而完成抓手与板垛尺寸的一一对应，确保快速且安全可靠的抓取。

2、板垛抱夹装置2

板垛抱夹装置2由夹爪自由轮20组、主体框架、导向滑块、随动固定板24以及同步带固定机构等组成。整个抓手装置中包含左右两套对称的板垛抱夹装置2，依靠同一个伺服电机实现左右对称移动。

板垛抱夹装置2主要作用是通过同步带夹持机构25将抱夹装置固定在传动同步带17上，即可由伺服电机驱动同步轮12转动来实现抓取位置的切换。抱夹装置中的夹爪自由轮20起到承载板垛的作用，由于板材与自由轮接触，因此在完成放置板垛时，抱夹装置撤出不会造成板材的底面划伤。此外主体框架和导向滑块整体在直线导轨16上刚性移动，确保了机构的运动稳定性。

3、随动挡板装置3

随动挡板装置3包含随动挡板26、导向滑块、随动气缸插销28、气动导轨夹持器29以组成。随动挡板装置3本身没有配备动力，依靠该装置上的随动气缸插销28与板垛抱夹装置2连接，当电机驱动板垛抱夹装置2左右移动时，随动挡板装置3也跟随一起左右移动。随动挡板装置 3是左右两套对称分布，分别跟随两侧的板垛抱夹装置2对称运动。随动挡板装置3动作说明如下：

抓手在抓取板垛时，左右板垛抱夹装置2向内侧移动，随动气缸插销28将挡板装置跟抱夹装置锁定，带动左右两侧随动挡板装置3的随动挡板26移动从而夹紧板垛，运动到位后松开气缸插销，同时气动导轨夹持器29夹住导轨，在抓手运动过程中，板垛不会发生左右偏移。

抓手在纸皮上放置板垛时，左右板垛抱夹装置2需要向外侧移动，此时左右随动挡板装置3中的随动气缸插销28脱离板垛抱夹装置2，随动挡板装置3则保持原位，可以确保夹爪自由轮20有效脱离板垛而板垛位置不发生倾斜或偏移。

当夹爪自由轮20完全脱离板垛后，板垛掉落到纸皮上，此时随动气缸插销28与包夹装置连接，同时气动导轨夹持器29松开，电机驱动板垛夹爪带动随动挡板26脱离板垛，然后抓手即可回到原点等待下一个抓取循环。

4、柔性下压装置4

柔性下压装置4固定在主框架上，主要包含主体框架、柔性下压气缸31、导向装置、同步齿轮齿条33、柔性下压单元以及控制气路等组成。柔性下压装置4的目的是压紧板垛最上层板材，使得抓手在运动过程中板材不发生偏移甚至飞出的危险。由于板垛的长度尺寸和高度尺寸范围较大，可以通过柔性下压装置4中的下压气缸和柔性下压单元实现多种长度板垛、多种高度板垛均可压紧，在抓手将板垛放置在纸皮上时，下压气缸缩回，下压装置脱离板垛。

5、安全监测系统5

安全监测系统5由板垛板材偏移检测传感器、在位检测传感器组成，主要目的是为了避免因为来料板垛的不合格导致与抓手发生撞击。当板材偏移检测传感器检测到板材突出原设计板垛尺寸范围时，系统报警，待人员干预处理后，抓手才能正常去抓取板垛，否则抓手会与板材发生撞击，造成板材或抓手部件损坏，造成产线停机。在位检测传感器是为了检测是否抓取成功，防止出现误抓取。

6、气源处理及电气控制系统6

气源处理及电气控制系统6主要由气源处理元件、调压阀、气缸控制阀以及电气控制单元组成，主要目的是确保抓手中的随动气缸插销28 和柔性下压气缸31正常工作。随动气缸插销28由1个2位5通电磁阀控制，实现气缸的夹持/松开动作。柔性下压气缸31则由2个调压阀和1 个2位5通电磁阀控制，其中1个调压阀控制气缸的下压压力，约为3bar，避免因为压力过大导致板材损坏，另1个调压阀控制气缸的缩回压力，约为6bar，确保柔性下压装置4的快速而平稳的缩回。

本实施例设备运行的工艺过程示例如下：

板垛抱夹抓手需要集成与工业机器人或者桁架机械手才能正常工作，前端工序对接自动/人工堆垛工位，需要自动将堆垛信息发送给板垛抱夹抓手，以便板垛抱夹抓手各机构自动适应板垛尺寸动作。

一、初始状态下板垛夹爪与随动挡板装置处于原点位置，柔性下压装置处于缩回状态。待抱夹抓手获取到板垛信息后，伺服电机根据板垛宽度尺寸驱动夹爪和随动装置移动到板垛宽度外20mm的安全位置处。

二、板垛通过滚筒输送机到达抓取位置时，板垛抓手运动到板垛抓取位置上方200mm处。板材偏移检测传感器检测板垛中是否存在板材偏移，如果板材偏移较大则系统报警，人工干预处理。如果板材偏移在可接受范围内，则抓手竖直向下运动使得夹爪自由轮组低于板垛最低面。

三、随动气缸插销伸出，与板垛夹爪装置连接，伺服电机驱动板垛夹爪带动随动挡板装置向内侧移动，使得挡板完全夹紧板垛，此时伺服点位到达板垛宽度尺寸位置。

四、柔性下压装置气缸伸出，将柔性下压单元压紧板材，柔性下压单元中的弹簧机构，可以确保所有板材均被压紧，此时抓手可以运动至纸皮工位上方，等待抓手将板垛放置在纸皮上。

五、到达板垛纸皮放置位正上方后，柔性下压装置气缸缩回，柔性下压单元脱离板垛，随动挡板装置内的气缸插销脱离，气动导轨夹持器同时夹住导轨，然后伺服电机驱动板垛夹爪和自由轮组向外侧移动，随动挡板保持原位夹紧板垛，放置板垛倾斜或偏移。

六、当夹爪和自由轮完全脱离板垛后，板垛掉落到纸皮上，此时随动气缸插销与包夹装置连接，同时气动导轨夹持器松开，电机驱动板垛夹爪带动随动挡板脱离板垛，然后抓手即可回到原点等待下一个抓取循环。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims

1.一种柔性板垛包装抓手，其特征在于，所述抓手包括：

柔性伺服驱动装置，其包括驱动伺服电机、与所述驱动伺服电机传动连接的传动同步带、与所述传动同步带平行设置的直线导轨；

至少两个板垛抱夹装置，分别设置在所述传动同步带的两侧，其包括多与所述传动同步带传动方向平行的夹爪自由轮、与所述夹爪自由轮固定连接的同步带夹持机构，所述夹爪自由轮包括多个上缘共面的铰接在同一支架上的滚轮；

柔性下压装置，设置在所述抓手的板垛夹取位置的上方，其包括多个下压缓冲板、与所述下压缓冲板固定连接的导向轴、通过轴承连接滑动设置在所述导向轴上的安装块、连接在所述导向轴远离所述下压缓冲板的一端和所述安装块之间的拉伸弹簧；

其中，两个所述板垛抱夹装置的同步带夹持机构分别能够夹住所述传动同步带上运动方向相反的两个段落；

随动挡板装置，包括至少两个随动挡板装置，分别设置在两个所述板垛抱夹装置的内侧，包括随动挡板、与所述随动挡板固定连接的随动气缸插销、与所述随动挡板固定连接的气动导轨夹持器、与所述随动挡板固定连接的第二导向滑块，所述随动气缸插销中设置有与气缸的活动端连接的插销，所述插销与所述插销孔配合能够将所述随动挡板装置与所述板垛抱夹装置固定连接，所述气动导轨夹持器夹持住所述直线导轨，所述第二导向滑块能够在所述直线导轨上滑动；

安全监测系统，包括板垛板材偏移检测传感器和在位检测传感器，所述板垛板材偏移检测传感器用于检测板材是否超出原设计尺寸范围，所述在位检测传感器用于检测抓手抓取板材是否成功；

当抓手在抓取板垛时，左右两个板垛抱夹装置向内侧移动，随动气缸插销将随动挡板装置跟板垛抱夹装置锁定，带动左右两侧随动挡板装置的随动挡板移动从而夹紧板垛，运动到位后松开气缸插销，同时气动导轨夹持器夹住导轨；当抓手在纸皮上放置板垛时，左右两个板垛抱夹装置需要向外侧移动，此时随动挡板装置中的随动气缸插销脱离板垛抱夹装置，随动挡板装置则保持原位，可以确保夹爪自由轮有效脱离板垛而板垛位置不发生倾斜或偏移，当夹爪自由轮完全脱离板垛后，板垛掉落到纸皮上，此时随动气缸插销与板垛抱夹装置连接，同时气动导轨夹持器松开，电机驱动板垛夹爪带动随动挡板脱离板垛，然后抓手即可回到原点等待下一个抓取循环。

2.根据权利要求1所述的柔性板垛包装抓手，其特征在于，所述板垛抱夹装置包括：与所述同步带夹持机构固定连接的随动固定板，所述随动固定板上设置有若干销钉孔。

3.根据权利要求1所述的柔性板垛包装抓手，其特征在于，所述板垛抱夹装置包括第一导向滑块，所述第一导向滑块能够在所述直线导轨上滑动。

4.根据权利要求1所述的柔性板垛包装抓手，其特征在于，多个所述安装块共同固定在下压杆上，所述柔性下压装置包括多个用来驱动所述下压缓冲板的柔性下压气缸、与所述柔性下压气缸连接的气缸调速阀。

5.根据权利要求1所述的柔性板垛包装抓手，其特征在于，所述柔性伺服驱动装置包括两条平行的所述传动同步带，所述传动同步带包括位于两端的涨紧同步轮和位于中部的两个涨紧轮，所述涨紧轮之间设置有侧传动同步轮，所述侧传动同步轮与从动同步轮共轴，所述从动同步轮通过驱动同步带与驱动同步轮连接，所述驱动同步轮与行星减速机连接，所述行星减速机与所述驱动伺服电机连接。