CN112239039A - 双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统 - Google Patents

双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于机器人智能制造技术领域，涉及一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，包括样棒搬运组件，样棒搬运组件包括两组相互平行设置的桁架机器人，两组桁架机器人之间布置多个相互平行布置的样棒立体仓储物料架结构，多个样棒立体仓储物料架结构构成样棒存储单元，样棒搬运组件沿长度方向的端部配合设置样棒滚筒输送线，所述桁架机器人能够实现水平与竖直方向的移动，两组桁架机器人相互配合以实现对样棒立体仓储物料架结构上的样棒的抓取、提升、转运。桁架机器人系统可与棒材精整整线的信息及控制系统结合，实现完全自动化的样棒储存与物流作业，可显著提升样棒储存与物流作业的效率和安全性。

Description

双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统
技术领域
本发明属于机器人智能制造技术领域，涉及一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统。
背景技术
特钢棒材及铝型材加工领域通常涉及到棒材质量的内外上探伤，以保证棒材型材的质量。而现有的棒材质量内外伤探伤机在工作一段时间后，探伤精度会有所下降，因此需要采用不同规格的探伤样棒定时对探伤机进行标定。现有的棒材除了具有不同形状的截面之外，还具有不同的截面尺寸，而且还要求探伤样棒的规格与对应的棒材规格一致，从而导致对应探伤样棒也具有多种规格，数量巨大。现有的特钢棒材及铝型材生产企业，对探伤样棒采用分布式简易样棒架随机放置的储存方式，样棒取放和转运也通常采用天车人工起吊和转运的方式，上述样棒储存及物流方式不仅会占用大量的厂房空间，尤其占用大量的厂房地面，而且效率低，存在样棒起吊过程中滑落、碰撞等安全风险。
因此，通过开发的双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储与物流系统，可实现特钢超重样棒抓取、转运与放置的机器人化作业，并且在桁架机器人末端重载电动夹爪强力夹持固化功能的辅助下，可保证样棒转运的安全性。此外，在多个V形辊轮组成的滚筒输送线的辅助下，可实现远距离样棒安全物流转运。因此，该双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储与物流系统可实现样棒仓储与物流的机器人化作业，从而显著提升钢铁行业棒材精整作业的自动化及智能化水平。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，该仓储系统通过分别布置在探伤样棒立体仓储物料架系统左右两侧的两个重载桁架机器人的同步协同运动，可实现水平和竖直方向的运动和定位，从而对放置在物料架上的样棒完成抓取、提升、转运，最终将样棒放置在位于仓储单元一侧的滚筒输送线上，并且同样能够从辊轮输送线上回取完成探伤标定后返回的样棒。此外，桁架机器人系统可与棒材精整整线的信息及控制系统结合，实现完全自动化的样棒储存与物流作业，可显著提升样棒储存与物流作业的效率和安全性。
按照本发明的技术方案：一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：包括样棒搬运组件，样棒搬运组件包括两组相互平行设置的桁架机器人，两组桁架机器人之间布置多个相互平行布置的样棒立体仓储物料架结构，多个样棒立体仓储物料架结构构成样棒存储单元，样棒搬运组件沿长度方向的端部配合设置样棒滚筒输送线，所述桁架机器人能够实现水平与竖直方向的移动，两组桁架机器人相互配合以实现对样棒立体仓储物料架结构上的样棒的抓取、提升、转运，最终将样棒放置于样棒滚筒输送线上或将完成探伤机标定的样棒从样棒滚筒输送线上取回，并转运放置回样棒立体仓储物料架结构对应的位置上。
作为本发明的进一步改进，所述桁架机器人包括水平直线运动模组、水平电缆拖链、水平直线运动驱动传动模组、模块化载板、竖直直线运动驱动传动模组、竖直直线运动模组、强力夹持末端执行器、重力补偿气缸模组及支撑立柱模组，
所述支撑立柱模组通过地脚螺栓固定在地面，并能够通过地脚螺栓调整立柱的位姿，水平直线运动模组安装在支撑立柱模组的顶部；
水平直线运动模组的导轨可移动配合连接模块化载板，模块化载板包括载板基体，水平直线运动驱动传动模组与竖直直线运动驱动传动模组安装在载板基体上，载板基体上安装两组第一左滚轮模组与两组第一右滚轮模组，两组第一左滚轮模组及两组第一右滚轮模组与水平直线运动模组的导轨配合；
竖直直线运动模组通过安装在载板基体上的两套第二左滚轮模组、两套第二右滚轮模组实现竖直方向的导向；
水平直线运动驱动传动模组和竖直直线运动驱动传动模组均安装于载板基体上，水平直线运动驱动传动模组的输出齿轮和竖直直线运动驱动传动模组的输出齿轮分别与水平直线运动模组的斜齿轮和竖直直线运动模组的斜齿啮合；
所述强力夹持末端执行器安装在竖直直线运动模组的下端，强力夹持末端执行器包括强力电动夹持手爪、左防脱落夹持机构、右防脱落夹持机构、末端执行器基体及自定心V形组件，其中自定心V形组件分别安装在末端执行器本体的两端，左防脱落夹持机构、右防脱落夹持机构安装在强力电动夹持手爪的两侧，能够实现对称的张开与闭合。
作为本发明的进一步改进，所述第一左滚轮模组、第一右滚轮模组的结构对称，其中第一左滚轮模组、第一右滚轮模组上分别设置三组滚轮组件，第一左滚轮模组上固定左滚轮模组基体，左滚轮模组基体，上转动设置一组滚轮组件，左滚轮模组上转动设置两组滚轮组件，左滚轮模组基体上的滚轮组件的轴向与左滚轮模组上的另外两组滚轮组件的轴向垂直。
作为本发明的进一步改进，所述样棒立体仓储物料架结构包括多个样棒立体仓储物料架，样棒立体仓储物料架包括支撑立柱、与支撑立柱垂直连接的多根横梁，支撑立柱沿竖直方向均布设置多个V形定位承托块，支撑立柱的底部设置地脚模组，多组支撑立柱以两两组合的模式，通过焊接与地脚模组连接。
作为本发明的进一步改进，所述样棒滚筒输送线包括若干V形辊轮模组，V形辊轮模组包括V形辊轮支座、V形辊轮、V形辊轮轴承、传动轴、电机支座及电机，其中电机采用变频电机，电机安装于电机支座上，电机输出轴通过联轴器连接传动轴，传动轴驱动V形辊轮转动，V形辊轮的两端通过V形辊轮轴承转动支承于V形辊轮支座上。
作为本发明的进一步改进，所述两组桁架机器人的两端分别通过端部悬臂连接。
本发明的技术效果在于：本发明产品通过分别布置在探伤样棒立体仓储物料架系统左右两侧的两个重载桁架机器人的同步协同运动，可实现水平和竖直方向的运动和定位，从而对放置在物料架上的样棒完成抓取、提升、转运，最终将样棒放置在位于仓储单元一侧的滚筒输送线上，并且同样能够从辊轮输送线上回取完成探伤标定后返回的样棒。此外，桁架机器人系统可与棒材精整整线的信息及控制系统结合，实现完全自动化的样棒储存与物流作业，可显著提升样棒储存与物流作业的效率和安全性。
附图说明
图1a是按照本发明所构建双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储系统的组成。
图1b是按照本发明所构建的双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储系统的双桁架机器人协作搬运样棒的基本原理图。
图2a是按照本发明所构建的双桁架机器人协作的超重样棒取放/搬运系统的基本组成结构图。
图2b是按照本发明所构建的双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储系统的重载桁架机器人的结构图。
图2c和图2d是按照本发明所构建的重载桁架机器人核心部件—模块化载板的结构图。
图2e是是按照本发明所构建的重载桁架机器人模块化载板的滚轮模组结构图。
图2f是按照本发明所构建的重载桁架机器人样棒自定心/防脱落末端执行器的结构图。
图3a照本发明所构建的双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储系统的样棒立体仓储物料架系统组成图。
图3b和图3c是按照本发明所构建的样棒立体仓储物料架系统的样棒物料架结构图。
图4a是按照本发明所构建的双桁架机器人协作的特钢探伤样棒智能仓储系统的样棒滚筒输送线系统结构图。
图4b按照本发明所构建的样棒滚筒输送线系统的V形滚轮模块化组件结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a、图4b，本发明提供一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，包括样棒搬运组件1，样棒搬运组件1包括两组相互平行设置的桁架机器人1-1、1-2，两组桁架机器人1-1、1-2之间布置多个相互平行布置的样棒立体仓储物料架结构2，多个样棒立体仓储物料架结构2构成样棒存储单元，样棒搬运组件1沿长度方向的端部配合设置样棒滚筒输送线3，桁架机器人1-1、1-2能够实现水平与竖直方向的移动，两组桁架机器人1-1、1-2相互配合以实现对样棒立体仓储物料架结构2上的样棒2-X-1的抓取、提升、转运，最终将样棒放置于样棒滚筒输送线3上或将完成探伤机标定的样棒2-X-1从样棒滚筒输送线3上取回，并转运放置回样棒立体仓储物料架结构2对应的位置上。
桁架机器人1-1、1-2包括水平直线运动模组1-1-1、水平电缆拖链1-1-2、水平直线运动驱动传动模组1-1-3、模块化载板1-1-4、竖直直线运动驱动传动模组1-1-5、竖直直线运动模组1-1-6、强力夹持末端执行器1-1-7、重力补偿气缸模组1-1-8及支撑立柱模组1-1-9。在工作时，强力夹持末端执行器1-1-7可分别定位到样棒2-x-1的两端，实现对样棒2-x-1的定心及夹持固化，从而两个桁架机器人1-1、1-2，同步运动实现探伤样棒2-x-1的提升、转运及放置到样棒滚筒输送线3上或将完成探伤机标定的样棒2-x-1从样棒滚筒输送线3上取回，并转运放置回样棒立体仓储物料架2对应的位置上。
在工作时，桁架机器人1-1需要完成样棒2-x-1的夹持、提升、转运等操作，因此，为了保证竖直方向的运动安全性和可靠性，降低竖直直线运动模组1-1-6以及竖直直线运动驱动传动模组1-1-5的负载及运动冲击，在模块化载板1-1-4上安装重力补偿气缸模组1-1-8，重力补偿气缸模组1-1-8的缸体通过转接支架固定安装在模块化载板上，而气缸杆末端与竖直直线运动模组1-1-6的下端固定连接。
支撑立柱模组1-1-9通过地脚螺栓固定在地面，并能够通过地脚螺栓调整立柱的位姿，实现桁架机器人1-1的平面度、垂直度的调整，水平直线运动模组1-1-1安装在支撑立柱模组1-1-9的顶部。水平直线运动模组1-1-1则通过法兰与螺栓连接的方式安装在若支撑立柱模组1-1-9的顶部。
水平直线运动模组1-1-1的导轨可移动配合连接模块化载板1-1-4，模块化载板1-1-4包括载板基体1-1-4-3，水平直线运动驱动传动模组1-1-3与竖直直线运动驱动传动模组1-1-5安装在载板基体1-1-4-3上，载板基体1-1-4-3上安装两组第一左滚轮模组1-1-4-1与两组第一右滚轮模组1-1-4-2，两组第一左滚轮模组1-1-4-1及两组第一右滚轮模组1-1-4-2与水平直线运动模组1-1-1的导轨配合。
竖直直线运动模组1-1-6通过安装在载板基体1-1-4-3上的两套第二左滚轮模组1-1-4-1’、两套第二右滚轮模组1-1-4-2’实现竖直方向的导向。
水平直线运动驱动传动模组1-1-3和竖直直线运动驱动传动模组1-1-5均安装于载板基体1-1-4-3上，水平直线运动驱动传动模组1-1-3的输出齿轮和竖直直线运动驱动传动模组1-1-5的输出齿轮分别与水平直线运动模组1-1-1的斜齿轮和竖直直线运动模组1-1-6的斜齿啮合。
桁架机器人对超重样棒的搬运需要保证提升、转运及放置全流程的安全性和可靠性，防止样棒脱落造成设备损伤以及人员受伤，因此，需要通过末端执行器的设计实现样棒的精确定位及稳固抓取。强力夹持末端执行器1-1-7安装在竖直直线运动模组1-1-6的下端，强力夹持末端执行器1-1-7包括强力电动夹持手爪1-1-7-1、左防脱落夹持机构1-1-7-2、右防脱落夹持机构1-1-7-5、末端执行器基体1-1-7-3及自定心V形组件1-1-7-4，其中自定心V形组件1-1-7-4分别安装在末端执行器本体1-1-7-3的两端，左防脱落夹持机构1-1-7-2、右防脱落夹持机构1-1-7-5安装在强力电动夹持手爪1-1-7-1的两侧，能够实现对称的张开与闭合。
第一左滚轮模组1-1-4-1、第一右滚轮模组1-1-4-2的结构对称，其中第一左滚轮模组1-1-4-1、第一右滚轮模组1-1-4-2上分别设置三组滚轮组件1-1-4-1-2，第一左滚轮模组1-1-4-1上固定左滚轮模组基体1-1-4-1-1，左滚轮模组基体1-1-4-1-1，上转动设置一组滚轮组件1-1-4-1-2，左滚轮模组1-1-4-1上转动设置两组滚轮组件1-1-4-1-2，左滚轮模组基体1-1-4-1-1上的滚轮组件1-1-4-1-2的轴向与左滚轮模组1-1-4-1上的另外两组滚轮组件1-1-4-1-2的轴向垂直。
样棒立体仓储物料架结构2包括多个样棒立体仓储物料架2-1、2-2、……、2-i，每个样棒立体仓储物料架采用相同的结构，只是根据多存储的样棒直径大小导致的样棒质量不一样，从而调整不同的样棒存储数量，样棒立体仓储物料架2-i包括支撑立柱2-i-2、与支撑立柱2-i-2垂直连接的多根横梁2-i-1，多根横梁2-i-1将相邻的支撑立柱2-i-2连接起来，从而增强样棒立体仓储物料架的强度与刚度。支撑立柱2-i-2沿竖直方向均布设置多个V形定位承托块2-i-3，支撑立柱2-i-2的底部设置地脚模组2-i-4，多组支撑立柱2-i-2以两两组合的模式，通过焊接与地脚模组2-i-4连接。从而实现样棒2-x-1的放置及仓储。可根据待存储和放置样棒数量以及空间布局，布置多个立体仓储物料架，每个样棒物料架上可放置多个样棒，从而实现大量不同规格样棒的立体仓储，减小样棒立体仓储的占地面积。
样棒滚筒输送线3位于桁架机器人1-1端部的悬臂段正下方，样棒滚筒输送线3包括若干V形辊轮模组3-1、3-2、……、3-n，V形辊轮模组3-n包括V形辊轮支座3-n-1、V形辊轮3-n-2、V形辊轮轴承3-n-3、传动轴3-n-4、电机支座3-n-5及电机3-n-6，其中电机3-n-6采用变频电机，可方便快捷的实现辊轮模组调速，V形辊轮3-n-2可实现棒材的自定心，保证样棒2-x-1的轴线相对桁架机器人1-1、1-2坐标系，位姿具有唯一性，便于双桁架机器人能够从辊轮输送线上完成对样棒的回取。
电机3-n-6安装于电机支座3-n-5上，电机3-n-6输出轴通过联轴器连接传动轴3-n-4，传动轴3-n-4驱动V形辊轮3-n-2转动，V形辊轮3-n-2的两端通过V形辊轮轴承3-n-3转动支承于V形辊轮支座3-n-1上。
两组桁架机器人1-1、1-2的两端分别通过端部悬臂连接。
可根据物流输送距离，采用若干个辊轮模组并列放置组成具有一定传输距离的辊轮输送线系统，并且在远距离测量手段和安装调试技术的配合下，保证若干辊轮V形定位块中心在一条直线上，辊轮轴线尽可能平行且在同一平面上。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而非限制性的，本发明的范围由权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式包括一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域的技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方案中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：包括样棒搬运组件（1），样棒搬运组件（1）包括两组相互平行设置的桁架机器人（1-1、1-2），两组桁架机器人（1-1、1-2）之间布置多个相互平行布置的样棒立体仓储物料架结构（2），多个样棒立体仓储物料架结构（2）构成样棒存储单元，样棒搬运组件（1）沿长度方向的端部配合设置样棒滚筒输送线（3），所述桁架机器人（1-1、1-2）能够实现水平与竖直方向的移动，两组桁架机器人（1-1、1-2）相互配合以实现对样棒立体仓储物料架结构（2）上的样棒（2-X-1）的抓取、提升、转运，最终将样棒放置于样棒滚筒输送线（3）上或将完成探伤机标定的样棒（2-X-1）从样棒滚筒输送线（3）上取回，并转运放置回样棒立体仓储物料架结构（2）对应的位置上。
2.如权利要求1所述的双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：所述桁架机器人（1-1、1-2）包括水平直线运动模组（1-1-1）、水平电缆拖链（1-1-2）、水平直线运动驱动传动模组（1-1-3）、模块化载板（1-1-4）、竖直直线运动驱动传动模组（1-1-5）、竖直直线运动模组（1-1-6）、强力夹持末端执行器（1-1-7）、重力补偿气缸模组（1-1-8）及支撑立柱模组（1-1-9），
所述支撑立柱模组（1-1-9）通过地脚螺栓固定在地面，并能够通过地脚螺栓调整立柱的位姿，水平直线运动模组（1-1-1）安装在支撑立柱模组（1-1-9）的顶部；
水平直线运动模组（1-1-1）的导轨可移动配合连接模块化载板（1-1-4），模块化载板（1-1-4）包括载板基体（1-1-4-3），水平直线运动驱动传动模组（1-1-3）与竖直直线运动驱动传动模组（1-1-5）安装在载板基体（1-1-4-3）上，载板基体（1-1-4-3）上安装两组第一左滚轮模组（1-1-4-1）与两组第一右滚轮模组（1-1-4-2），两组第一左滚轮模组（1-1-4-1）及两组第一右滚轮模组（1-1-4-2）与水平直线运动模组（1-1-1）的导轨配合；
竖直直线运动模组（1-1-6）通过安装在载板基体（1-1-4-3）上的两套第二左滚轮模组（1-1-4-1’）、两套第二右滚轮模组（1-1-4-2’）实现竖直方向的导向；
水平直线运动驱动传动模组（1-1-3）和竖直直线运动驱动传动模组（1-1-5）均安装于载板基体（1-1-4-3）上，水平直线运动驱动传动模组（1-1-3）的输出齿轮和竖直直线运动驱动传动模组（1-1-5）的输出齿轮分别与水平直线运动模组（1-1-1）的斜齿轮和竖直直线运动模组（1-1-6）的斜齿啮合；
所述强力夹持末端执行器（1-1-7）安装在竖直直线运动模组（1-1-6）的下端，强力夹持末端执行器（1-1-7）包括强力电动夹持手爪（1-1-7-1）、左防脱落夹持机构（1-1-7-2）、右防脱落夹持机构（1-1-7-5）、末端执行器基体（1-1-7-3）及自定心V形组件（1-1-7-4），其中自定心V形组件（1-1-7-4）分别安装在末端执行器本体（1-1-7-3）的两端，左防脱落夹持机构（1-1-7-2）、右防脱落夹持机构（1-1-7-5）安装在强力电动夹持手爪（1-1-7-1）的两侧，能够实现对称的张开与闭合。
3.如权利要求2所述的双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：所述第一左滚轮模组（1-1-4-1）、第一右滚轮模组（1-1-4-2）的结构对称，其中第一左滚轮模组（1-1-4-1）、第一右滚轮模组（1-1-4-2）上分别设置三组滚轮组件（1-1-4-1-2），第一左滚轮模组（1-1-4-1）上固定左滚轮模组基体（1-1-4-1-1），左滚轮模组基体（1-1-4-1-1），上转动设置一组滚轮组件（1-1-4-1-2），左滚轮模组（1-1-4-1）上转动设置两组滚轮组件（1-1-4-1-2），左滚轮模组基体（1-1-4-1-1）上的滚轮组件（1-1-4-1-2）的轴向与左滚轮模组（1-1-4-1）上的另外两组滚轮组件（1-1-4-1-2）的轴向垂直。
4.如权利要求1所述的双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：所述样棒立体仓储物料架结构（2）包括多个样棒立体仓储物料架（2-i），样棒立体仓储物料架（2-i）包括支撑立柱（2-i-2）、与支撑立柱（2-i-2）垂直连接的多根横梁（2-i-1），支撑立柱（2-i-2）沿竖直方向均布设置多个V形定位承托块（2-i-3），支撑立柱（2-i-2）的底部设置地脚模组（2-i-4），多组支撑立柱（2-i-2）以两两组合的模式，通过焊接与地脚模组（2-i-4）连接。
5.如权利要求1所述的双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：所述样棒滚筒输送线（3）包括若干V形辊轮模组（3-n），V形辊轮模组（3-n）包括V形辊轮支座（3-n-1）、V形辊轮（3-n-2）、V形辊轮轴承（3-n-3）、传动轴（3-n-4）、电机支座（3-n-5）及电机（3-n-6），其中电机（3-n-6）采用变频电机，电机（3-n-6）安装于电机支座（3-n-5）上，电机（3-n-6）输出轴通过联轴器连接传动轴（3-n-4），传动轴（3-n-4）驱动V形辊轮（3-n-2）转动，V形辊轮（3-n-2）的两端通过V形辊轮轴承（3-n-3）转动支承于V形辊轮支座（3-n-1）上。
6.如权利要求1所述的双重载桁架机器人协作的超重特钢探伤样棒智能仓储系统，其特征在于：所述两组桁架机器人（1-1、1-2）的两端分别通过端部悬臂连接。
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