CN113023350B - 一种圆柱状工件自动上下料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种圆柱状工件自动上下料装置，属于工业机器人自动化设备技术领域，包括搬运机器人，搬运机器人在循环输送线、托盘转运机械手和碳盒放置台之间搬运物料，载有圆柱状工件的托盘放置在托盘架上，托盘转运机械手包括三维直角坐标机器人本体和托盘转运抓手，托盘转运抓手包括抓手基板、推板和托盘夹取单元，抓手基板安装在三维直角坐标机器人本体的输出端，位于抓手基板两侧设置导向槽，两侧导向槽组成的通道用于托盘进入，托盘夹取单元设置在导向槽远离托盘架的一侧，第二移动机构用于带动托盘夹爪单元沿导向槽的延伸方向滑动，推板滑动设置在抓手基板上，碳盒底板放置在循环输送线上。该设备能够实现热处理过程中连续的上下料搬运。

Description

一种圆柱状工件自动上下料装置

技术领域

本发明属于工业机器人自动化设备技术领域，具体涉及一种圆柱状工件自动上下料装置。

背景技术

托盘中开有条状凹槽中，现有的圆柱状工件由人工间隔均匀放置在托盘条状凹槽中，托盘架沿高度方向设置有多层支撑板，托盘放置在托盘架的支撑板上。在现有的热处理工序中，人工将托盘及其上的圆柱状工件放置在输送线，输送线将托盘放置到窑炉中进行热处理。然后人工从输送线上取下托盘，对托盘上工件进行下料。人工从托盘架上取托盘以及对托盘进行下料，人工上下料效率较低，且热处理过后的，需要冷却或者人工带着防护设备将工件从托盘上取下，工序处理时间较长，人工操作存在危险性。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种圆柱状工件自动上下料装置，该机械手能够从现有的托盘架中取下托盘，将托盘放置到碳盒底板上，碳盒底板随输送线进入窑炉，热处理完成后，对托盘进行下料以及将托盘放置到托盘架上，自动化程度高。

本发明采用的技术方案如下：一种圆柱状工件自动上下料装置，包括搬运机器人，搬运机器人的四周依次设置托盘架供料单元、碳盒放置台、循环输送线和窑炉，托盘架供料单元包括托盘转运机械手和托盘架，搬运机器人在循环输送线、托盘转运机械手和碳盒放置台之间搬运物料，载有圆柱状工件的托盘放置在托盘架上，托盘转运机械手包括三维直角坐标机器人本体和托盘转运抓手，托盘转运抓手包括抓手基板、推板和托盘夹取单元，抓手基板安装在三维直角坐标机器人本体的输出端，位于抓手基板两侧设置导向槽，两侧导向槽组成的通道用于托盘进入，托盘夹取单元设置在导向槽远离托盘架的一侧，第二移动机构设置在抓手基板上端面中部，第二移动机构用于带动托盘夹爪单元沿导向槽的延伸方向滑动，推板滑动设置在抓手基板上，推板位于托盘夹取单元与托盘架之间，第一移动机构设置在抓手基板的上端面，第一移动机构用于带动推板沿导向槽的延伸方向滑动，碳盒底板放置在循环输送线上，搬运机器人从抓手基板上抓取托盘放置到碳盒底板上。

进一步的，托盘转运抓手还包括旋转机构和出料机构，旋转机构安装在三维直角坐标机器人本体的输出端，抓手基板安装在旋转机构的输出端，出料机构设置在三维直角坐标机器人本体的四周，旋转机构带动抓手基板及其上部件运动，第一移动机构带动推板将托盘上工件推送到出料机构。

进一步的，出料机构包括工件收料仓，工件收料仓的下端开口，工件料盒设置在工件收料仓的下部，工件收料仓的下部设置开闭机构，开闭机构用于控制工件收料仓的工件何时流入工件料盒。

进一步的，开闭机构包括第一直行气缸和伸缩板，第一直行气缸水平设置，伸缩板安装在第一直行气缸的缸杆上，伸缩板位于工件收料仓的下部，第一直行气缸带动伸缩板伸出，伸缩板将工件收料仓下部的出料口闭合；第一直行气缸带动伸缩板回位，伸缩板将工件收料仓下部的出料口打开。

进一步的，搬运机器人包括搬运机器人本体和搬运抓手，搬运机器人本体为六轴串联机器人，搬运抓手包括抓手连接板，夹爪旋转电机贯穿抓手连接板并竖直安装在其上，两个托盘夹爪对称设置在抓手连接板下方的两侧，托盘夹爪的下部朝向其相对的内侧设置成直角折弯，夹爪旋转电机通过丝杠螺母传动机构带动两侧的托盘夹爪相对运动。

进一步的，碳盒放置台上放置碳盒侧板，碳盒侧板的内部放置上盖板，托盘夹爪用于夹取碳盒侧板放置到循环输送线上的碳盒底板上并将托盘围合在其中，搬运抓手还包括上盖板取料单元，上盖板取料单元设置在两个托盘夹爪的外侧。

进一步的，还包括分隔柱料架，分隔柱放置在料盘中，料盘从上到下沿高度整齐堆垛在分隔柱料架中，分隔柱料架中每层料盘中设置第三移动机构，第三移动机构用于将料层推出分隔柱料架，搬运抓手还包括分隔柱取料单元，分隔柱取料单元设置在两个托盘夹爪的外侧。

进一步的，搬运抓手还包括视觉检测机构，视觉检测机构设置在两个托盘夹爪的外侧，视觉检测机构用于检测料盘中分隔柱的位置。

进一步的，还包括碳盒定位机构和碳盒顶升机构，碳盒定位机构和碳盒顶升机构设置在循环输送线上，碳盒定位机构用于对碳盒底板进行定位，碳盒顶升机构用于抬升碳盒底板使得碳盒底板与循环输送线不接触。

本发明装置的有益效果：（1）托盘转运机械手包括三维直角坐标机器人本体和托盘转运抓手，托盘转运抓手中推板和托盘夹取单元结合，能够从托盘架中将托盘取出，同时保证不会损伤托盘中工件，推板在第一移动机构的带动下能够将托盘中工件推送到出料机构中；（2）搬运抓手集成上盖板取料单元、托盘抓取、视觉检测机构和分隔柱取料单元等功能与一体，充分利用搬运机器人本体的自由度，提高设备的自动化程度，减少设备占用的空间。

附图说明

图1 为本发明装置的俯视结构示意图。

图2 为本发明装置中托盘供料单元的立体结构示意图。

图3 为本发明装置中托盘架和移栽车的立体结构示意图。

图4 为本发明装置中托盘转运抓手的立体结构示意图。

图5 为本发明装置中托盘转运抓手另一视角的立体结构示意图。

图6 为本发明装置中搬运抓手的立体结构示意图。

图7 为本发明装置中搬运抓手另一视角的立体结构示意图。

图8 为本发明装置中碳盒定位机构的立体结构示意图。

图中：1.搬运机器人；111.抓手连接板；112.上盖板取料单元；113.夹爪旋转电机；114.分隔柱取料单元；115.托盘夹爪；116.压紧机构；117.丝杠螺母传动机构；118.视觉检测机构；2.循环输送线；3.托盘架；4.移栽车；401.导向管；402.第一料架定位机构；403.移栽电机；404.导向支撑机构；405.齿轮齿条机构；406.移栽电机安装板；407.移动底板；5.防护栅栏；6.出料机构；7.托盘转运机械手；701.托盘转运抓手；711.导向槽；712.推板；713.第一移动机构；714.第二移动机构；715.托盘夹取单元；716.抓手基板；717.回转夹紧气缸；718.传感器；702.三维直角坐标机器人本体；703.旋转机构；8.碳盒放置台；9.标识牌；10.分隔柱料架；11.碳盒定位机构；1101.碳盒侧向定位机构；1102.碳盒端部定位机构；12.碳盒底板。

具体实施方式

如图1-图8所示，一种圆柱状工件自动上下料装置，包括搬运机器人1，搬运机器人1的四周依次设置托盘架供料单元、碳盒放置台8、循环输送线2和窑炉，托盘架供料单元包括托盘转运机械手7和托盘架3，搬运机器人1在循环输送线2、托盘转运机械手7和碳盒放置台8之间搬运物料，载有圆柱状工件的托盘放置在托盘架3上，托盘转运机械手7包括三维直角坐标机器人本体702和托盘转运抓手701，托盘转运抓手701包括抓手基板716、推板712和托盘夹取单元715，抓手基板716安装在三维直角坐标机器人本体702的输出端，位于抓手基板716两侧设置导向槽711，两侧导向槽711组成的通道用于托盘进入，托盘夹取单元715设置在导向槽711远离托盘架3的一侧，第二移动机构714设置在抓手基板716上端面中部，第二移动机构714用于带动托盘夹爪115单元沿导向槽711的延伸方向滑动，推板712滑动设置在抓手基板716上，推板712位于托盘夹取单元715与托盘架3之间，推板712的下端面位于托盘夹爪115单元上方，推板712用于推动托盘架3上的工件沿其轴线运动，第一移动机构713设置在抓手基板716的上端面，第一移动机构713用于带动推板712沿导向槽711的延伸方向滑动，推板712推动工件沿托盘凹槽滑动，为托盘夹取单元715的夹持位置腾出空间，防止托盘夹取单元715在夹取托盘时与工件接触。碳盒底板12放置在循环输送线2上，搬运机器人1从抓手基板716上托盘放置到碳盒底板12上。第一移动机构713优选为对称设置在抓手基板716上端面两侧的无杆气缸，推板712的两端分别与两侧的无杠气缸的输出端相连，从而带动推板712沿导向槽711的延伸方向运动。第二移动机构714优选为第二直行气缸，第二直行气缸安装在抓手基板716上端面，托盘夹取单元715安装在第二直行气缸的输出端。

托盘转运抓手701还包括旋转机构703和出料机构6，旋转机构703安装在三维直角坐标机器人本体702的输出端，本实施例中，旋转机构703优选为旋转气缸，旋转气缸安装在三维直角坐标机器人本体702的输出端，三维直角坐标机器人本体702带动旋转气缸及其部件沿X轴、Y轴、Z轴运动，抓手基板716安装在旋转机构703的输出端，出料机构6设置在三维直角坐标机器人本体702的四周，优选的，出料机构6与托盘架3呈90度夹角设置。旋转机构703带动抓手基板716及其上部件朝向出料机构6转动，改变托盘上工件的轴线方向，第一移动机构713带动推板712运动，将托盘上热处理完成后的工件推送到出料机构6中。

出料机构6包括工件收料仓，工件收料仓的下端开口，工件料盒设置在工件收料仓的下部，工件收料仓的下部设置开闭机构，开闭机构用于控制工件收料仓的工件何时流入工件料盒。

开闭机构包括第一直行气缸和伸缩板，第一直行气缸水平设置，伸缩板安装在第一直行气缸的缸杆上，伸缩板位于工件收料仓的下部，第一直行气缸带动伸缩板伸出，伸缩板将工件收料仓下部的出料口闭合；第一直行气缸带动伸缩板回位，伸缩板将工件收料仓下部的出料口打开。优选的，在工件料盒远离三维直角坐标机器人本体702一端设置把手，人工手握把手将工件料盒移除，对加热后的工件进行收集。

为了提供装置人工上料的安全性，还包括移栽车4，将托盘架3放置在移栽车4，移栽车4的一端设置在三维直角坐标机器人本体702的一侧，移栽车4的输入端远离搬运机器人1的运动范围设置。人工从移栽车4远离搬运机器人1的一端将托盘架3放置到移栽车4上，移栽车4带动托盘架3运动到另一端，移栽车4包括移动底板407和两根导向管401，两根导向管401相对设置，移动底板407滑动设置在两根导向管401之间，移栽电机安装板406的一端与移动底板407相连，移栽电机403竖直安装在移栽电机安装板406上。移栽电机403通过齿轮齿条机构405带动移动底板407沿导向管401运动，两根导向管401的内侧均设置导向支撑机构404，导向支撑机构404包括滑轨和滑块，滑轨安装在导向管401的内侧，滑块嵌套在滑轨上，滑块与移动底板407固连，从而对移动底板407的运动进行导向同时对其提供支撑。移栽车4的输出端设置第一料架定位机构402，第一料架定位机构402包括端部定位机构和侧向定位机构，第一料架定位机构402对托盘架3进行定位从而保证托盘转运机械手7取料位置的精确性。

为了人工上下料的安全性，还包括防护栅栏5，防护栅栏5设置在移栽车4的输出端和工件料盒的输出端，将人工和机器的操作空间隔开。

搬运机器人1包括搬运机器人本体和搬运抓手，搬运机器人本体为六轴串联机器人，搬运抓手包括抓手连接板111，夹爪旋转电机113贯穿抓手连接板111并竖直安装在其上，两个托盘夹爪115对称设置在抓手连接板111下方的两侧，托盘夹爪115的下部朝向其相对的内侧设置成直角折弯，夹爪旋转电机113通过丝杠螺母传动机构117带动两侧的托盘夹爪115相对运动。

丝杠螺母传动机构117包括丝杠和丝杠螺母，丝杠两端的螺旋线转向相反，两个丝杠螺母分别嵌套在丝杠中转向相反的两段，丝杠的两端通过滚动轴承、轴承支撑板与抓手基板716的下端面相连，夹爪旋转电机113的输出端带动主动锥齿轮转动，从动锥齿轮与丝杠同轴设置且固连，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从而夹爪旋转电机113通过主动锥齿轮、从动锥齿轮、丝杠螺母传动机构117带动两侧托盘夹爪115相对运动，即相互靠近或者远离。托盘夹爪115的下部折弯处分别插入托盘两侧对其进行夹持。

为了托盘转运时，托盘工件的稳定性，搬运抓手还包括压紧机构116，压紧机构116包括第三直行气缸，第三直行气缸竖直安装在抓手连接板上，压紧板安装在第三直行气缸的下端，压紧板位于两侧托盘夹爪的内部。搬运机器人本体带动托盘夹爪115夹持托盘时，压紧机构116中第三直行气缸带动压紧板下行，从而稳定托盘中工件，沿两侧托盘夹爪的连线方向在其内侧设置多个压紧机构116，以增加对托盘中工件的压紧面积。

碳盒放置台8上放置碳盒侧板，碳盒侧板的内部放置上盖板，托盘夹爪115用于夹取碳盒侧板放置到循环输送线2上的碳盒底板12上并将托盘围合在其中，搬运抓手还包括上盖板取料单元112，上盖板取料单元112设置在两个托盘夹爪115的外侧。上盖板取料单元112包括第四直行气缸，第四直行气缸竖直设置，吸盘安装在第四直行气缸的缸杆上，搬运机器人本体带动上盖板取料单元112运动到上盖板的上方，第四直行气缸伸出，吸盘吸取上盖板放置到循环输送碳盒侧板的上部。

在热处理过程中，为了保证物料的受热均匀，在每层托盘之间设置至少两个分隔柱，优选的，每层托盘的四个拐角分别设置分隔柱，相应地，还包括分隔柱料架10，分隔柱料架10设置在循环输送线2的上方。为了减少人工上料的频率，分隔柱料架10包括多个堆叠的料盘，分隔柱放置在料盘从上到下沿高度整齐堆垛在分隔柱料架10中，分隔柱料架10中每层料盘中设置第三移动机构，第三移动机构用于将料层推出分隔柱料架10，搬运抓手还包括还包括分隔柱取料单元114，分隔柱取料单元114设置在两个托盘夹爪115的外侧。优选的，第三移动机构为第五直行气缸，直行带动料盘沿平行与循环输送线2的运动方向滑动，搬运机器人1从料盘上抓取分隔柱放置在碳盒底板12上托盘之间，从而增大托盘中工件的受热面积。

分隔柱取料单元114设置在两个托盘夹爪115的外侧，优选的，上盖板取料单元112设置在托盘夹爪115的同侧。分隔柱取料单元114包括第六直行气缸和手指气缸，第六直行气缸竖直设置，手指气缸安装在第六直行气缸的输出端，两个夹爪分别安装在手指气缸的输出端，手指气缸带动两个夹爪相对运动，夹持分隔柱的外侧。对于空心的分隔柱，夹爪可以插入分隔柱的内部从而夹持分隔柱。

托盘转运抓手701还包括视觉检测机构118，视觉检测机构118设置在两个托盘夹爪115的外侧。优选的，视觉检测机构118和上盖板取料单元112设置在托盘夹爪115的不同侧。视觉检测机构118用于检测料盘中分隔柱的放置位置。

为了检测托盘架3中托盘是否存在工件，在抓手基板716远离托盘取料夹爪的一端设置传感器718，传感器718用于检测托盘架3中是否存在工件，传感器718安装在回转夹紧气缸717的输出端，回转夹紧气缸717安装在抓手基板716下端面。

旋转机构703带动抓手基板716及其上部件朝向工件收料仓转动，第二移动机构714带动推板712运动，将托盘上的工件推送入工件收料仓。

循环输送线2还设置碳盒定位机构11和碳盒顶升机构，碳盒定位机构11包括碳盒端部定位机构1102和碳盒侧向定位机构1101，碳盒侧向定位机构1101设置在循环输送线2的两侧，碳盒端部定位机构1102设置在循环输送线2上，碳盒端部定位机构1102伸出阻挡碳盒底板12继续随循环输送线2运动，碳盒顶升机构设置在循环输送线2的下方，碳盒顶升机构用于抬升碳盒底板12使得碳盒底板12与循环输送线2不接触。循环输送线2上设置碳盒定位机构11，为了减少对碳盒底板12的磨损，循环输送线2下部设置提升机构，提升机构带动碳盒底板12上行，碳盒底板12的下端面与循环输送线2的滚筒之间腾开一段距离。

碳盒底板12与碳盒放置台8上从两侧开有凹通道，托盘夹爪115从碳盒底板12和碳盒放置台8的两侧经凹通道插入碳盒侧板的底部，对碳盒侧板进行抓取。

本设备的动作过程如下：碳盒定位机构11伸出，碳盒提升机构上行，托盘转运抓手701在三维直角坐标机器人本体702带动下从托盘架3取出托盘，搬运机器人1从托盘转运抓手701上抓取托盘及其上工件放置到循环输送线2的碳盒底板12上，当碳盒底板12上托盘的数量达到预设数量后，搬运机器人1抓取碳盒侧板放置到碳盒底板12上，碳盒侧板将托盘及其上物料围合在碳盒侧板之间，在每层托盘之间放置分隔柱，搬运机器人1抓取上盖板放置到碳盒侧板的上部，碳盒定位机构11回位，碳盒提升机构下行，碳盒底板12及其上部件随循环输送线2运动，循环输送线2将碳盒底板12及其上部件送入窑炉进行热处理，热处理完成后，碳盒底板12及其上部件再次运动到碳盒定位机构11，碳盒提升机构带动碳盒底板12上行，依次取下上盖板和碳盒侧板放置到碳盒放置台8上，然后从碳盒底板12上取下托盘及其上工件放置到抓手基板716上，旋转机构703带动托盘转运抓手701转向出料机构6，推板712沿托盘中工件的轴线方向运动，将物料推送到出料机构6中。托盘夹取单元715夹取托盘放置到托盘架3上从而实现托盘的回收。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，包括搬运机器人（1），搬运机器人（1）的四周依次设置托盘架供料单元、碳盒放置台（8）、循环输送线（2）和窑炉，所述托盘架供料单元包括托盘转运机械手（7）和托盘架（3），所述搬运机器人（1）在循环输送线（2）、托盘转运机械手（7）和碳盒放置台（8）之间搬运物料，载有圆柱状工件的托盘放置在托盘架（3）上，托盘转运机械手（7）包括三维直角坐标机器人本体（702）和托盘转运抓手（701），托盘转运抓手（701）包括抓手基板（716）、推板（712）和托盘夹取单元（715），抓手基板（716）安装在三维直角坐标机器人本体（702）的输出端，位于抓手基板（716）两侧设置导向槽（711），两侧导向槽（711）组成的通道用于托盘进入，托盘夹取单元（715）设置在导向槽（711）远离托盘架（3）的一侧，第二移动机构（714）设置在抓手基板（716）上端面中部，第二移动机构（714）用于带动托盘夹爪（115）单元沿导向槽（711）的延伸方向滑动，推板（712）滑动设置在抓手基板（716）上，推板（712）位于托盘夹取单元（715）与托盘架（3）之间，第一移动机构（713）设置在抓手基板（716）的上端面，第一移动机构（713）用于带动推板（712）沿导向槽（711）的延伸方向滑动，碳盒底板（12）放置在循环输送线（2）上，搬运机器人（1）从抓手基板（716）上抓取托盘放置到碳盒底板（12）上，所述托盘转运抓手（701）还包括旋转机构（703）和出料机构（6），所述旋转机构（703）安装在三维直角坐标机器人本体（702）的输出端，抓手基板（716）安装在旋转机构（703）的输出端，出料机构（6）设置在三维直角坐标机器人本体（702）的四周，旋转机构（703）带动抓手基板（716）及其上部件运动，第一移动机构（713）带动推板（712）将托盘上工件推送到出料机构（6）。

2.根据权利要求1所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，所述出料机构（6）包括工件收料仓，所述工件收料仓的下端开口，工件料盒设置在工件收料仓的下部，工件收料仓的下部设置开闭机构，开闭机构用于控制工件收料仓的工件何时流入工件料盒。

3.根据权利要求2所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，所述开闭机构包括第一直行气缸和伸缩板，第一直行气缸水平设置，伸缩板安装在第一直行气缸的缸杆上，伸缩板位于工件收料仓的下部，第一直行气缸带动伸缩板伸出，伸缩板将工件收料仓下部的出料口闭合；第一直行气缸带动伸缩板回位，伸缩板将工件收料仓下部的出料口打开。

4.根据权利要求1所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，所述搬运机器人（1）包括搬运机器人本体和搬运抓手，所述搬运机器人本体为六轴串联机器人，所述搬运抓手包括抓手连接板（111），夹爪旋转电机（113）贯穿抓手连接板（111）并竖直安装在其上，两个托盘夹爪（115）对称设置在抓手连接板（111）下方的两侧，托盘夹爪（115）的下部朝向其相对的内侧设置成直角折弯，夹爪旋转电机（113）通过丝杠螺母传动机构（117）带动两侧的托盘夹爪（115）相对运动。

5.根据权利要求4所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，所述碳盒放置台（8）上放置碳盒侧板，碳盒侧板的内部放置上盖板，所述托盘夹爪（115）用于夹取碳盒侧板放置到循环输送线（2）上的碳盒底板（12）上并将托盘围合在其中，所述搬运抓手还包括上盖板取料单元（112），上盖板取料单元（112）设置在两个托盘夹爪（115）的外侧。

6.根据权利要求4或者5所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，还包括分隔柱料架（10），分隔柱放置在料盘中，料盘从上到下沿高度整齐堆垛在分隔柱料架（10）中，分隔柱料架（10）中每层料盘中设置第三移动机构，第三移动机构用于将料层推出分隔柱料架（10），所述搬运抓手还包括分隔柱取料单元（114），所述分隔柱取料单元（114）设置在两个托盘夹爪（115）的外侧。

7.根据权利要求6所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，所述搬运抓手还包括视觉检测机构（118），所述视觉检测机构（118）设置在两个托盘夹爪（115）的外侧，所述视觉检测机构（118）用于检测料盘中分隔柱的位置。

8.根据权利要求1所述的圆柱状工件自动上下料装置，其特征在于，还包括碳盒定位机构（11）和碳盒顶升机构，碳盒定位机构（11）和碳盒顶升机构设置在所述循环输送线（2）上，碳盒定位机构（11）用于对碳盒底板（12）进行定位，碳盒顶升机构用于抬升碳盒底板（12）使得碳盒底板（12）与循环输送线（2）不接触。

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