CN113649777B - 一种800工字轮自动更换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种800工字轮自动更换系统，包括：用于移动和转运工字轮的AGV小车、用于抓取、收放、升降工字轮的自控机器人和用于存放工字轮的工字轮存放架，其中自控机器人的抓取，采用六个夹钳从侧面抓夹1300Kg工字轮边缘的方式，实现空、满工字轮的替换，设计上打破常规思维方式，创造了新的结构设计和布局，突破了现有工业机器人抓取500Kg载荷的极限，稳定地实现了1300Kg工字轮的自动抓取、搬运和对放线架上空、满工字轮的装卸，在满足生产工艺要求的前提下，把员工从繁重的工作中替换下来，便于实现24小时连续工作，做到真正的减员增效，进一步降低生产成本，向无人化生产的目标迈进了一大步。

Description

一种800工字轮自动更换系统

技术领域

本发明属于电镀线自动化生产领域，尤其涉及一种800工字轮自动更换系统。

背景技术

随着金属制品行业的飞速发展，集高效、自动化、智能化的工艺装备已经成为各个生产企业的追求目标。800工字轮自动抓取、卸装、搬运机器人是一种广泛用于钢帘线产品拉制过程中工序间转换的关键设备。

但是现有800工字轮自动抓取、卸装、搬运机器人，因工字轮在放线架内的位置限制，难以从重心点的上方直接抓取吊装，且需要抓取的800工字轮满载时超出大部分现有设备的抓取能力，因此需要采用新的抓取吊装方式来实现空、满800工字轮的替换。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种800工字轮自动更换系统，用以解决现有800工字轮自动更换系统难以从重心点的上方直接抓取吊装800工字轮的问题。

本发明提供一种800工字轮自动更换系统，包括：用于移动和转运工字轮的AGV小车，用于抓取、收放、升降工字轮的自控机器人，用于存放工字轮的工字轮存放架，AGV小车包括平移旋转组合平台和行走车，行走车在第一方向上分为中间的旋转区和两侧的存放区，平移旋转组合平台设置在平移旋转区，工字轮存放架设置在两侧存放区，自控机器人设置在平移旋转组合平台上，自控机器人包括抓取装置、收放装置、升降装置和控制装置，升降装置包括机器人机架、升降门架和升降门架驱动油缸，机器人机架在第二方向上包括相对设置的机架第一侧和机架第二侧，第一方向垂直于第二方向，升降门架设置在机架第一侧，升降门架驱动油缸固定在机架第一侧，且升降门架驱动油缸的活塞杆竖直向上设置，用于驱使升降门架在机器人机架上沿竖直方向做上下运动，收放装置包括收放门架、两个收放门架升降滑板和两个收放门架驱动油缸，两个收放门架升降滑板分别固定在收放门架的两侧，且两个收放门架升降滑板可滑动地装设在升降门架的两侧，用于实现收放门架跟随升降门架在竖直方向做上下运动，两个收放门架驱动油缸的端盖端分别一一对应地铰接在两个收放门架升降滑板上，两个收放门架驱动油缸的活塞端均连接在收放门架上，用于驱使收放门架沿第二方向进行收放动作，抓取装置包括工字轮抓手支架、三个抓手夹钳油缸和六个抓手夹钳，工字轮抓手支架固定在收放门架上，跟随收放门架进行收放，三个抓手夹钳油缸的两端分别铰接在相对应的六个夹钳上，构成一对抓取机构，六个夹钳分别铰接在工字轮抓手支架上，抓取工字轮时，同侧三个抓手夹钳的三个抓取位置刚好均位于工字轮同侧盘面的外边缘处。

升降机器人还包括控制装置，控制装置设置在机架第二侧，用于控制自控机器人自动抓取、收放和升降工字轮。

可选的，工字轮抓手支架包括自身固定架和抓手安装架，自身固定架固定在收放门架上，抓手安装架呈弧形结构，弧形结构的直径同待抓取的工字轮盘面外径，三对抓取机构从上往下依次架设铰接在弧形结构两侧。

可选的，800工字轮自动更换系统还包括四组快换电池装置，分设在两侧存放区内，用于给AGV小车和自控机器人提供动力。

可选的，平移旋转组合平台在第一方向的平移范围为0-200mm。

可选的，平移旋转组合平台的旋转范围为0-360°。

可选的，工字轮存放架包括两个，分设在两侧存放区内，每个工字轮存放架均呈多层结构，用于存放多个工字轮。

优选的，每个工字轮存放架均呈双层结构，底层用于存放满工字轮，上层用于存放空工字轮。

可选的，控制装置包括自控机器人控制柜、自控机器人液压泵站、收放抓取控制阀岛和升降门架控制阀，自控机器人控制柜固定在机器人机架的上部，高于自控机器人液压泵站、收放抓取控制阀岛和升降门架控制阀，自控机器人液压泵站固定在平移旋转组合平台上，抓取收放阀岛的一端连接在自控机器人液压泵站上，抓取收放阀岛的另一端通过油管与收放装置和抓取装置相连，升降门架控制阀的一端连接在自控机器人液压泵站上，升降门架控制阀的另一端通过油管与升降门架相连。

可选的，在收放门架处于完全收回状态时，抓取装置抓取的工字轮位于平移旋转组合平台内。

与现有技术相比，本发明的800工字轮自动更换系统，用六个夹钳从侧面抓夹工字轮的边缘，最大可实现1300Kg的空、满800工字轮的替换，设计上打破常规思维方式，创造了新的结构设计和布局，突破了现有工业机器人抓取500Kg载荷的极限，稳定地实现了1300Kg工字轮的自主抓取、搬运和对放线架上空、满工字轮的装卸，在满足生产工艺要求的前提下，把员工从繁重的工作中替换下来，实际应用中本发明的一台800工字轮自动更换系统可以服务120-180台水箱拉丝机，实现三班连续工作，做到真正的减员增效，进一步降低生产成本，向无人化生产的目标迈进了一大步。

附图说明

图1为本发明一实施例的800工字轮自动更换系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的自控机器人于一视角的结构示意图；

图3为本发明一实施例的自控机器人于另一视角的结构示意图；

图4为本发明一实施例的收放装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例的抓取装置于一视角的结构示意图；

图6为本发明一实施例的抓取装置于另一视角的结构示意图；

图7为本发明一实施例的抓取装置抓取工字轮时于一视角的示意图；

图8为本发明一实施例的抓取装置抓取工字轮时于另一视角的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。

请参照图1，一种800工字轮自动更换系统100，包括：

用于移动和转运工字轮的AGV小车1。

用于抓取、收放、升降工字轮的自控机器人2。

用于存放工字轮的工字轮存放架3。

AGV小车1包括平移旋转组合平台11和行走车12，行走车12在第一方向X分为中间的平移旋转区121和两侧的存放区122，平移旋转组合平台11设置在平移旋转区上121。

自控机器人2设置在平移旋转组合平台11上，如图2和图3所示，自控机器人2包括抓取装置21、收放装置22、升降装置23和控制装置24。

升降装置23包括机器人机架231、升降门架232和升降门架驱动油缸233，机器人机架231在第二方向Y包括相对设置的机架第一侧2311和机架第二侧2312，第一方向X垂直于第二方向Y，升降门架232设置在机架第一侧2311，升降门架驱动油缸233固定在机器人机架231上，且升降门架驱动油缸233的活塞杆竖直向上设置，用于驱使升降门架232在机器人机架231上沿竖直方向做上下运动。

如图4所示，收放装置22包括收放门架221、两个收放门架升降滑板222和两个收放门架驱动油缸223，两个收放门架升降滑板222分别固定在收放门架221的两侧，且两个收放门架升降滑板222可滑动地装设在升降门架232的两侧，用于实现收放门架221跟随升降门架232在竖直方向做上下运动，两个收放门架驱动油缸223的端盖端分别一一对应地铰接在两个收放门架升降滑板222上，两个收放门架驱动油缸223的活塞端均连接在收放门架221上，用于驱使收放门架221沿第二方向进行收放动作。

如图5和图6所示，抓取装置21包括工字轮抓手支架211、三个抓手夹钳油缸212和六个抓手夹钳213，如图2所示，工字轮抓手支架211固定在收放门架221上，跟随收放门架进行收放，三个抓手夹钳油缸212的两端分别铰接在相对应的六个夹钳212上，构成一对抓取机构，六个夹钳212分别铰接在工字轮抓手支架211上，抓取工字轮时，同侧三个抓手夹钳213的三个抓取位置刚好位于工字轮同侧盘面的外边缘处。这样的结构设置，能快捷稳定地抓取800工字轮两侧边缘。

可选的，工字轮抓手支架211包括自身固定架2111和抓手安装架2112，自身固定架2111固定在收放门架221上，该抓手安装架2112呈弧形结构，该抓手安装架2112的弧形结构的直径同待抓取的工字轮盘面外径，三对抓取机构从上往下依次架设并铰接在该弧形结构两侧。这样的弧形结构有助于三对抓取机构呈弧形布置，便于在抓取时实现同侧三个抓手夹钳213的三个抓取位置刚好位于工字轮同侧盘面的外边缘处。

可选的，如图1所示，AGV小车1还包括四组快换电池装置13，分设在两侧的存放区122内，用于给该AGV小车和该自控机器人提供动力。这样设置结构精简，充电更换方便。

可选的，平移旋转组合平台11在第一方向的平移范围为0-200mm。这样设置便于在放线架上装卸工字轮。

可选的，平移旋转组合平台11的旋转范围为0-360°。这样360°转运，更加方便换轮的进行。

可选的，工字轮存放架3包括两个，分设在两侧存放区122内，每个工字轮存放架3均呈多层结构，用于存放多个工字轮。这样的存放设置可以提高工作效率。

优选的，每个工字轮存放架3均呈双层结构，底层用于存放满工字轮，上层用于存放空工字轮。这样可兼顾稳定性，工字轮不易掉落。另外这样换轮无需转向，只需升降不同高度，提高了换轮效率。

可选的，自控机器人2还包括控制装置24，控制装置24设置在机架第二侧2312，用于控制自控机器人自动抓取、收放和升降工字轮。这样可以很好地实现自控机器人2的自动化运行。

可选的，控制装置24包括自控机器人控制柜241、自控机器人液压泵站242、收放抓取控制阀243和升降门架控制阀244，自控机器人控制柜241固定在机器人机架231的上部，高于自控机器人液压泵站242、收放抓取控制阀243和升降门架控制阀244，自控机器人液压泵站242固定在平移旋转组合平台11上，收放抓取控制阀243的一端连接在自控机器人液压泵站242上，收放抓取控制阀243的另一端通过油管与收放装置22和抓取装置21相连，升降门架控制阀244的一端连接在自控机器人液压泵站242上，升降门架控制阀244的另一端通过油管与升降门架232相连。这样的设置精简，便于稳定实现自控机器人2自动抓取、收放和升降工字轮的控制。收放抓取控制阀岛243和升降门架控制阀244在控制过程中为柔性控制，控制的动作速度并不恒定，开始时较慢，中间匀速，结束前提前减速。这样可以更合理稳定地实现自动机器人2自动抓取、收放和升降工字轮。

可选的，在收放门架221处于完全收回状态时，抓取装置21抓取的工字轮位于平移旋转组合平台11内。这样设置可以避免转运时，撞到工字轮存放架3。

本发明一实施例的工作过程如下：

800工字轮自动更换系统100在接受到运行指令后，就运行指令自动行驶到指定的满工字轮存放区域内满工字轮的取轮位置，平移旋转组合平台11旋转90°使收放门架221正对满工字轮，收放门架221向外侧打开，带动工字轮抓手支架211也向外侧打开，在这个打开过程中六个抓手夹钳213也同时打开，待工字轮抓手支架211到达抓取满工字轮的适宜位置时，抓手夹钳213夹紧工字轮两侧侧面的边缘，在抓手夹钳213夹紧后，收放门架221开始上抬往回收起，在收放门架221上抬的过程中，工字轮抓手支架211也开始往回收，待收放门架221及工字轮抓手支架211都收回到设定位置时，平移旋转组合平台11旋转90°至正对工字轮存放架3上的满工字轮存放位置，收放门架221及工字轮抓手支架211协同向外侧打开，将满工字轮放置到工字轮存放架3的满工字轮存放位置处后打开抓手夹钳213，然后收放门架221及工字轮抓手支架211协同向内侧收回到设定位置，完成第一个满工字轮的装载；接着800工字轮自动更换系统100再移动到满工字轮存放区域内下一个满工字轮的取轮位置，再重复上述过程抓取第二个满工字轮放置到另一个工字轮存放架上的满工字轮存放位置，完成第二个满工字轮的装载任务。

在完成两个满工字轮装载后，根据生产需要，自动行驶至需要更换工字轮的放线架的换轮位置，平移旋转组合平台11旋转90°使收放门架221正对放线架的空工字轮，收放门架221向外侧打开，同时工字轮抓手支架211也向外侧打开，在这个打开过程中抓手夹钳213也同时打开，待工字轮抓手支架211到达抓取空工字轮的适宜位置时，抓手夹钳213夹紧空工字轮侧面的边缘，在抓手夹钳213夹紧后，放线架的顶紧气缸松开，AGV小车1上的平移旋转组合平台11向顶紧气缸端平移0-200mm的距离(具体长度根据实际状况设定)，使空工字轮离开固定顶头的锥面，工字轮抓手支架211先往回收，同时收放门架221也开始配合缓慢上抬往回收起，待收放门架221及工字轮抓手支架211都收回到设定位置，平移旋转组合平台11旋转90°至空工字轮存放位置方向，升降装置23将抓取的空工字轮上升至空工字轮的存放位置，收放门架221及工字轮抓手支架211协同向外侧打开，将空工字轮放置到工字轮存放架3上的空工字轮存放位置处打开抓手夹钳213，然后收放门架221及工字轮抓手支架211协同向内侧收回到设定位置，且工字轮抓手支架211升降到达满工字轮位置高度，收放门架221向外侧打开，同时工字轮抓手支架211也向外侧打开，在这个打开过程中抓手夹钳213也处于打开姿态，接着工字轮抓手支架211下降到抓取工字轮存放架3上满工字轮的适宜位置，抓手夹钳213夹紧满工字轮侧面的边缘，抓手夹钳213夹紧后，收放门架221协调工字轮抓手支架211一起上抬往回收起，待收放门架221及工字轮抓手支架211都收回到设定位置，平移旋转组合平台11再回转90°返回至刚才的空工字轮抓取位置，收放门架221及工字轮抓手支架211协同向外侧打开，将满工字轮放置到放线架内工字轮安放的中心位置，平移旋转组合平台11再往回平移使工字轮锥孔面与顶头锥面贴合，在检测到满工字轮安装到位信号后，顶紧气缸顶紧满工字轮，然后抓手夹钳213打开，工字轮抓手支架211先往回收，同时收放门架221也开始配合缓慢上抬往回收起，待收放门架221及工字轮抓手支架211都收回到设定位置后，800工字轮自动更换系统100根据生产需要移动行驶至下一个需要更换工字轮的放线架换轮位置，重复上述动作流程，完成空工字轮收回及满工字轮安放的过程。

上述工作期间，当800工字轮自动更换系统100空闲或两个工字轮存放架3存放满时，800工字轮自动更换系统100将更换下来的空工字轮按照最优路径返回至指定的空工字轮存放区域，将空工字轮从AGV小车1上分别取下放到空工字轮存放区域内，然后再到满工字轮存放区域内，进行满工字轮的装载，如此往复循环作业。

本发明的一种800工字轮自动更换系统，用六个夹钳从侧面抓夹工字轮的边缘，最大可实现1300Kg的空、满800工字轮的替换，设计上打破常规思维方式，创造了新的结构设计和布局，突破了现有工业机器人抓取500Kg载荷的极限，稳定地实现了1300Kg工字轮的自主抓取、搬运和对放线架上空、满工字轮的装卸，在满足生产工艺要求的前提下，把员工从繁重的工作中替换下来，实际应用中本发明的一台800工字轮自动更换系统可以服务120-180台水箱拉丝机，实现三班连续工作，做到真正的减员增效，进一步降低生产成本，向无人化生产的目标迈进了一大步。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种800工字轮自动更换系统，其特征在于，包括：

用于移动和转运工字轮的AGV小车；

用于抓取、收放、升降工字轮的自控机器人；

用于存放工字轮的工字轮存放架；

该AGV小车包括平移旋转组合平台和行走车，该行走车在第一方向上分为中间的平移旋转区和两侧的存放区，该平移旋转组合平台设置在该平移旋转区；

该工字轮存放架设置在两侧的存放区；

该自控机器人设置在该平移旋转组合平台上，该自控机器人包括抓取装置、收放装置、升降装置和控制装置；

该升降装置包括机器人机架、升降门架和升降门架驱动油缸，该机器人机架在第二方向上包括相对设置的机架第一侧和机架第二侧，该第一方向垂直于该第二方向，该升降门架设置在该机架第一侧，该升降门架驱动油缸固定在该机架第一侧，且该升降门架驱动油缸的活塞杆竖直向上设置，用于驱使该升降门架在该机器人机架上沿竖直方向做上下运动；

该收放装置包括收放门架、两个收放门架升降滑板和两个收放门架驱动油缸，该两个收放门架升降滑板分别固定在该收放门架的两侧，且该两个收放门架升降滑板可滑动地安装在该升降门架的两侧，用于实现该收放门架跟随该升降门架在竖直方向做上下运动，该两个收放门架驱动油缸的端盖端分别一一对应地铰接在该两个收放门架升降滑板上，该两个收放门架驱动油缸的活塞端均连接在该收放门架上，用于驱使该收放门架沿该第二方向进行收放动作；

该抓取装置包括工字轮抓手支架、三个抓手夹钳油缸和六个抓手夹钳，该工字轮抓手支架固定在该收放门架上，跟随该收放门架进行收放，该三个抓手夹钳油缸的两端分别与对应的两个抓手夹钳铰接，构成一对抓取机构，该六个抓手夹钳分别铰接在该工字轮抓手支架上，抓取工字轮时，同侧三个抓手夹钳的三个抓取位置刚好均位于工字轮同侧盘面的外边缘处，该工字轮抓手支架包括自身固定架和抓手安装架，该自身固定架固定在该收放门架上，该抓手安装架呈弧形结构，该弧形结构的直径同待抓取的工字轮盘面外径，三对抓取机构从上往下依次架设并铰接在该弧形结构两侧；

该控制装置设置在该机架第二侧，用于控制该自控机器人自动抓取、收放和升降工字轮。

2.如权利要求1所述的自动更换系统，其特征在于，该800工字轮自动更换系统还包括四组快换电池装置，分设在两侧存放区内，用于给该AGV小车和该自控机器人提供动力。

3.如权利要求1所述的自动更换系统，其特征在于，该平移旋转组合平台在该第一方向的平移范围为0-200mm。

4.如权利要求1所述的自动更换系统，其特征在于，该平移旋转组合平台的旋转范围为0-360°。

5.如权利要求1所述的自动更换系统，其特征在于，该工字轮存放架包括两个，分设在两侧存放区内，每个工字轮存放架均呈多层结构，用于存放多个工字轮。

6.如权利要求5所述的自动更换系统，其特征在于，每个工字轮存放架均呈双层结构，底层用于存放满工字轮，上层用于存放空工字轮。

7.如权利要求6所述的自动更换系统，其特征在于，该控制装置包括自控机器人控制柜、自控机器人液压泵站、收放抓取控制阀和升降门架控制阀，该自控机器人控制柜固定在该机器人机架的上部，高于该自控机器人液压泵站、该收放抓取控制阀和该升降门架控制阀，该自控机器人液压泵站固定在该平移旋转组合平台上，该收放抓取控制阀的一端连接在该自控机器人液压泵站上，该收放抓取控制阀的另一端通过油管与该收放装置和该抓取装置相连，该升降门架控制阀的一端连接在该自控机器人液压泵站上，该升降门架控制阀的另一端通过油管与该升降门架相连。

8.如权利要求1所述的自动更换系统，其特征在于，在该收放门架处于完全收回状态时，该抓取装置抓取的工字轮位于该平移旋转组合平台内。