CN114380008A - 智能上丝机器人及其上丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能上丝机器人，其特征是：包括AGV主体装置，AGV主体装置上设有直线滑动装置，直线滑动装置设有可上下滑动的滑动架，滑动架上设有带夹具装置的多轴机器人，AGV主体装置上直线滑动装置的一侧设有纱架，纱架两侧设有多个原纱支承杆，单个原纱支承杆大致水平布置，原纱支承杆用于放置原纱卷，夹具装置沿轴向设有多个可撑开的夹爪，夹具装置前端设有相机，该复合机器人能够根据生产情况，自动进行原丝的转运和上丝流程，从而实现降低工作强度、提升工作效率的目的。

Description

智能上丝机器人及其上丝方法

技术领域

本发明涉及捻线机上料领域，尤其是涉及一种智能上丝机器人及其上丝方法。

背景技术

随着当代生产和科学技术的不断发展，自动化已经进入到越来越多的领域。工业自动化的水平越高，对于企业提升生产效率、降低生产成本、强化安全生产、增加市场竞争力的效果越明显。

对于纺织行业的加捻工艺而言，上丝流程是一个典型的大负荷重复劳动过程。因此，对于捻线设备的上丝流程实现自动化，既能够大大减轻操作者的劳动强度，也能降低企业的生产成本。上丝流程自动化必然是纺织企业选择的一个趋势。

目前上丝流程主要采用人工上丝，其缺点如下：

目前捻线机的上丝流程从原丝拆垛到原丝转运，再到原丝上丝，全部都是人工进行操作的。为了提升生产效率、增加收益，捻线设备需要不间断工作。因此，人工上丝需要匹配设备工作，进行不间断工作。对于上丝的操作工而言，一个纱卷的重量达15公斤，单人一个班次要完成上千个纱卷的上丝流程，该过程的工作量较大，且工作内容具有较高的重复性。

另一个就是传统的自动化辅助上丝，一般采用三个正交垂直轴式的移载机构，利用夹具转运原纱，但是由于要兼顾原纱向纱架的上料，纱架向捻线机的上料，需要两套机构实现，结构复杂，再者，若纱架规格改变，原纱位置、数量的变化，原有机构就失去作用，需要改型。

现有技术参见CN 113086669 A一种自动化挂纱机器人中记载的结构，该专利主要是用于向纱架上纱，从纱架向捻线机上纱时比较麻烦。

CN106945048A记载了一种上纱装置， 其中纱架的移动不容易跟随AGV小车，自动化操作难以实现。CN213596492U记载了一种双体复合机器人及捻线机上纱落纱流水线，该方案的结构较为复杂，实用成本高，而且自重较重，续航能力不足。CN213703429U记载了一种复合机器人及捻线机上纱落纱流水线，该方案中的纱架受机械手的臂展限制，单次携带的纱筒数量有限，影响流水线的效率。而且受机械手臂展影响，机械手抓取位于纱架底部的纱筒时，动作较为复杂，影响控制节拍。

另外，夹具夹取原纱时需要对准位置，由于纱架制作精度，原纱摆放位置散乱等，传统的夹取没有引导，很容易夹偏，因此需要一套视觉系统引导原纱的取放。

发明内容

本发明提供了一种智能上丝机器人及其上丝方法，该复合机器人能够根据生产情况，自动进行原丝的转运和上丝流程，从而实现降低工作强度、提升工作效率的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能上丝机器人，其特征是：包括AGV主体装置，AGV主体装置上设有直线滑动装置，直线滑动装置设有可上下滑动的滑动架，滑动架上设有带夹具装置的多轴机器人，AGV主体装置上直线滑动装置的一侧设有纱架，纱架两侧设有多个原纱支承杆，单个原纱支承杆大致水平布置，原纱支承杆用于放置原纱卷，夹具装置沿轴向设有多个可撑开的夹爪，夹具装置前端设有相机。

优选的方案中，AGV主体装置上设有可水平转动的托运平台，纱架的底部与托运平台连接，托运平台驱动纱架沿着竖直的轴转动；

滑动架与多轴机器人的连接位置朝向AGV主体装置一侧的方向。

优选的方案中，AGV主体装置包括AGV小车，AGV小车上端设有第一减速电机和连接法兰，第一减速电机轴端与连接法兰套接，连接法兰与托运平台下端连接；

AGV主体装置还设有避障雷达或激光导航装置，避障雷达或激光导航装置设在AGV小车外侧。

优选的方案中，滑动架与多轴机器人的连接位置朝向纱架的方向，纱架与AGV主体装置固定连接；

AGV主体装置还设有避障雷达或激光导航装置，避障雷达设在AGV小车外侧。

优选的方案中，直线滑动装置还包括立架，立架上设有导轨滑块装置，滑动架通过导轨滑块装置与立架滑动连接，立架上还设有齿条，滑动架上设有第二减速电机，第二减速电机轴端设有齿轮，齿轮与齿条啮合。

优选的方案中，立架上端还设有可转动的支承转轴，还设有配重块和配重连接件，配重连接件一端与配重块连接，配重连接件另一端绕过支承转轴与滑动架连接。

优选的方案中，夹具装置还包括第一固定体和第二固定体，第一固定体和第二固定体之间设有连接杆，还包括滑动体，滑动体与第二固定体滑动套接，滑动体端设有多个可转动的铰链杆，各夹爪端部与第一固定体铰接，各铰链杆与各夹爪的中部铰接，还设有拉杆，拉杆一端与滑动体连接，拉杆另一端穿过第一固定体。

优选的方案中，还设有支承筒，支承筒一端设有定位连接块，定位连接块与多轴机器人连接，定位连接块内设有气缸，气缸轴端与拉杆连接。

优选的方案中，第二固定体端部设有导向护套，相机设在导向护套内部。

优选的方案中，相机外侧设有光源，光源与导向护套连接。

还包括上丝方法：

S1、根据原丝消耗情况，向复合机器人发出上丝需求；

S2、垛位管理系统实时对垛位信息进行更新，并将信息反馈给调度系统；

S3、调度系统根据上丝需求和垛位信息规划AGV主体装置运行的路径，并生成工作任务，下发至AGV主体装置；

S4、AGV主体装置根据下发的任务，按时间顺序逐个执行，完成取丝架车、转运丝架车、运输到指定捻线机的工作；

S5、AGV主体装置完成第一个上丝位置定位后，通过AGV主体装置和机器人的通讯，激活机器人系统；

S6、机器人的视觉对纱架的位置进行识别，确定纱架相对偏差后，将该偏差反馈给机器人；

S7、机器人从丝架车上取原丝，根据视觉反馈的偏差，纠正机器人放置的位置，将原丝放置到纱架上；

S8、机械手完成多个纱架的上丝后，激活AGV主体装置进行下一个位置的定位,重复S6-S7的过程，直到丝架车单侧的原丝全部用完；

S9、AGV主体装置托运平台旋转180°，机器人进行另一侧原丝的取用,重复S6-S8的过程，直到丝架车上的原丝全部用完；

S10、AGV主体装置根据调度系统下发的任务，返回丝架车存储位，放回空丝架车，取走满丝架车,重复S4-S9的过程，直到完成捻线机的上丝为止。

本发明的有益效果为：机器人整体在竖直方向上具有一个自由度，该自由度能增大机器人的上丝范围，使得复合机器人可适用于不同规格的捻线机；采用视觉引导机器人夹取，夹取准确度高，取放位置不受纱架改型的影响；通过各个部分有机结合，能够准确的、高效的进行捻线机纱架的上丝；通过自动上丝，不仅减轻了操作工的工作强度和工作量，而且提升了上丝效率、节省了人工带来的各种冗余劳动，为企业节省了成本，增加了效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的直线滑动装置内部结构图。

图4是本发明的直线滑动装置侧视图。

图5是本发明的托运平台示意图。

图6是本发明的AGV主体装置爆炸示意图。

图7是本发明的夹具装置示意图。

图8是本发明的夹具装置剖视图。

图9是本发明的夹具装置爆炸图。

图10是本发明的工艺流程示意图。

图11是本发明的纱架固定式示意图。

图中：AGV主体装置1；AGV小车101；第一减速电机102；连接法兰103；托运平台104；外壳体105；避障雷达106；多轴机器人2；直线滑动装置3；立架301；滑动架302；导轨滑块装置303；齿轮304；齿条305；支承转轴306；配重块307；第二减速电机308；配重连接件309；纱架4；原纱支承杆401；原纱卷5；夹具装置6；第一固定体601；滑动体602；第二固定体603；夹爪604；铰链杆605；连接杆606；支承筒607；导向护套608；定位连接块609；气缸610；拉杆611；相机7；光源8。

具体实施方式

如图1-10中，一种智能上丝机器人，包括AGV主体装置1，AGV主体装置1上设有直线滑动装置3，直线滑动装置3设有可上下滑动的滑动架302，滑动架302上设有带夹具装置6的多轴机器人2，AGV主体装置1上直线滑动装置3的一侧设有纱架4，纱架4两侧设有多个原纱支承杆401，原纱支承杆401用于放置原纱卷5，夹具装置6沿轴向设有多个可撑开的夹爪604，夹具装置6前端设有相机7。

滑动架302与多轴机器人2的连接位置朝向AGV主体装置1一侧的方向，AGV主体装置1一侧是指如图2中上侧和下侧的方向，即AGV主体装置1长度边所在的方向，滑动架302与多轴机器人2的连接位置，是指图4中滑动架302所处的位置。

夹爪604可向外撑开，夹取原纱卷5的中筒，中筒长度大于原纱支承杆401长度，预留出夹爪604的抓取空间，单个原纱支承杆401大致水平布置，大致水平是指原纱支承杆401的轴线大致上为水平，或者略微朝上倾斜，例如与水平面具有1~5°的倾角，以避免纱筒在运动过程中滑落，防止AGV运动时原纱卷掉出；夹爪604也可向内撑开，夹取原纱卷5外侧。

原纱支承杆401轴向朝向AGV小车的两侧，AGV小车带动多轴机器人根据指令在车间来回移动，实现原纱卷5向纱架4的上料和纱架4上的原纱卷5向捻线机的上料。

采用相机7拍照识别纱架4或捻线机上的空位并上料，即使纱架4或捻线机改型，放置原纱的位置改变，依旧能够识别，配合多轴机器人2的灵活性实现智能化柔性上料。

优选的方案中，如图1、6中，AGV主体装置1上设有可水平转动的托运平台104，托运平台104上端面设有定位卡槽，纱架4底部与安装在定位卡槽中，托运平台104驱动纱架沿着竖直的轴转动；

滑动架302与多轴机器人2的连接位置朝向AGV主体装置1一侧的方向。

AGV主体装置1包括AGV小车101，AGV小车101外侧套有外壳体105，外壳体105主要起支承、连接和保护的作用，AGV小车101上端设有第一减速电机102和连接法兰103，第一减速电机102轴端穿过外壳体105与连接法兰103套接，连接法兰103与托运平台104下端连接。

AGV主体装置1还设有避障雷达106或激光导航装置，避障雷达106设在AGV小车101外侧，避障雷达106安装在外壳体105外侧，用于识别路面障碍。

优选的方案中，如图11，滑动架302与多轴机器人2的连接位置朝向纱架4的方向，纱架4与AGV主体装置1固定连接，可以无需设置水平转动的托运平台104及其驱动装置，节省成本。

优选的方案中，直线滑动装置3还包括立架301（图3图4隐藏了），立架301上设有导轨滑块装置303，滑动架302通过导轨滑块装置303与立架301滑动连接，立架301上还设有齿条305，滑动架302上设有第二减速电机308，第二减速电机308轴端设有齿轮304，齿轮304与齿条305啮合，第二减速电机308驱动滑动架302上下运动。

直线滑动装置3的形式不仅限于电机、齿轮和齿条配合，还可以是电缸和丝杠的配合、皮带传动等

优选的方案中，立架301上端还设有可转动的支承转轴306，支承转轴306上可套上滑轮，还设有配重块307和配重连接件309，配重连接件309可选择钢缆、皮带、链条等，配重连接件309一端与配重块307连接，配重连接件309另一端绕过支承转轴306的滑轮与滑动架302连接，配重块307用于平衡运动机构自重，降低第二减速电机308的工作负载。

优选的方案中，夹具装置6还包括第一固定体601和第二固定体603，第一固定体601和第二固定体603之间设有连接杆606，还包括滑动体602，滑动体602与第二固定体603滑动套接，滑动体602端设有多个可转动的铰链杆605，各夹爪604端部与第一固定体601铰接，各铰链杆605与各夹爪604的中部铰接，还设有拉杆611，拉杆611一端与滑动体602连接，拉杆611另一端穿过第一固定体601。

拉动拉杆611，滑动体602向第一固定体601滑动，夹爪604向外撑开，可夹住原纱卷5的中筒。

优选的方案中，还设有支承筒607，支承筒607一端设有定位连接块609，定位连接块609与多轴机器人2连接，定位连接块609内设有气缸610，气缸610轴端与拉杆611连接。

优选的方案中，第二固定体603端部设有导向护套608，导向护套608前端设有倒角，导向护套608外径与夹爪604收回时的最大外轮廓直径相当，进入原纱卷5的中筒时，对中筒进行扶正定心，便于引导后续夹爪604的进入，相机7设在导向护套608内部，防止被碰坏，滑动体602靠近相机7的一端设有避空内腔，避免滑动时碰到相机7。

优选的方案中，相机7外侧设有光源8，光源8也安装在导向护套608的端部沉槽中，为相机7拍照时提供光源。

第二固定体603与导向护套608上设有缺口，拉杆611为中空杆，侧壁设有切槽，光源8及相机7可依次通过缺口、中空杆、切槽走线，避免线缆外置缠绕夹具。

上丝方法如下：

包括垛位管理系统、调度系统、AGV、视觉、机器人。垛位管理系统和调度系统之间能够进行数据传输，调度系统和AGV、机器人进行数据传输，视觉作为机器人的识别输入信号源。

捻线机设备发出上丝需求，调度系统接收上丝需求后，通过处理，生成相应的工作任务，并与AGV进行工作任务的交接。AGV按照任务的先后顺序执行原丝的转运工作，将原丝转运至指定的捻线机处。完成丝架车的搬运定位后，通过视觉对纱架进行定位，最后由机器人进行上丝。

所述方案中，垛位管理系统能根据PDA进行设置丝架车存储位的品种信息。同时，能够对现场丝架车的空满状态进行实时监控。垛位管理系统根据上丝需求，通过内部处理，将取货位发送至调度系统。

所述方案中，调度系统能够对上丝信号进行处理，根据取货位信息，形成相应的工作任务，并按先后顺序下发至AGV。

所述方案中，AGV是复合机器人的载体，能够根据现场情况，通过导航，自动进行移动、避障。AGV通过激光导航和四周的避障雷达来确定AGV的运行路径和完成避障。（导航方式不仅限于激光导航，还可以使用磁导航、视觉导航等）。

所述方案中，AGV的托运平台能够进行旋转，便于机器人从丝架车上取原丝。平台的旋转采用减速电机驱动，通过行星齿轮配合来完成。

所述方案中，视觉是复合机器人对纱架进行定位的，根据视觉识别的位置，提升机器人上丝的准确性。

所述方案中，机器人是上丝过程的直接执行元件。机器人整体在竖直方向上具有一个自由度，该自由度能增大机器人的上丝范围，使得复合机器人可适用于不同规格的捻线机。机器人的第七轴是通过减速电机驱动，经过齿轮、齿条，转换成直线运动，带动机器人在竖直方向上移动。（第七轴的形式不仅限于电机、齿轮和齿条配合，还可以是电缸和丝杠的配合、皮带传动等）

S1、根据原丝消耗情况，向复合机器人发出上丝需求；

S2、垛位管理系统实时对垛位信息进行更新，并将信息反馈给调度系统；

S3、调度系统根据上丝需求和垛位信息规划AGV主体装置运行的路径，并生成工作任务，下发至AGV主体装置；

S4、AGV主体装置根据下发的任务，按时间顺序逐个执行，完成取丝架车、转运丝架车、运输到指定捻线机的工作；

S5、AGV主体装置完成第一个上丝位置定位后，通过AGV主体装置和机器人的通讯，激活机器人系统；

S6、机器人的视觉对纱架的位置进行识别，确定纱架相对偏差后，将该偏差反馈给机器人；

S7、机器人从丝架车上取原丝，根据视觉反馈的偏差，纠正机器人放置的位置，将原丝放置到纱架上；

S8、机械手完成多个纱架的上丝后，激活AGV主体装置进行下一个位置的定位,重复S6-S7的过程，直到丝架车单侧的原丝全部用完；

S9、AGV主体装置托运平台旋转180°，机器人进行另一侧原丝的取用，重复S6-S8的过程，直到丝架车上的原丝全部用完；

S10、AGV主体装置根据调度系统下发的任务，返回丝架车存储位，放回空丝架车，取走满丝架车，重复S4-S9的过程，直到完成捻线机的上丝为止。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能上丝机器人，其特征是：包括AGV主体装置（1），AGV主体装置（1）上设有直线滑动装置（3），直线滑动装置（3）设有可上下滑动的滑动架（302），滑动架（302）上设有带夹具装置（6）的多轴机器人（2），AGV主体装置（1）上直线滑动装置（3）的一侧设有纱架（4），纱架（4）两侧设有多个原纱支承杆（401），单个原纱支承杆（401）大致水平布置，原纱支承杆（401）用于放置原纱卷（5），夹具装置（6）沿轴向设有多个可撑开的夹爪（604），夹具装置（6）前端设有相机（7）。

2.根据权利要求1所述智能上丝机器人，其特征是：AGV主体装置（1）上设有可水平转动的托运平台（104），纱架（4）的底部与托运平台（104）连接，托运平台（104）驱动纱架（4）沿着竖直的轴转动；

滑动架（302）与多轴机器人（2）的连接位置朝向AGV主体装置（1）一侧的方向。

3.根据权利要求2所述智能上丝机器人，其特征是：AGV主体装置（1）包括AGV小车（101），AGV小车（101）上端设有第一减速电机（102）和连接法兰（103），第一减速电机（102）轴端与连接法兰（103）套接，连接法兰（103）与托运平台（104）下端连接；

AGV主体装置（1）还设有避障雷达（106）或激光导航装置，避障雷达（106）或激光导航装置设在AGV小车（101）外侧。

4.根据权利要求1所述智能上丝机器人，其特征是：滑动架（302）与多轴机器人（2）的连接位置朝向纱架（4）的方向，纱架（4）与AGV主体装置（1）固定连接；

AGV主体装置（1）还设有避障雷达（106）或激光导航装置，避障雷达（106）设在AGV小车（101）外侧。

5.根据权利要求1所述智能上丝机器人，其特征是：直线滑动装置（3）还包括立架（301），立架（301）上设有导轨滑块装置（303），滑动架（302）通过导轨滑块装置（303）与立架（301）滑动连接，立架（301）上还设有齿条（305），滑动架（302）上设有第二减速电机（308），第二减速电机（308）轴端设有齿轮（304），齿轮（304）与齿条（305）啮合。

6.根据权利要求3或4所述智能上丝机器人，其特征是：立架（301）上端还设有可转动的支承转轴（306），还设有配重块（307）和配重连接件（309），配重连接件（309）一端与配重块（307）连接，配重连接件（309）另一端绕过支承转轴（306）与滑动架（302）连接。

7.根据权利要求1所述智能上丝机器人，其特征是：夹具装置（6）还包括第一固定体（601）和第二固定体（603），第一固定体（601）和第二固定体（603）之间设有连接杆（606），还包括滑动体（602），滑动体（602）与第二固定体（603）滑动套接，滑动体（602）端设有多个可转动的铰链杆（605），各夹爪（604）端部与第一固定体（601）铰接，各铰链杆（605）与各夹爪（604）的中部铰接，还设有拉杆（611），拉杆（611）一端与滑动体（602）连接，拉杆（611）另一端穿过第一固定体（601）。

8.根据权利要求7所述智能上丝机器人，其特征是：还设有支承筒（607），支承筒（607）一端设有定位连接块（609），定位连接块（609）与多轴机器人（2）连接，定位连接块（609）内设有气缸（610），气缸（610）轴端与拉杆（611）连接。

9.根据权利要求7所述智能上丝机器人，其特征是：第二固定体（603）端部设有导向护套（608），相机（7）设在导向护套（608）内部，相机（7）外侧设有光源（8），光源（8）与导向护套（608）连接。

10.根据权利要求2所述智能上丝机器人的上丝方法，其特征是：

S1、根据原丝消耗情况，向复合机器人发出上丝需求；

S2、垛位管理系统实时对垛位信息进行更新，并将信息反馈给调度系统；

S3、调度系统根据上丝需求和垛位信息规划AGV主体装置运行的路径，并生成工作任务，下发至AGV主体装置；

S4、AGV主体装置根据下发的任务，按时间顺序逐个执行，完成取丝架车、转运丝架车、运输到指定捻线机的工作；

S5、AGV主体装置完成第一个上丝位置定位后，通过AGV主体装置和机器人的通讯，激活机器人系统；

S6、机器人的视觉对纱架的位置进行识别，确定纱架相对偏差后，将该偏差反馈给机器人；

S7、机器人从丝架车上取原丝，根据视觉反馈的偏差，纠正机器人放置的位置，将原丝放置到纱架上；

S8、机械手完成多个纱架的上丝后，激活AGV主体装置进行下一个位置的定位,重复S6-S7的过程，直到丝架车单侧的原丝全部用完；

S9、AGV主体装置托运平台旋转180°，机器人进行另一侧原丝的取用,重复6-8的过程，直到丝架车上的原丝全部用完；

S10、AGV主体装置根据调度系统下发的任务，返回丝架车存储位，放回空丝架车，取走满丝架车,重复S4-S9的过程，直到完成捻线机的上丝为止。

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