CN114735501A

CN114735501A - 一种低刚度片状材料的自动化搬运系统

Info

Publication number: CN114735501A
Application number: CN202210255777.7A
Authority: CN
Inventors: 王一奇; 卜聪; 戚嘉亮; 侯晓峰; 高航
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2042-03-15
Also published as: CN114735501B

Abstract

本发明提供一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，包括至少一个自动化搬运单元，自动化搬运单元包括连接块，连接块的顶部安装有带动连接块运动的机器人，连接块位于框架内，且框架通过多个第一伸缩杆与连接块铰接，框架由多个第二伸缩杆相互铰接所围成，框架上安装有多个用于抓取待抓取低刚度片状材料的抓取装置，连接块上安装有控制模块，控制模块用于控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸缩，用于控制抓取装置抓取待抓取低刚度片状材料。本发明提供自动化搬运单元的形态变换可以实现对多形状的低刚度片状材料进行抓取，同时在针对尺寸较大的低刚度片状材料时可以采用多个自动化搬运单元协同工作。

Description

一种低刚度片状材料的自动化搬运系统

技术领域

本发明涉及自动化搬运技术领域，具体而言是一种低刚度片状材料的自动化搬运系统。

背景技术

在航空航天、汽车等领域，复合材料由于其高比强度而被广泛使用，其中，复合材料自动铺放技术是提高复合材料制造技术水平与效率、保证相关的产品质量和降低成本的关键技术；目前，国内的高性能先进复合材料结构仍以手工铺放成型为主；采取手工铺放成型复合材料构件不但制造成本高、效率低而且大型复合材料构件的铺放难度特别大，直接影响了复合材料在国内航空航天等领域的应用，譬如专利CN104759862A公开了一种不规则柔性垫片点阵吸盘随形自动拾取装配机，对于尺寸跨度大的多种材料，只采用点阵吸盘成本较高，而较小空间时也缺乏灵活性。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种低刚度片状材料的自动化搬运系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，包括至少一个自动化搬运单元，自动化搬运单元包括连接块，连接块的顶部安装有带动连接块运动的机器人，连接块位于框架内，且框架通过多个第一伸缩杆与连接块铰接，框架由多个第二伸缩杆相互铰接所围成，框架上安装有多个用于抓取待抓取低刚度片状材料的抓取装置，连接块上安装有控制模块，控制模块用于控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸缩，用于控制抓取装置抓取待抓取低刚度片状材料。

框架包括八个第二伸缩杆，且八个第二伸缩杆依次铰接形成封闭图形，四个第一伸缩杆呈十字型分布，且第一伸缩杆靠近第二伸缩杆的一端通过铰接头与相互铰接的两个第二伸缩杆铰接。抓取装置安装在第二伸缩杆的端部下表面和/或安装在铰接头的下表面。

第一伸缩杆和第二伸缩杆为气缸、液压缸或者电动推杆。

抓取装置为吸盘、夹钳或刺针。

当抓取装置为吸盘时，控制模块包括电磁阀，当抓取装置为夹钳或刺针时，控制模块包括继电器或阀体。

抓取装置的数量N由公式G≤N*G(X)确定，G为待抓取低刚度片状材料的重力，当抓取装置为吸盘时，G(X)为每个吸盘的提升力，当抓取装置为夹钳时，G(X)为每个夹钳的夹紧后给与材料的提升力，当抓取装置为刺针时，G(X)为每个刺针的刺穿后给与材料的提升力。

抓取装置的位置是由抓取装置相对待抓取低刚度片状材料向内偏置的距离D(由)和不同抓取装置之间的距离L确定，当抓取装置(例如吸盘)抓取材料时只接触待抓取低刚度片状材料的单一面时，向内偏置的距离D必须大于零；当抓取装置(例如夹钳)抓取材料时，同时接触材料的两面时，则 D可以等于0；当抓取装置(例如刺针)在抓取材料时产生了穿透材料的情况时，向内偏置的距离D可以等于0；而抓取装置之的间距L应在0-100mm 之间。

优选的，可以使用一个自动化搬运单元通过形态变换针对多种形状尺寸材料进行抓取，若针对1m²以上的大尺寸材料时可以使用多个自动化搬运单元协同抓取，具有较大的泛用性。

优选地，多个第一伸缩杆、第二伸缩杆和抓取装置由控制单元统一控制。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的自动化搬运系统主要针对纤维复合材料，针对本原理也可以实现其他低刚度片状材料自动化搬运；抓取装置之间的位置关系在确定的范围内，因此可以保证抓取的可靠性；自动化系统由控制单元统一驱动，具有精度较高的特点，可以实现自动化搬运单元的形态变化，因此可以由单一自动化搬运单元针对多种形状布料进行抓取，同时由于可变形的特点，针对于较小空间时也可以发挥出优势，此外可以通过多自动化搬运单元协同抓取，实现对1m²以上的材料进行抓取；多自动化搬运单元协同工作的特性同样解决了针对尺寸较大材料时的经济性问题。本发明解决了国内纤维铺放自动化成型的问题，推动了自动化铺放的应用和发展。

基于上述理由本发明可在低刚度片状材料的搬运等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明具体实施方式中一种低刚度片状材料的自动化搬运系统三维视图。

图2为本发明具体实施方式中一种低刚度片状材料的自动化搬运系统俯视图(框架呈正方形)。

图3为本发明具体实施方式中一种低刚度片状材料的自动化搬运系统俯视图(框架变形为正八边形)。

图4为本发明具体实施方式中两个自动化搬运单元协同作业示意图。

图中：1、自动化搬运单元；11、连接块；12、框架；121、第二伸缩杆； 122、铰接头；13、第一伸缩杆；14、抓取装置；15、控制模块；16、机器人； 2、待抓取低刚度片状材料。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～4所示，一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，包括至少一个自动化搬运单元1，自动化搬运单元1包括连接块11，连接块11的顶部安装有带动连接块11运动的机器人16，连接块11位于框架12内，且框架12通过多个第一伸缩杆13与连接块11铰接，框架12包括由多个第二伸缩杆121 相互铰接所围成，框架12上安装有多个用于抓取待抓取低刚度片状材料2的抓取装置14，连接块11上安装有控制模块15，控制模块15用于控制第一伸缩杆13和第二伸缩杆121伸缩，用于控制抓取装置14抓取待抓取低刚度片状材料2。

本具体实施方式中，框架12包括八个第二伸缩杆121，且八个第二伸缩杆121依次铰接形成封闭图形，四个第一伸缩杆13呈十字型分布，且第一伸缩杆13靠近第二伸缩杆121的一端通过铰接头122与相互铰接的两个第二伸缩杆121铰接。抓取装置14的数量N由公式G≤N*G(X)确定，G为待抓取低刚度片状材料2的重力，当抓取装置14为吸盘时，G(X)为每个吸盘的提升力，当抓取装置14为夹钳时，G(X)为每个夹钳的夹紧力，当抓取装置14 为刺针时，G(X)为每个刺针的夹持力。本具体实施方式中采用9个抓取装置14分别安装在第二伸缩杆121的端部下表面和铰接头122的下表面。

第一伸缩杆13和第二伸缩杆121可以为气缸、液压缸或者电动推杆等装置。抓取装置14为吸盘、夹钳或刺针。当抓取装置14为吸盘时，控制模块 15包括电磁阀，当抓取装置14为夹钳或刺针时，控制模块15包括继电器或阀体。多个第一伸缩杆13、第二伸缩杆121和抓取装置14由控制单元统15 一控制。

抓取装置14的位置(抓取装置14相对于待抓取低刚度片状材料2的位置)是由抓取装置14相对待抓取低刚度片状材料2向内偏置的距离D(由) 和不同抓取装置14之间的距离L确定，当抓取装置14(例如吸盘)抓取材料时只接触待抓取低刚度片状材料2的单一面时，向内偏置的距离D必须大于零；当抓取装置14(例如夹钳)抓取待抓取低刚度片状材料2时，同时接触材料的两面时，则D可以等于0；当抓取装置14(例如刺针)在抓取待抓取低刚度片状材料2时产生了穿透材料的情况时，向内偏置的距离D可以等于0；而抓取装置之的间距L应在0-100mm之间。

自动化搬运单元1可以根据待抓取低刚度片状材料的形状，调整其框架 12的形状，如图2所示，待抓取低刚度片状材料2呈正方形，尺寸为 1000mm*1000mm，采用一个自动化搬运单元1，通过调整第一伸缩杆13和第二伸缩杆121的伸缩，使框架12形状为正方形；之后进行抓取装置14的抓取。如图3所示，待抓取低刚度片状材料2呈正八边形，边长为600mm，采用一个自动化搬运单元1，通过调整第一伸缩杆13和第二伸缩杆121其框架12变形为正八边形，之后进行抓取装置14的抓取，通过第一伸缩杆13和第二伸缩杆121的设置可以实现单一自动化搬运单元1能够满足对多种形状材料进行抓取的效果；

在针对1m²以上的大尺寸材料时可以使用多个自动化搬运单元1协同抓取，如图4所示，待抓取低刚度片状材料2呈长方形，其尺寸为 1000mm*2500mm，则选用了两个自动化搬运单元1协同工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，包括至少一个自动化搬运单元，所述自动化搬运单元包括连接块，所述连接块的顶部安装有带动所述连接块运动的机器人，所述连接块位于框架内，且所述框架通过多个第一伸缩杆与连接块铰接，所述框架由多个第二伸缩杆相互铰接所围成，所述框架上安装有多个用于抓取所述待抓取低刚度片状材料的抓取装置，所述连接块上安装有控制模块，所述控制模块用于控制所述第一伸缩杆和所述第二伸缩杆伸缩，用于控制所述抓取装置抓取所述待抓取低刚度片状材料。

2.根据权利要求1所述的一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，所述框架包括八个所述第二伸缩杆，且八个所述第二伸缩杆依次铰接形成封闭图形，四个所述第一伸缩杆呈十字型分布，且所述第一伸缩杆靠近所述第二伸缩杆的一端通过铰接头与相互铰接的两个所述第二伸缩杆铰接。

3.根据权利要求2所述的一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，所述抓取装置安装在第二伸缩杆的端部和/或安装在铰接头处。

4.根据权利要求1所述的一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，所述第一伸缩杆和所述第二伸缩杆为气缸、液压缸或者电动推杆。

5.根据权利要求1所述的一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，所述抓取装置为吸盘、夹钳或刺针。

6.根据权利要求5所述的一种低刚度片状材料的自动化搬运系统，其特征在于，当所述抓取装置为吸盘时，所述控制模块包括电磁阀，当所述抓取装置为夹钳或刺针时，所述控制模块包括继电器或阀体。