CN116424836B - 一种机器人码垛系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人码垛系统及其工作方法，属于机器人码垛技术领域，包括传送装置、机器人和码垛装置，传送装置包括万向传送机构和多个输入传送机构；万向传送机构的一侧设置成输出端，万向传送机构的输出端与机器人对准；万向传送机构的剩余侧均设置成输入端，输入端与输入传送机构对准。本发明采用上述一种机器人码垛系统及其工作方法，通过设置多个输入传送机构和多个码垛机构，可根据工序之间的时差灵活布置，最大可能的提高码垛效率。

Description

一种机器人码垛系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及机器人码垛技术领域，尤其涉及一种机器人码垛系统及其工作方法。

背景技术

代替人力搬运、码垛的机器人是机械与计算机程序的结合产物。其用于将已装入容器的纸箱，按一定排列码放在托盘或者栈板上，然后推出，便于叉车运至仓库储存。故具有智能化操作管理简便、易掌握，可大大地减少劳动力和降低劳动强度，操作灵活精准，快速高效，稳定性高等优点，从而取代人工在码垛中广泛应用。

例如：

专利号CN201410805485.1公开了码垛机器人的搬运系统及码垛机器人的搬运方法，通过机器人手臂将夹具单元运行至两个工件的抓取位置，成像定位 单元获取两个工件的位置信息，并将位置信息传递给控制器，依据抓取位置的 不同，控制器根据位置信息同时驱动第一驱动装置使第一夹具进行转动、驱动 第二驱动装置使第二夹具进行转动、驱动第三驱动装置使第一夹具进行平移， 第一夹具运行至第一工件的抓取位置，第一夹具抓取第一工件，与此同时，第 二夹具运行至第二工件的抓取位置，第二夹具抓取第二工件，使码垛机器人能 同时抓取两个工件；搬运至两个工件的下料位置时，成像定位单元获取两个工件下料位置的位置信息，并将位置信息传递给控制器，依据下料位置的不同， 控制器根据位置信息同时驱动第一驱动装置使第一夹具进行转动、驱动第二驱 动装置使第二夹具进行转动，第三驱动装置根据两个工件之间的距离，驱动第 一夹具进行平移，第一夹具运行至第一工件的下料位置，第一夹具放开第一工 件，与此同时，第二夹具运行至第二工件的下料位置，第二夹具放开第二工件， 实现码垛机器人搬运系统的精确定位，并大大提高码垛机器人工作效率。

专利号CN202022776898.5公开了 一种四轴搬运码垛机器人，在该装置搬运码垛料箱的时候，同时控制两个气缸伸长，随着两个气缸的伸长，两个夹板以对应的两个连杆为圆心转动并相互靠近，从而两个夹板能够紧紧的夹住料箱，之后在四轴码垛机器人本体的带动下，可以不断的对料箱进行搬运和码垛，当遇到料箱尺寸差别较大的情况下，可以通过手轮带动螺杆转动，随着螺杆的转动，两个滑块将会相互靠近或者相互远离，从而两个滑块再带动两个横杆上的夹板相互靠近或者相互远离。

专利号CN202022669666.X公开了一种智能制造的码垛工业机器人，其包括码垛工业机器人本体和夹持组件，夹持组件的内壁固定连接有空心块，空心块的下表面开设有多个圆孔，且圆孔的孔壁固定连接有圆筒，圆筒的下表面开设有通孔，且通孔的孔壁活动连接有移动杆，移动杆的顶端外壁固定套接有橡胶环。其通过设置有驱动电机、螺杆、螺纹筒和链条，当物品码放受码垛工业机器人本体高度限制时，启动驱动电机，驱动电机通过第一斜齿轮和第二斜齿轮使螺纹筒转动，螺纹筒通过链轮和链条使多个螺纹筒同时转动，并推出螺杆，螺杆推动连接板上升，进而调节码垛工业机器人本体的高度，使码垛工业机器人本体能够继续玛放物品，且通过散热机构提高码垛工业机器人的散热能力，该机构使码垛工业机器人具有高度调节功能，提高了码垛工业机器人码放物品的效果。且通过夹持组件夹持箱体外壁进行搬运。

由上述可知，现有的码垛工业机器人具有以下缺陷：1、一个码垛机器人只对应一个箱体输入通道和一个码垛位置，由于工序之间的速度存在差异，导致了码垛机器人可能存在闲置期，降低了码垛机器人的使用效率和码垛效率；同时由于只有一个码垛位置，故只能在此码垛位置码垛完成后，将其拉出换上新的栈板才能重新码垛，进一步降低了码垛效率。2、需要根据码垛的高度调整机械臂的升降高度，增加了结构复杂程度和运算量。3、夹持式的搬运方式，夹持力不易控制，即存在夹持力过小时，箱体容易脱落，夹持力过大时，容易损坏箱体。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种机器人码垛系统及其工作方法，通过设置多个输入传送机构和多个码垛机构，可根据工序之间的时差灵活布置，最大可能的提高码垛效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种机器人码垛系统，包括传送装置、机器人和码垛装置，传送装置包括万向传送机构和多个输入传送机构；

万向传送机构的一侧设置成输出端，万向传送机构的输出端与机器人对准；

万向传送机构的剩余侧均设置成输入端，输入端与输入传送机构对准。

优选的，万向传送机构包括由立柱和顶板构成的机架和设置于顶板上且呈阵列布置的多个万向传送单元，顶板上且对应万向传送单元的位置开设有穿出孔；

万向传送单元包括固定连接于顶板底端的安装筒、固定于安装筒内的转向电机、与转向电机输出端连接的转盘、经支架垂直转动设置于转盘顶端的转轮，转轮还与固定于支架上的行走电机连接；

转轮的顶端由穿出孔穿出，且转轮的最顶端高度高于顶板的最顶端高度。

优选的，输入传送机构为传送带结构或者传送辊结构；

输入传送机构靠近万向传送单元的一端设置有用于检测是否有箱体经过的红外传感器，红外传感器经总线连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端分别与转向电机和行走电机电性连接。

优选的，机器人包括依次连接的转动底座、垂直连接臂、水平悬臂、横向移动模组、纵向移动模组和承接框，承接框的底端高度不高于顶板的高度；

承接框包括框体和与框体内侧水平滑动连接的开合板，开合板与开合气缸的活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端穿出框体后与开合气缸的缸体滑动连接，开合气缸的缸体与框体的外侧固定连接；

框体面向顶板的一侧开设有进入口。

优选的，开合板的左右两侧分别与框体内侧滑动连接，开合板的前侧与另一开合板贴合，开合板的后侧连接开合气缸。

优选的，承载框的外侧设置有水平激光发射器，万向传送机构上对应设置有水平激光接收器，水平激光发射器和水平激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接，PLC控制器还分别与用于驱动转动底座转动的驱动电机、横向移动模组和纵向移动模组电性连接。

优选的，码垛装置包括设置于机器人背离传送装置一侧的多个码垛机构，机器人和传送装置均放置于地面上，码垛装置设置于开设于地面上的基坑内；

多个码垛机构上均设置有垂直激光接收器，承载框的底端对应设置有垂直激光发射器，垂直激光发射器和垂直激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接。

优选的，码垛机构包括与地面平齐的栈板、设置于栈板底端的承载板和固定于承载板底端的阻尼器，阻尼器固定于基坑内；

基坑内设置有限位凸台，限位凸台的内径小于栈板的外径，用于在堆满箱体后承托栈板；

承载板底部边缘均匀设置有多个阻尼器。

优选的，基坑侧部开设有转运口，转运口经倾斜的转运通道与地面连通，便于将堆满箱体的栈板拉出；

栈板顶端边缘开设有用于在拉出时插接挡板的多个插槽。

一种机器人码垛系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、上料：

上一工序输出的箱体经任一输入传送机构输入，在输入的过程中，箱体遮挡红外传感器，红外传感器将遮挡信号传输至PLC控制器，PLC控制器根据总线地址判断红外传感器的编码，根据编码和内置的对应信息，获取与此红外传感器对应的输入传送机构的排布方向，根据排布方向，向转向电机转动发送转动指令，使得转向电机带动转轮转动至与对应输入传送机构相同的方向，输入传送机构继续运转即可将箱体运送到万向传送机构的转轮上，而后PLC控制器控制转向电机复位，带动转轮复位，此时转轮朝向机器人的方向，延时设定时间后PLC控制器启动行走电机，行走电机驱动转轮转动，带动位于转轮上的箱体朝向机器人的方向移动上料；

S2、码垛：

S21、机器人的转动底座转动，带动承载框绕转动底座转动，直至与万向传送机构对准，此时万向传送机构上的水平激光发射器对准万向传送机构上的水平激光接收器，水平激光接收器接收激光后向PLC控制器发送对准信号，PLC控制器控制转动底座停止转动，转轮在行走电机驱动下转动，即可带动箱体转移至承载框内，延时设定时间后，PLC控制器向转动底座发送启动指令，转动底座再次转动，直至垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准；

S22、垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准后，根据PLC控制器内部的存储程序，依次动作横向移动模组和纵向移动模组，到位后，启动开合气缸，打开开合板，箱体由两个开合板之间落至栈板的设定位置；

S23、循环执行步骤S21-S22，直至当前栈板码垛完毕；

S24、循环步骤S21-S23，码垛另一码垛机构，同时将挡板插到码垛完毕的栈板的插槽后，将此栈板由基坑中拉出。

本发明具有以下有益效果：

1、通过设置多个输入传送机构和多个码垛机构，可根据工序之间的时差灵活布置，最大可能的提高码垛效率。

2、通过将栈板放置到基坑内，可根据待码垛的箱体的重量调整阻尼器的个数和阻尼系数，使得放到栈板的最顶端的箱体的高度始终与地面平齐，减少了高度控制程序，提高了运算效率。

3、通过承载框配合开合板的形式，承托箱体，避免了夹持结构存在的夹持力难以控制的现象。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种机器人码垛系统的俯视图；

图2为本发明的一种机器人码垛系统的侧视图；

图3为本发明的一种机器人码垛系统的万向传送机构的结构示意图；

图4为本发明的一种机器人码垛系统的万向传送机构的承载框的结构示意图；

图5为本发明的一种机器人码垛系统的万向传送机构的承载框的电气原理框图。

其中：1、传送装置；11、万向传送机构；111、万向传送单元；1111、转轮；1112、行走电机；1113、支架；1114、转盘；1115、转向电机；1116、安装筒；112、顶板；113、立柱；12、输入传送机构；13、红外传感器；

2、箱体；

3、机器人；31、横向移动模组；32、水平悬臂；33、纵向移动模组；34、承接框；341、开合气缸；342、开合板；343、框体；35、垂直连接臂；36、转动底座；

4、码垛装置；41、基坑；42、承载板；43、栈板；44、阻尼器；45、限位凸台。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

图1为本发明的一种机器人码垛系统的俯视图；图2为本发明的一种机器人码垛系统的侧视图，如图1和图2所示，一种机器人码垛系统，包括传送装置1、机器人3和码垛装置4，传送装置1包括万向传送机构11和多个输入传送机构12；万向传送机构11的一侧设置成输出端，万向传送机构11的输出端与机器人3对准；万向传送机构11的剩余侧均设置成输入端，输入端与输入传送机构12对准。

图3为本发明的一种机器人码垛系统的万向传送机构的结构示意图，如图3所示，万向传送机构11包括由立柱113和顶板112构成的机架和设置于顶板112上且呈阵列布置的多个万向传送单元111，顶板112上且对应万向传送单元111的位置开设有穿出孔；万向传送单元111包括固定连接于顶板112底端的安装筒1116、固定于安装筒1116内的转向电机1115、与转向电机1115输出端连接的转盘1114、经支架1113垂直转动设置于转盘1114顶端的转轮1111，转轮1111还与固定于支架1113上的行走电机1112连接，本实施例中的转轮1111的水平方向上的中心与转盘1114的中心重合，即转轮1111的水平转动中心与转盘1114中心重合；

转轮1111的顶端由穿出孔穿出，且转轮1111的最顶端高度高于顶板112的最顶端高度，便于承托箱体2。

优选的，输入传送机构12为传送带结构或者传送辊结构；输入传送机构12靠近万向传送单元111的一端设置有用于检测是否有箱体2经过的红外传感器13，红外传感器13经总线连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端分别与转向电机1115和行走电机1112电性连接，便于根据总线地址即可判断红外传感器13的地址，从而便于根据红外传感器13的地址查询预存的对应的输入传送机构12的信息（排布方向信息，如以万向传送单元111的中心点为坐标原点，机器人3所在方向为0杜设定其余的位置排布信息）。

优选的，机器人3包括依次连接的转动底座36、垂直连接臂35、水平悬臂32、横向移动模组31、纵向移动模组33和承接框34，需要说明的是，由于上述构成机械臂的转动底座36、垂直连接臂35、水平悬臂32，以及横向移动模组31、纵向移动模组33的结构原理均为本领域公知常识，故在此不做赘述，承接框34的底端高度不高于顶板112的高度；承接框34包括框体343和与框体343内侧水平滑动连接的开合板342，开合板342与开合气缸341的活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端穿出框体343后与开合气缸341的缸体滑动连接，开合气缸341的缸体与框体343的外侧固定连接；框体343面向顶板112的一侧开设有进入口。

优选的，开合板342的左右两侧分别与框体343内侧滑动连接，开合板342的前侧与另一开合板342贴合，开合板342的后侧连接开合气缸341。

图4为本发明的一种机器人码垛系统的万向传送机构的承载框的结构示意图如图4所示，优选的，承载框的外侧设置有水平激光发射器，万向传送机构11上对应设置有水平激光接收器，水平激光发射器和水平激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接，PLC控制器还分别与用于驱动转动底座36转动的驱动电机、横向移动模组31和纵向移动模组33电性连接。

优选的，码垛装置4包括设置于机器人3背离传送装置1一侧的多个码垛机构，机器人3和传送装置1均放置于地面上，码垛装置4设置于开设于地面上的基坑41内；多个码垛机构上均设置有垂直激光接收器，承载框的底端对应设置有垂直激光发射器，垂直激光发射器和垂直激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接。

优选的，码垛机构包括与地面平齐的栈板43、设置于栈板43底端的承载板42和固定于承载板42底端的阻尼器44，阻尼器44固定于基坑41内；基坑41内设置有限位凸台45，限位凸台45的内径小于栈板43的外径，用于在堆满箱体2后承托栈板43；承载板42底部边缘均匀设置有多个阻尼器44。优选的，基坑41侧部开设有转运口，转运口经倾斜的转运通道与地面连通，便于将堆满箱体2的栈板43拉出；栈板43顶端边缘开设有用于在拉出时插接挡板的多个插槽。

本实施例的垂直激光接收器设置于承载板42的边缘。

一种机器人3码垛系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、上料：

上一工序输出的箱体2经任一输入传送机构12输入，在输入的过程中，箱体2遮挡红外传感器13，红外传感器13将遮挡信号传输至PLC控制器，PLC控制器根据总线地址判断红外传感器13的编码，根据编码和内置的对应信息，获取与此红外传感器13对应的输入传送机构12的排布方向，根据排布方向，向转向电机1115转动发送转动指令，使得转向电机1115带动转轮1111转动至与对应输入传送机构12相同的方向，输入传送机构12继续运转即可将箱体2运送到万向传送机构11的转轮1111上，而后PLC控制器控制转向电机1115复位，带动转轮1111复位，此时转轮1111朝向机器人3的方向，延时设定时间后PLC控制器启动行走电机1112，行走电机1112驱动转轮1111转动，带动位于转轮1111上的箱体2朝向机器人3的方向移动上料；

S2、码垛：

S21、机器人3的转动底座36转动，带动承载框绕转动底座36转动，直至与万向传送机构11对准，此时万向传送机构11上的水平激光发射器对准万向传送机构11上的水平激光接收器，水平激光接收器接收激光后向PLC控制器发送对准信号，PLC控制器控制转动底座36停止转动，转轮1111在行走电机1112驱动下转动，即可带动箱体2转移至承载框内，延时设定时间后，PLC控制器向转动底座36发送启动指令，转动底座36再次转动，直至垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准；

S22、垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准后，根据PLC控制器内部的存储程序，依次动作横向移动模组31和纵向移动模组33，到位后，启动开合气缸341，打开开合板342，箱体2由两个开合板342之间落至栈板43的设定位置；

S23、循环执行步骤S21-S22，直至当前栈板43码垛完毕；

S24、循环步骤S21-S23，码垛另一码垛机构，同时将挡板插到码垛完毕的栈板43的插槽后，将此栈板43由基坑41中拉出。

因此，本发明采用上述一种机器人码垛系统及其工作方法，通过设置多个输入传送机构和多个码垛机构，可根据工序之间的时差灵活布置，最大可能的提高码垛效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种机器人码垛系统，包括传送装置、机器人和码垛装置，其特征在于：传送装置包括万向传送机构和多个输入传送机构；

万向传送机构的一侧设置成输出端，万向传送机构的输出端与机器人对准；

万向传送机构的剩余侧均设置成输入端，输入端与输入传送机构对准；

万向传送机构包括由立柱和顶板构成的机架和设置于顶板上且呈阵列布置的多个万向传送单元，顶板上且对应万向传送单元的位置开设有穿出孔；

万向传送单元包括固定连接于顶板底端的安装筒、固定于安装筒内的转向电机、与转向电机输出端连接的转盘、经支架垂直转动设置于转盘顶端的转轮，转轮还与固定于支架上的行走电机连接；

转轮的顶端由穿出孔穿出，且转轮的最顶端高度高于顶板的最顶端高度；

输入传送机构为传送带结构或者传送辊结构；

输入传送机构靠近万向传送单元的一端设置有用于检测是否有箱体经过的红外传感器，红外传感器经总线连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端分别与转向电机和行走电机电性连接；

机器人包括依次连接的转动底座、垂直连接臂、水平悬臂、横向移动模组、纵向移动模组和承接框，承接框的底端高度不高于顶板的高度；

承接框包括框体和与框体内侧水平滑动连接的开合板，开合板与开合气缸的活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端穿出框体后与开合气缸的缸体滑动连接，开合气缸的缸体与框体的外侧固定连接；

框体面向顶板的一侧开设有进入口；

开合板的左右两侧分别与框体内侧滑动连接，开合板的前侧与另一开合板贴合，开合板的后侧连接开合气缸；

承载框的外侧设置有水平激光发射器，万向传送机构上对应设置有水平激光接收器，水平激光发射器和水平激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接，PLC控制器还分别与用于驱动转动底座转动的驱动电机、横向移动模组和纵向移动模组电性连接；

码垛装置包括设置于机器人背离传送装置一侧的多个码垛机构，机器人和传送装置均放置于地面上，码垛装置设置于开设于地面上的基坑内；

多个码垛机构上均设置有垂直激光接收器，承载框的底端对应设置有垂直激光发射器，垂直激光发射器和垂直激光接收器均经总线与PLC控制器电性连接；

码垛机构包括与地面平齐的栈板、设置于栈板底端的承载板和固定于承载板底端的阻尼器，阻尼器固定于基坑内；

基坑内设置有限位凸台，限位凸台的内径小于栈板的外径，用于在堆满箱体后承托栈板；

承载板底部边缘均匀设置有多个阻尼器；

基坑侧部开设有转运口，转运口经倾斜的转运通道与地面连通，便于将堆满箱体的栈板拉出；

栈板顶端边缘开设有用于在拉出时插接挡板的多个插槽。

2.如权利要求1所述的一种机器人码垛系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、上料：

上一工序输出的箱体经任一输入传送机构输入，在输入的过程中，箱体遮挡红外传感器，红外传感器将遮挡信号传输至PLC控制器，PLC控制器根据总线地址判断红外传感器的编码，根据编码和内置的对应信息，获取与此红外传感器对应的输入传送机构的排布方向，根据排布方向，向转向电机转动发送转动指令，使得转向电机带动转轮转动至与对应输入传送机构相同的方向，输入传送机构继续运转即可将箱体运送到万向传送机构的转轮上，而后PLC控制器控制转向电机复位，带动转轮复位，此时转轮朝向机器人的方向，延时设定时间后PLC控制器启动行走电机，行走电机驱动转轮转动，带动位于转轮上的箱体朝向机器人的方向移动上料；

S2、码垛：

S21、机器人的转动底座转动，带动承载框绕转动底座转动，直至与万向传送机构对准，此时万向传送机构上的水平激光发射器对准万向传送机构上的水平激光接收器，水平激光接收器接收激光后向PLC控制器发送对准信号，PLC控制器控制转动底座停止转动，转轮在行走电机驱动下转动，即可带动箱体转移至承载框内，延时设定时间后，PLC控制器向转动底座发送启动指令，转动底座再次转动，直至垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准；

S22、垂直激光发射器与指定的垂直激光接收器对准后，根据PLC控制器内部的存储程序，依次动作横向移动模组和纵向移动模组，到位后，启动开合气缸，打开开合板，箱体由两个开合板之间落至栈板的设定位置；

S23、循环执行步骤S21-S22，直至当前栈板码垛完毕；

S24、循环步骤S21-S23，码垛另一码垛机构，同时将挡板插到码垛完毕的栈板的插槽后，将此栈板由基坑中拉出。