CN117465872B - 可移动式堆垛机械手系统及运行方法 - Google Patents

可移动式堆垛机械手系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可移动式堆垛机械手系统及运行方法，涉及立体库存储领域，所述堆垛机械手系统包括一堆垛机械手装置以及一控制终端，所述堆垛机械手装置包括天轨、地轨、驱动轮行走机构、支持轮行走机构、左立柱、右立柱、右导向轮机构、左导向轮机构、载货台、机械手、右导绳轮、左导绳轮、上横梁、下横梁、提升电机驱动机构、提升钢丝绳。本发明不仅具有堆垛机立体仓库的物品存储功能，而且具备机械手的抓取物品任意处置的功能，利用机械手能够配合机床的连续加工，增加机床工作效率。

Description

可移动式堆垛机械手系统及运行方法
技术领域
本发明涉及立体库存储领域，特别涉及一种可移动式堆垛机械手系统及运行方法。
背景技术
巷道式堆垛机实现的立体库存储环境，功能类似是将不同的货物放置在统一的载盘上面，经过伸缩叉取货至载货台上面，堆垛机运输至指定位置，放置货物至货格中。产线机械手抓取产品后，在水平轨道直线往返行走至指定位置，机械手将产品放置至机床内或线边库货格上面。
数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。而工作台是机床主机的核心机械部件，这样工作台的组装就显得尤为重要。
巷道式堆垛机只能实现统一载具的搬运和立体存储，不同物品的存储需要放置在统一型号的载具上面。货物的取放货点只是物料流动的接驳点，不能用于物品的直接放置和加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中巷道式堆垛机只能实现统一载具的搬运和立体存储，无法配合数控机床工作，数控机床工作效率低的缺陷，提供一种具有堆垛机立体仓库的物品存储功能，而且具备机械手的抓取物品任意处置的功能，利用机械手能够配合机床的连续加工，增加机床工作效率的可移动式堆垛机械手系统及运行方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种可移动式堆垛机械手系统，其特点在于，所述堆垛机械手系统包括一堆垛机械手装置以及一控制终端，所述堆垛机械手装置包括天轨、地轨、驱动轮行走机构、支持轮行走机构、左立柱、右立柱、右导向轮机构、左导向轮机构、载货台、机械手、右导绳轮、左导绳轮、上横梁、下横梁、提升电机驱动机构、提升钢丝绳，
所述上横梁通过右导向轮机构和左导向轮机构与所述天轨卡接，所述下横梁通过驱动轮行走机构和支持轮行走机构与所述地轨卡接；
所述左立柱和右立柱设于所述天轨和地轨之间；
所述载货台通过限位轮与左立柱和右立柱卡接，所述载货台通过右导绳轮、左导绳轮与所述钢丝绳连接，所述钢丝绳与提升电机驱动机构连接；
所述机械手安装于所述载货台上；
所述控制终端用于控制堆垛机械手装置移动至目标货架位置，并控制堆垛机械手装置移动至目标高度后利用机械手抓取目标零件。
较佳地，所述堆垛机械手装置包括一电控柜，所述电控柜与提升电机驱动机构、机械手、驱动轮行走机构电连接，所述控制终端用于控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上，所述控制终端还用于控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在目标装置上。
较佳地，所述机械手上设有手抓，所述手抓的上方设有一影像采集装置，所述控制终端用于：
控制堆垛机械手装置移动至目标高度后，利用机械手对准取件区域；
调用影像采集装置获取取件区域的影像；
通过影像识别获取目标零件的位置后利用机械手抓取目标零件。
较佳地，所述控制终端用于：
获取一机床的加工信息，所述加工信息包括下一加工件的数据以及当前加工件的加工进程；
根据当前加工件的加工进程判断是否满足取件时间，若是则根据下一加工件的数据获取取件位置；
控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上；
控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在机床工件加工位上。
较佳地，所述控制终端用于：
对于目标机床，在Tn时刻判断X+Y时段内是否存在其他机床需要更换工件，若是则将n-1设置为n后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则控制所述机械手抓取货架上的目标机床下一件加工零件后放置在载货台的置物架上，其中Tn=（t+a）+n*（X+Y），t为目标机床当前加工零件的结束时刻，a为可调节时长参数，n为堆垛机械手系统服务机床的数量，X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长；
对于任意两个机床的Tn差值小于Y时，控制所述机械手移动到一个机床的位置获取下一件加工零件后，从取件位置出发至另一个机床的位置获取下一件加工零件。
较佳地，载货台的置物架上设有与堆垛机械手系统服务机床的数量相同的放置位，每一放置位与一机床对应，所述控制终端用于：
对于一空置的放置位，判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件，若是则在最近一次机床更换工件后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则根据放置位对应的机床的加工信息获取下一件加工件的数据，根据下一件加工件的数据获取取件位置，然后控制所述机械手抓取货架上的下一件加工件后放置在所述空置的放置位，其中X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长。
较佳地，所述载货台为U形结构，载货台的两边竖板通过上限位轮机构和下限位轮机构与左立柱和右立柱卡接以使载货台沿左立柱和右立柱上下移动。
较佳地，载货台横板上安装机械手和置物架，置物架设置产品放置位和手抓存储位，机械手用于把携带的手抓卸载放置在手抓放置位，然后再另一手抓放置位装载上手抓。
较佳地，提升钢丝绳由提升电机驱动机构驱动，通过右导绳轮、左导绳轮牵引载货台的两边竖板以带动载货台及载货台上面的机械手、置物架上下移动。
本发明还提供一种运行方法，其特点在于，所述运行方法用于运行如上所述的堆垛机械手系统。
符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明不仅具有堆垛机立体仓库的物品存储功能，而且具备机械手的抓取物品任意处置的功能，利用机械手能够配合机床的连续加工，增加机床工作效率。
具体地，利用本申请的结构组成能够实现：
堆垛机械手系统采用双立柱，立柱用于支撑整体结构、承载载货机构的扭力和导向作用，并在天轨和地轨之间水平移动。
载货台上面安设机械手机构和置物架，机械手可以是多轴型号；置物架上面设施产品放置位和手抓放置位。
堆垛机械手在水平驱动和垂直驱动作用下运动到达立体方位指定取货位，机械手经过各轴系的运动抓取放置在立库货格位存放的产品，把该产品放置在置物架产品放置位；堆垛机械手更换不同的手抓，去其他位置抓取不同的产品放置在置物架产品放置位；
堆垛机械手在水平驱动和垂直驱动作用下运动到达立体方位指定放货位，放货位可以是载具，也可以是机床卡盘等产品加工处理工位。机械手经过各轴系的运动抓取放置在置物架产品放置位的产品，把该产品放置在载具，机床卡盘或自动化装配等设备的工艺处理工位。
载货台及其上面的机械手，置物架，产品和手抓等利用钢丝绳牵引上下移动，钢丝绳有提升电机驱动机构驱使作业。
附图说明
图1为本发明实施例1的堆垛机械手系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1的堆垛机械手系统的另一结构示意图。
图3为本发明实施例1的运行方法的流程图。
图4为本发明实施例1的运行方法的另一流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例中，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1、图2，本实施例提供一种数控机床系统，所述数控机床系统包括至少两个数控机床以及一个可移动式堆垛机械手系统。
所述堆垛机械手系统包括一堆垛机械手装置以及一控制终端，所述控制终端与数控机床可以共用，如可以使同一台计算机或服务器。
所述堆垛机械手装置包括天轨6、地轨1、驱动轮行走机构22、支持轮行走机构21、左立柱42、右立柱41、右导向轮机构51、左导向轮机构52、载货台71、机械手72、右导绳轮91、左导绳轮92、上横梁10、下横梁11、提升电机驱动机构12以及提升钢丝绳13。
所述上横梁通过右导向轮机构和左导向轮机构与所述天轨卡接，所述下横梁通过驱动轮行走机构和支持轮行走机构与所述地轨卡接。
所述左立柱和右立柱设于所述天轨和地轨之间。
所述载货台通过限位轮与左立柱和右立柱卡接。
所述载货台通过右导绳轮、左导绳轮与所述钢丝绳连接，所述钢丝绳与提升电机驱动机构连接。
所述机械手安装于所述载货台上。
所述控制终端用于控制堆垛机械手装置移动至目标货架位置，并控制堆垛机械手装置移动至目标高度后利用机械手抓取目标零件。
所述堆垛机械手装置包括一电控柜。所述电控柜与提升电机驱动机构、机械手、驱动轮行走机构电连接。
所述控制终端用于控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架8上。
所述控制终端还用于控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在目标装置上。
所述机械手上设有手抓73，所述手抓的上方设有一影像采集装置，所述控制终端用于：
控制堆垛机械手装置移动至目标高度后，利用机械手对准取件区域；
调用影像采集装置获取取件区域的影像；
通过影像识别获取目标零件的位置后利用机械手抓取目标零件。
所述控制终端用于：
获取一机床的加工信息，所述加工信息包括下一加工件的数据以及当前加工件的加工进程；
根据当前加工件的加工进程判断是否满足取件时间，若是则根据下一加工件的数据获取取件位置；
控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架8上；
控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在机床工件加工位上。
进一步地，所述控制终端用于：
对于目标机床，在Tn时刻判断X+Y时段内是否存在其他机床需要更换工件，若是则将n-1设置为n后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则控制所述机械手抓取货架上的目标机床下一件加工零件后放置在载货台的置物架上，其中Tn=（t+a）+n*（X+Y），t为目标机床当前加工零件的结束时刻，a为可调节时长参数，n为堆垛机械手系统服务机床的数量，X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长；
对于任意两个机床的Tn差值小于Y时，控制所述机械手移动到一个机床的位置获取下一件加工零件后，从取件位置出发至另一个机床的位置获取下一件加工零件。
这种取件方式适用于工件加工时间长的工作流程，能够节省物件在载货台上的时间，从而节省能源并提高运输的安全性。
在其他实施方式中，载货台的置物架上设有与堆垛机械手系统服务机床的数量相同的放置位，每一放置位与一机床对应，所述控制终端用于：
对于一空置的放置位，判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件，
若是则在最近一次机床更换工件后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，
若否则根据放置位对应的机床的加工信息获取下一件加工件的数据，根据下一件加工件的数据获取取件位置，然后控制所述机械手抓取货架上的下一件加工件后放置在所述空置的放置位。
其中X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长。
本实施例提供两种控制终端的取件方式，在实际操作中可以根据单个工件的加工时间、工件重量、X和Y的具体数值进行选择。
具体地，所述载货台为U形结构，载货台的两边竖板通过上限位轮机构和下限位轮机构与左立柱和右立柱卡接以使载货台沿左立柱和右立柱上下移动。
具体地，载货台横板上安装机械手和置物架，置物架设置产品放置位和手抓存储位，机械手用于把携带的手抓卸载放置在手抓放置位，然后再另一手抓放置位装载上手抓。
具体地，提升钢丝绳由提升电机驱动机构驱动，通过右导绳轮、左导绳轮牵引载货台的两边竖板以带动载货台及载货台上面的机械手、置物架上下移动。
堆垛机械手系统行驶在天轨6和地轨1之间，上横梁10、下横梁11与左立柱42、右立柱41相互连接，组成框架起到承载作用，驱动轮行走机构22和支撑轮行走机构21分别连接在框架底部左右侧，并架设在地轨1上面，起到框架的支撑和驱动行走作用。左导向轮机构52和右导向轮机构51分别连接在框架上端左右侧，均成对称布置将天轨6卡在导向轮机构内，使堆垛机沿天轨6行驶。
载货台71成U形结构，其右边竖板通过上限位轮机构74和下限位轮机构75，均成对称布置将右立柱41卡在限位轮机构内，左边竖板通过上限位轮机构76和下限位轮机构77，均成对称布置将左立柱42卡在限位轮机构内，使载货台71延着左右立柱上下移动。
载货台71横板上安装机械手72和置物架8，置物架8设置产品产品放置位和手抓73存储位，方便抓取的产品临时存放和手抓73的更换。机械手72到达指定位置抓取产品后放置在置物架8上面的产品放置位，把携带的手抓73卸载放置在置物架8上面的手抓放置位，再由其他的手抓放置位装载上另外类型的手抓，进行指定地点抓取其他的产品。
提升钢丝绳13由提升电机驱动机构12驱动，通过右导绳轮91，左导绳轮92，牵引载货台71的左右两个竖板，带动载货台71及其上面的机械手72，置物架8上下移动。
电控柜3，用于安置电气元件。
参见图3，利用上述可移动式堆垛机械手系统，本实施例还提供一种运行方法，包括：
步骤100、所述控制终端控制堆垛机械手装置移动至目标货架位置；
步骤101、控制堆垛机械手装置移动至目标高度后利用机械手抓取目标零件。
具体地，所述运行方法还包括：
所述控制终端控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上；
所述控制终端控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在目标装置上。
参见图4，具体地，所述运行方法还包括：
步骤200、获取一机床的加工信息，所述加工信息包括下一加工件的数据以及当前加工件的加工进程。
步骤201、根据当前加工件的加工进程判断是否满足取件时间，若是则执行步骤202，若否则再次执行步骤200。
步骤202、根据下一加工件的数据获取取件位置。
步骤203、控制堆垛机械手装置移动至目标高度后，利用机械手对准取件区域。
步骤204、调用影像采集装置获取取件区域的影像。
步骤205、通过影像识别获取目标零件的位置后利用机械手抓取目标零件。
步骤206、控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上。
步骤207、控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在机床工件加工位上。
所述运行方法还包括：
对于目标机床，在Tn时刻判断X+Y时段内是否存在其他机床需要更换工件，若是则将n-1设置为n后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则执行步骤202，其中Tn=（t+a）+n*（X+Y），t为目标机床当前加工零件的结束时刻，a为可调节时长参数，n为堆垛机械手系统服务机床的数量，X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长；
对于任意两个机床的Tn差值小于Y时，控制所述机械手移动到一个机床的位置获取下一件加工零件后，从取件位置出发至另一个机床的位置获取下一件加工零件。
在其他实施方式中，载货台的置物架上设有与堆垛机械手系统服务机床的数量相同的放置位，每一放置位与一机床对应，所述运行方法还包括：
对于一空置的放置位，判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件，若是则在最近一次机床更换工件后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则执行步骤202，根据下一件加工件的数据获取取件位置，然后控制所述机械手抓取货架上的下一件加工件后放置在所述空置的放置位，其中X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可移动式堆垛机械手系统，其特征在于，所述堆垛机械手系统包括一堆垛机械手装置以及一控制终端，所述堆垛机械手装置包括天轨、地轨、驱动轮行走机构、支持轮行走机构、左立柱、右立柱、右导向轮机构、左导向轮机构、载货台、机械手、右导绳轮、左导绳轮、上横梁、下横梁、提升电机驱动机构、提升钢丝绳，
所述上横梁通过右导向轮机构和左导向轮机构与所述天轨卡接，所述下横梁通过驱动轮行走机构和支持轮行走机构与所述地轨卡接；
所述左立柱和右立柱设于所述天轨和地轨之间；
所述载货台通过限位轮与左立柱和右立柱卡接，所述载货台通过右导绳轮、左导绳轮与所述钢丝绳连接，所述钢丝绳与提升电机驱动机构连接；
所述机械手安装于所述载货台上；
所述控制终端用于控制堆垛机械手装置移动至目标货架位置，并控制堆垛机械手装置移动至目标高度后利用机械手抓取目标零件；
其中，所述控制终端用于：
获取一机床的加工信息，所述加工信息包括下一加工件的数据以及当前加工件的加工进程；
根据当前加工件的加工进程判断是否满足取件时间，若是则根据下一加工件的数据获取取件位置；
控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上；
控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在机床工件加工位上；
对于目标机床，在Tn时刻判断X+Y时段内是否存在其他机床需要更换工件，若是则将n的数值减1后后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则控制所述机械手抓取货架上的目标机床下一件加工零件后放置在载货台的置物架上，其中Tn=（t+a）+n*（X+Y），t为目标机床当前加工零件的结束时刻，a为可调节时长参数，n为堆垛机械手系统服务机床的数量，X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长；
对于任意两个机床的Tn差值小于Y时，控制所述机械手移动到一个机床的位置获取下一件加工零件后，从取件位置出发至另一个机床的位置获取下一件加工零件。
2.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，所述堆垛机械手装置包括一电控柜，所述电控柜与提升电机驱动机构、机械手、驱动轮行走机构电连接，所述控制终端用于控制所述机械手抓取货架上的零件后放置在载货台的置物架上，所述控制终端还用于控制所述机械手在目标位置处抓取置物架上的零件后放置在目标装置上。
3.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，所述机械手上设有手抓，所述手抓的上方设有一影像采集装置，所述控制终端用于：
控制堆垛机械手装置移动至目标高度后，利用机械手对准取件区域；
调用影像采集装置获取取件区域的影像；
通过影像识别获取目标零件的位置后利用机械手抓取目标零件。
4.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，载货台的置物架上设有与堆垛机械手系统服务机床的数量相同的放置位，每一放置位与一机床对应，所述控制终端用于：
对于一空置的放置位，判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件，若是则在最近一次机床更换工件后再次执行判断X+Y时段内是否存在机床需要更换工件的步骤，若否则根据放置位对应的机床的加工信息获取下一件加工件的数据，根据下一件加工件的数据获取取件位置，然后控制所述机械手抓取货架上的下一件加工件后放置在所述空置的放置位，其中X为从货架取件的最大时长，Y为更换工件的最大时长。
5.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，所述载货台为U形结构，载货台的两边竖板通过上限位轮机构和下限位轮机构与左立柱和右立柱卡接以使载货台沿左立柱和右立柱上下移动。
6.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，载货台横板上安装机械手和置物架，置物架设置产品放置位和手抓存储位，机械手用于把携带的手抓卸载放置在手抓放置位，然后再另一手抓放置位装载上手抓。
7.如权利要求1所述的堆垛机械手系统，其特征在于，提升钢丝绳由提升电机驱动机构驱动，通过右导绳轮、左导绳轮牵引载货台的两边竖板以带动载货台及载货台上面的机械手、置物架上下移动。
8.一种运行方法，其特征在于，所述运行方法用于运行如权利要求1至7中任意一项所述的堆垛机械手系统。
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