CN207986210U - 一种堆垛机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种堆垛机器人，该堆垛机器人主要包括支撑台、设置在支撑台上的X轴模块、Y轴模块、Z轴模块、Y'轴模块、以及用于夹紧工件的夹持模块。本实用新型所提供的柔性气动机器人和控制系统供电后，在支撑台的控制面板上设置了电源按钮键及电源指示灯键打开这些按键后，该柔性气动机器人和系统具有单操作(手动)和步进、单周期及连续操作(后三种属自动操作)四种工作方式，柔性气动机器人的夹持模块处在Z轴最上面和Y'轴、Y轴最左边且手指气缸处在松开时，称为系统处于原点状态或初始状态。本实用新型具有结构简单、制造成本低、效率高、系统稳定的优点。

Description

一种堆垛机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种堆垛机器人。

背景技术

目前现有的多数机器人和系统均采用传统的设计方法，此类机器人往往只有一种主要功能和固定构型，没有多种方向，缺乏功能的扩展性和构型的重构性，工业机器人在重使用轻保养。由于工业机器人维修工作的艰巨性和复杂性，使得一些单位对工业机器人管理、维护保养的重要性认识不足，忽视工业机器人必要的维护保养工作，在使用工业机器人行业使用过程中出现追求短期效益行为，使得工业机器人带病作业，零件超极限磨损，其结果造成工业机器人的故障增加，使用寿命缩短。国内维修工业机器人力量技术也薄弱，使得维修及维护成本昂贵。在机器人售价昂贵、投资风险大、投资回本周期长、系统操作复杂难学、维护成本高、技术力量弱、所以导致了企业的生产改造步伐遭到限制，目前很多可以实现自动化的工序仍然依靠人工。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低的堆垛机器人。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种堆垛机器人，该机器人主要包括支撑台、设置在支撑台上的X轴模块、Y轴模块、Z轴模块、Y'轴模块、以及用于夹紧工件的夹持模块。所述X 轴模块固定在支撑台上，所述Y轴模块设置在X轴模块上，由X轴模块驱动其直线往复移动。所述Z轴模块设置在Y轴模块上，由Y轴模块驱动其直线往复移动及水平转动。所述Y'轴模块设置在Z轴模块上，由Z轴模块驱动其上下移动及垂直转动，Y'轴模块位于Y轴模块的上方，与Y轴模块互相平行。所述夹持模块设置在Y'轴模块上，由Y'轴驱动其直线往复移动及水平转动。

具体的，所述X轴模块包括第一无杆气缸、直线导轨、以及导轨安装座。所述第一无杆气缸固定设置在支撑台上，所述导轨安装座分别设置在第一无杆气缸的两侧，与第一无杆气缸平行。所述直线导轨分别安装在导轨安装座上。

具体的，所述Y轴模块包括第二无杆气缸、Y轴气缸安装座、Y轴电机安装板、以及Y轴步进电机。所述Y轴气缸安装座的两端分别固定在直线导轨上，其中部与第一无杆气缸的滑块连接，由第一无杆气缸驱动其在直线导轨上往复移动。所述第二无杆气缸安装在Y轴气缸安装座上。所述Y轴电机安装板固定设置在第二无杆气缸的滑块上，所述Y轴步进电机安装在Y轴电机安装板上。

具体的，所述Z轴模块包括第三无杆气缸、Z轴气缸安装座、Z轴电机安装板、以及Z轴步进电机。所述Z轴气缸安装座的端部安装在Y轴步进电机的输出轴上，由Y轴步进电机驱动其水平转动。所述第三无杆气缸固定在Z 轴气缸安装座上。所述Z轴步进电机安装在Z轴电机安装板上，Z轴电机安装板固定在第三无杆气缸的滑块上。

具体的，所述Y'轴模块包括第四无杆气缸、Y'轴气缸安装座、Y'轴电机安装板、以及Y'轴步进电机。所述Y'轴气缸安装座的端部固定在Z轴步进电机的输出轴上，由Z轴步进电机驱动其垂直转动。所述第四无杆气缸固定在 Y'轴气缸安装座上。所述Y'轴步进电机安装在Y'轴电机安装板上，所述Y' 轴电机安装板固定在第四无杆气缸的滑块上。

具体的，所述夹持模块包括气缸安装板、以及用于夹持工件的手指气缸。所述气缸安装板固定在Y'轴步进电机的输出轴上，由Y'轴步进电机驱动其水平转动。所述手指气缸朝下安装在气缸安装板上。

进一步的，所述支撑台包括安装在支撑台内的控制器、以及气源发生装置。所述控制器分别与X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机、以及气源发生装置电连接。所述气源发生装置分别与第一无杆气缸、第二无杆气缸、第三无杆气缸、第四无杆气缸、以及手指气缸气动连接。

进一步的，为了方便搬运堆垛机器人，本实用新型所述支撑台还包括便于移动和搬运的脚轮。所述脚轮分别安装在支撑台的底部四个角落上，所述脚轮采用万向轮。

作为本实用新型的优选方案，为了减轻堆垛机器人的整机重量，提高堆垛机器人的强度，本实用新型所述支撑台由铝型材材料制成。

进一步的，为了方便工人操作机器人，本实用新型所述支撑台上还设有电源按钮、指示灯、以及若干个用于控制各个气缸及步进电机运动的方向按钮。所述电源按钮、指示灯和方向按钮分别与控制器电连接。

进一步的，为了避免夹持模块与卸料工位上的工件发生碰撞，本实用新型所述夹持模块还包括用于探测是否有工件的光电开关。所述光电开关固定在气缸安装板上，并与控制器电连接。当光电开关检测到卸料工位上还存放着上一轮的工件时，夹持模块便会停止下降，待将卸料工位上的上一轮工件取走后再进行放料操作，从而保护堆垛机器人，避免发生碰撞而损坏。

本实用新型还公开了一种堆垛机器人的控制方法，该控制方法主要包括如下具体步骤：

步骤S1：堆垛机器人通电后初始化并进入系统模块选项；

步骤S2：根据需要选择工作模式：若选择手动模式则执行步骤S3；若选择半自动模式则执行步骤S4；若选择全自动模式则执行步骤S5；

步骤S3：进入手动模式：控制器根据方向按钮的接通去控制对应无杆气缸的移动及步进电机的转向，并将工人操作方向按钮的顺序、步骤及运动参数记录后生成对应程序，接着对生成的程序进行检测，检查无误后执行步骤 S6；

步骤S4：进入半自动模式：选择对应的半自动程序后选择单步操作或单周期操作；若选择单步操作，则每次按下按钮，机器人执行完一步动作程序后才停止；若选择单周期操作，则每次按下按钮，机器人执行完一个周期程序后才停止；半自动模式结束后执行步骤S6；

步骤S5：进入全自动模式：选择对应的全自动程序，按下启动按钮机器人便会周而复始地执行该程序，直到按下停止按钮，全自动模式终止并执行步骤S6；

步骤S6：当执行完对应程序后，若要切换其他控制模式，则选择对应模式，否则按下停止按钮结束本轮操作。

作为本实用新型的优选方案，为了保护堆垛机器人，本实用新型在正式执行相应程序之前，系统会模拟执行一遍，若发现错误警示便会停止执行并报错。

作为本实用新型的优选方案，为了提高堆垛机器人的控制精度，本实用新型在每次执行程序之前判断系统是否处于原点，若系统不在原点则控制气缸及电机复位。

作为本实用新型的优选方案，为了保护堆垛机器人，避免与工件发生碰撞，本实用新型在每次夹持模块下降并释放工件之前，若光电开关检测到卸料工位上存在上一轮的工件，则停止下降，直到卸料工位被清空为止。

本实用新型的工作过程和原理是：当整个柔性气动机器人和控制系统供电后，在支撑台的控制面板上设置了电源按钮键及电源指示灯键打开这些按键后，该柔性气动机器人和系统具有单操作(手动)和步进、单周期及连续操作(后三种属自动操作)四种工作方式，柔性气动机器人的夹持模块处在Z轴最上面和Y'轴、Y轴最左边且手指气缸处在松开时，称为系统处于原点状态或初始状态。堆垛机器人的各种工作方式可随意切换，操作方便。

手动操作：就是用按钮操作对机器人的每一步运动单独进行控制。

步进操作：每按一次启动按钮，机器人完成一步动作后自动停止，并由编码器系统来记录每一步动作，反馈给控制柜记录程序板卡并命名后。即在单步操作方式下机器人选择程序板卡命名文件后，从初始步开始，按下启动按钮后，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。

单周期操作：机器人从原点开始，然后从初始步开始，机器人自动完成一个周期的动作后，返回并停留在初始步。

连续操作：机器人从原点开始，按一下启动按钮，机器人的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中按一下停止按钮，那么机器人将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

在选择单周期、连续和单步工作方式之前，系统应处于原点状态。如不满足这一条件，可选择回原点工作方式。即按回原点启动按钮，使系统自动返回原点状态。当机器人右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机器人下降。即,若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机器人应自动停止下降，因此需要光电开关进行无工件检测，若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电。

工作方式的选择可以很轻松地在操作面板上选择。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。而当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。电气主回路设计由控制缸的电磁阀线圈均为24V 直流电压，而PLC电源为220V交流电源，因此，用一个电源模块来达到所需的直流电压。为了在开启电源时有一个指示，还需在面板上设置一个电源指示灯。控制系统硬件电路由CPU、程序存储器、数据存储器、串行接口电路、并行接口电路、光电隔离电路、掉电保护电路等组成。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的堆垛机器人采用气压驱动主要优点是气源方便(一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气)，也可以使在未来的工业机器人因液压驱动产生的液压油因排放不当，得到有效的解决方案和也可以减少对水资源和土地，空气的污染。

(2)本实用新型所提供的堆垛机器人投入生产后，与传统人工作业相比较，投产后能代替一到两人的生产工作，例如在搬运码垛的推广和应用上，也降低了工人的劳动强度，从而为企业降低人员管理压力，减低人力成本，还可以提高产量和产值，提高产品的质量和稳定性。

(3)本实用新型所提供的堆垛机器人可以有效的解决对现有的机器人示教操作复杂，价格贵，维修保养成本高，而柔性气动机器人的亮点：系统是可以使柔性气动机器人具有柔性和缓冲作用，结构简单，系统使用方法简单易学，全部采用旋转开关，电子按键控制柔性气动机器人，成本低，便于维修。

附图说明

图1是本实用新型所提供的堆垛机器人的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的堆垛机器人的局部示意图。

图3是本实用新型所提供的堆垛机器人的主视图。

图4是本实用新型所提供的堆垛机器人的右视图。

图5是本实用新型所提供的堆垛机器人的立体图。

图6是本实用新型所提供的堆垛机器人的控制流程图。

上述附图中的标号说明：

1-支撑台，2-导轨安装座，3-直线导轨，4-第一无杆气缸，5-Y轴气缸安装座，6-第二无杆气缸，7-Y轴电机安装板，8-Y轴步进电机，9-Z轴气缸安装座，10-第三无杆气缸，11-Z轴电机安装板，12-Z轴步进电机，13-Y' 轴气缸安装座，14-第四无杆气缸，15-Y'轴电机安装板，16-Y'轴步进电机，17-气缸安装板，18-手指气缸。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型公开了一种堆垛机器人，该机器人主要包括支撑台1、设置在支撑台1上的X轴模块、Y轴模块、 Z轴模块、Y'轴模块、以及用于夹紧工件的夹持模块。所述X轴模块固定在支撑台1上，所述Y轴模块设置在X轴模块上，由X轴模块驱动其直线往复移动。所述Z轴模块设置在Y轴模块上，由Y轴模块驱动其直线往复移动及水平转动。所述Y'轴模块设置在Z轴模块上，由Z轴模块驱动其上下移动及垂直转动，Y'轴模块位于Y轴模块的上方，与Y轴模块互相平行。所述夹持模块设置在Y'轴模块上，由Y'轴驱动其直线往复移动及水平转动。

具体的，所述X轴模块包括第一无杆气缸4、直线导轨3、以及导轨安装座2。所述第一无杆气缸4固定设置在支撑台1上，所述导轨安装座2分别设置在第一无杆气缸4的两侧，与第一无杆气缸4平行。所述直线导轨3分别安装在导轨安装座2上。

具体的，所述Y轴模块包括第二无杆气缸6、Y轴气缸安装座5、Y轴电机安装板7、以及Y轴步进电机8。所述Y轴气缸安装座5的两端分别固定在直线导轨3上，其中部与第一无杆气缸4的滑块连接，由第一无杆气缸4驱动其在直线导轨3上往复移动。所述第二无杆气缸6安装在Y轴气缸安装座 5上。所述Y轴电机安装板7固定设置在第二无杆气缸6的滑块上，所述Y 轴步进电机8安装在Y轴电机安装板7上。

具体的，所述Z轴模块包括第三无杆气缸10、Z轴气缸安装座9、Z轴电机安装板11、以及Z轴步进电机12。所述Z轴气缸安装座9的端部安装在Y 轴步进电机8的输出轴上，由Y轴步进电机8驱动其水平转动。所述第三无杆气缸10固定在Z轴气缸安装座9上。所述Z轴步进电机12安装在Z轴电机安装板11上，Z轴电机安装板11固定在第三无杆气缸10的滑块上。

具体的，所述Y'轴模块包括第四无杆气缸14、Y'轴气缸安装座13、Y' 轴电机安装板15、以及Y'轴步进电机16。所述Y'轴气缸安装座13的端部固定在Z轴步进电机12的输出轴上，由Z轴步进电机12驱动其垂直转动。所述第四无杆气缸14固定在Y'轴气缸安装座13上。所述Y'轴步进电机16安装在Y'轴电机安装板15上，所述Y'轴电机安装板15固定在第四无杆气缸的滑块上。

具体的，所述夹持模块包括气缸安装板17、以及用于夹持工件的手指气缸18。所述气缸安装板17固定在Y'轴步进电机16的输出轴上，由Y'轴步进电机16驱动其水平转动。所述手指气缸18朝下安装在气缸安装板17上。

进一步的，所述支撑台1包括安装在支撑台1内的控制器、以及气源发生装置。所述控制器分别与X轴步进电机、Y轴步进电机8、Z轴步进电机12、以及气源发生装置电连接。所述气源发生装置分别与第一无杆气缸4、第二无杆气缸6、第三无杆气缸10、第四无杆气缸14、以及手指气缸18气动连接。

进一步的，为了方便搬运堆垛机器人，本实用新型所述支撑台1还包括便于移动和搬运的脚轮。所述脚轮分别安装在支撑台1的底部四个角落上，所述脚轮采用万向轮。

作为本实用新型的优选方案，为了减轻堆垛机器人的整机重量，提高堆垛机器人的强度，本实用新型所述支撑台1由铝型材材料制成。

进一步的，为了方便工人操作机器人，本实用新型所述支撑台1上还设有电源按钮、指示灯、以及若干个用于控制各个气缸及步进电机运动的方向按钮。所述电源按钮、指示灯和方向按钮分别与控制器电连接。

进一步的，为了避免夹持模块与卸料工位上的工件发生碰撞，本实用新型所述夹持模块还包括用于探测是否有工件的光电开关。所述光电开关固定在气缸安装板17上，并与控制器电连接。当光电开关检测到卸料工位上还存放着上一轮的工件时，夹持模块便会停止下降，待将卸料工位上的上一轮工件取走后再进行放料操作，从而保护堆垛机器人，避免发生碰撞而损坏。

如图6所示，本实用新型还公开了一种堆垛机器人的控制方法，该控制方法主要包括如下具体步骤：

步骤S1：堆垛机器人通电后初始化并进入系统模块选项；

步骤S2：根据需要选择工作模式：若选择手动模式则执行步骤S3；若选择半自动模式则执行步骤S4；若选择全自动模式则执行步骤S5；

步骤S3：进入手动模式：控制器根据方向按钮的接通去控制对应无杆气缸的移动及步进电机的转向，并将工人操作方向按钮的顺序、步骤及运动参数记录后生成对应程序，接着对生成的程序进行检测，检查无误后执行步骤 S6；

步骤S4：进入半自动模式：选择对应的半自动程序后选择单步操作或单周期操作；若选择单步操作，则每次按下按钮，机器人执行完一步动作程序后才停止；若选择单周期操作，则每次按下按钮，机器人执行完一个周期程序后才停止；半自动模式结束后执行步骤S6；

步骤S5：进入全自动模式：选择对应的全自动程序，按下启动按钮机器人便会周而复始地执行该程序，直到按下停止按钮，全自动模式终止并执行步骤S6；

步骤S6：当执行完对应程序后，若要切换其他控制模式，则选择对应模式，否则按下停止按钮结束本轮操作。

作为本实用新型的优选方案，为了保护堆垛机器人，本实用新型在正式执行相应程序之前，系统会模拟执行一遍，若发现错误警示便会停止执行并报错。

作为本实用新型的优选方案，为了提高堆垛机器人的控制精度，本实用新型在每次执行程序之前判断系统是否处于原点，若系统不在原点则控制气缸及电机复位。

作为本实用新型的优选方案，为了保护堆垛机器人，避免与工件发生碰撞，本实用新型在每次夹持模块下降并释放工件之前，若光电开关检测到卸料工位上存在上一轮的工件，则停止下降，直到卸料工位被清空为止。

本实用新型的工作过程和原理是：当整个柔性气动机器人和控制系统供电后，在支撑台1的控制面板上设置了电源按钮键及电源指示灯键打开这些按键后，该柔性气动机器人和系统具有单操作(手动)和步进、单周期及连续操作(后三种属自动操作)四种工作方式，柔性气动机器人的夹持模块处在Z 轴最上面和Y'轴、Y轴最左边且手指气缸18处在松开时，称为系统处于原点状态或初始状态。堆垛机器人的各种工作方式可随意切换，操作方便。

手动操作：就是用按钮操作对机器人的每一步运动单独进行控制。

步进操作：每按一次启动按钮，机器人完成一步动作后自动停止，并由编码器系统来记录每一步动作，反馈给控制柜记录程序板卡并命名后。即在单步操作方式下机器人选择程序板卡命名文件后，从初始步开始，按下启动按钮后，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。

单周期操作：机器人从原点开始，然后从初始步开始，机器人自动完成一个周期的动作后，返回并停留在初始步。

连续操作：机器人从原点开始，按一下启动按钮，机器人的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中按一下停止按钮，那么机器人将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

在选择单周期、连续和单步工作方式之前，系统应处于原点状态。如不满足这一条件，可选择回原点工作方式。即按回原点启动按钮，使系统自动返回原点状态。当机器人右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机器人下降。即,若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机器人应自动停止下降，因此需要光电开关进行无工件检测，若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电。

工作方式的选择可以很轻松地在操作面板上选择。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。而当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。电气主回路设计由控制缸的电磁阀线圈均为24V 直流电压，而PLC电源为220V交流电源，因此，用一个电源模块来达到所需的直流电压。为了在开启电源时有一个指示，还需在面板上设置一个电源指示灯。控制系统硬件电路由CPU、程序存储器、数据存储器、串行接口电路、并行接口电路、光电隔离电路、掉电保护电路等组成。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种堆垛机器人，其特征在于，包括支撑台、设置在支撑台上的X轴模块、Y轴模块、Z轴模块、Y'轴模块、以及用于夹紧工件的夹持模块；所述X轴模块固定在支撑台上，所述Y轴模块设置在X轴模块上，由X轴模块驱动其直线往复移动；所述Z轴模块设置在Y轴模块上，由Y轴模块驱动其直线往复移动及水平转动；所述Y'轴模块设置在Z轴模块上，由Z轴模块驱动其上下移动及垂直转动；所述夹持模块设置在Y'轴模块上，由Y'轴驱动其直线往复移动及水平转动；

所述X轴模块包括第一无杆气缸、直线导轨、以及导轨安装座；所述第一无杆气缸固定设置在支撑台上，所述导轨安装座分别设置在第一无杆气缸的两侧，与第一无杆气缸平行；所述直线导轨分别安装在导轨安装座上；

所述Y轴模块包括第二无杆气缸、Y轴气缸安装座、Y轴电机安装板、以及Y轴步进电机；所述Y轴气缸安装座的两端分别固定在直线导轨上，其中部与第一无杆气缸的滑块连接，由第一无杆气缸驱动其在直线导轨上往复移动；所述第二无杆气缸安装在Y轴气缸安装座上；所述Y轴电机安装板固定设置在第二无杆气缸的滑块上，所述Y轴步进电机安装在Y轴电机安装板上；

所述Z轴模块包括第三无杆气缸、Z轴气缸安装座、Z轴电机安装板、以及Z轴步进电机；所述Z轴气缸安装座的端部安装在Y轴步进电机的输出轴上，由Y轴步进电机驱动其水平转动；所述第三无杆气缸固定在Z轴气缸安装座上；所述Z轴步进电机安装在Z轴电机安装板上，Z轴电机安装板固定在第三无杆气缸的滑块上；

所述Y'轴模块包括第四无杆气缸、Y'轴气缸安装座、Y'轴电机安装板、以及Y'轴步进电机；所述Y'轴气缸安装座的端部固定在Z轴步进电机的输出轴上，由Z轴步进电机驱动其垂直转动；所述第四无杆气缸固定在Y'轴气缸安装座上；所述Y'轴步进电机安装在Y'轴电机安装板上，所述Y'轴电机安装板固定在第四无杆气缸的滑块上；

所述夹持模块包括气缸安装板、以及用于夹持工件的手指气缸；所述气缸安装板固定在Y'轴步进电机的输出轴上，由Y'轴步进电机驱动其水平转动；所述手指气缸朝下安装在气缸安装板上。

2.根据权利要求1所述的堆垛机器人，其特征在于，所述支撑台包括安装在支撑台内的控制器、以及气源发生装置；所述控制器分别与X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机、以及气源发生装置电连接；所述气源发生装置分别与第一无杆气缸、第二无杆气缸、第三无杆气缸、第四无杆气缸、以及手指气缸气动连接。

3.根据权利要求1所述的堆垛机器人，其特征在于，所述支撑台还包括便于移动和搬运的脚轮；所述脚轮分别安装在支撑台的底部四个角落上，所述脚轮采用万向轮。

4.根据权利要求1所述的堆垛机器人，其特征在于，所述支撑台由铝型材材料制成。

5.根据权利要求2所述的堆垛机器人，其特征在于，所述支撑台上还设有电源按钮、指示灯、以及若干个用于控制各个气缸及步进电机运动的方向按钮；所述电源按钮、指示灯和方向按钮分别与控制器电连接。

6.根据权利要求2所述的堆垛机器人，其特征在于，所述夹持模块还包括用于探测是否有工件的光电开关；所述光电开关固定在气缸安装板上，并与控制器电连接。