CN104670912B - 一种基于数字总线的小u形管抓取排序码放*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，包括机械臂(1)、机械手(2)、散料承载托盘(3)、循环供应物料的托架及小U形管承载托盘(4)和电控装置(5)，机械臂包括X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构、Z坐标驱动机构；机械手包括本体(21)、夹取指(22)和托取指(23)，本体顶端通过设有C坐标驱动机构的安装座(211)与机械臂的末端连接；循环供应物料的托架及小U形管承载托盘包括多层托架(41)、小U形管承载托盘(42)、动力装置(43)和电控机构(44)；电控装置包括工控机、模式识别回路、拨动干扰回路、抓取码放回路等。本***能够实现自动化操作，降低人为因素对生产进度的影响。

Description

一种基于数字总线的小U形管抓取排序码放***

技术领域

本发明涉及一种抓取排序码放***，具体是一种适用于空调器的散热器、冷凝器翅片总成插管工序的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，属于空调制造技术领域。

背景技术

通常在需要进行热传递的换热装置表面通过增加导热性较强的金属片，增大换热装置的换热表面积，提高换热效率，具有此功能的金属片称之为翅片。

空调器中有两个主要换热器，即散热器和冷凝器，这两大换热器的一侧工作介质是制冷剂，另一侧是空气，为了强化换热器的传热，一般在空气侧采取紧凑布置换热面积，空调器大多采用紧凑管翅式换热器。

紧凑管翅式换热器的翅片上一般设有多个能与铜管外径配合的安装孔，制作过程一般是先将翅片冲压成型，然后将长“U”型铜管并排穿入多个翅片上的安装孔，最后在长“U”型铜管的开口端进行胀管，长“U”型铜管内部烘干后再插接并焊接小“U”型铜管将各个长“U”型铜管依次连通，即将全部长“U”型铜管连通成一个通道。

目前空调器制造商在散热器和冷凝器的翅片总成插管工序上依然大量采用人工作业，即将串好长“U”型铜管的翅片总成待插管端向上搬放在工位器具架上或流水线传送带上，然后人工将散装在集装箱中的小“U”型铜管一个一个插接在翅片总成的各长“U”型铜管端部，完成人工插管后的翅片总成再进入下道工序。

这种传统的生产方式存在以下缺陷：由于采用人工进行插管操作，因此操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响较大，且由于前道胀管工序是通过胀管机进行，效率较高，因此为满足后续的烘干焊接工序的正常进行，往往需要设置多人进行人工插管工序，操作人员劳动强度大、效率低；由于插管工序采用人工操作，因此对操作人员的技能及熟练程度要求较高，多个操作人员的操作熟练程度参差不齐也在不同程度上影响生产进度，且易造成产品质量不稳定。

为了提高插装效率及插装质量，采用机械手进行自动有序抓取、插装小U形管，由于小U形管是散装、无序地放置在集装箱内，小U形管会出现互相插接、钩套的现象，因此无法使机械手进行自动有序抓取，必须对散装的小U形管进行有序排列才能实现采用机械手进行自动有序抓取、插装小U形管；若采用人工码放，效率较低，且操作人员劳动强度大，操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响较大，对操作人员的技能及熟练程度要求较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，能够将散装的小U形管顺序码放，进而便于采用机械手进行自动有序抓取、插装小U形管。

为了实现上述目的，本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***包括机械臂、机械手、散料承载托盘、顺序码放承载托盘和电控装置；

所述的机械臂固定安装在地面上，包括左右水平方向的X坐标驱动机构、前后水平方向的Y坐标驱动机构、竖直方向的Z坐标驱动机构；

所述的机械手包括本体、夹取指和托取指，本体的顶端通过安装座与机械臂的末端连接，安装座内设有C坐标旋转机构，本体底端的宽度尺寸小于小U形管的U形开口的外端宽度尺寸，且本体底端面设有与小U形管的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ，本体上还设置有位置传感器和距离传感器；夹取指设置为两件，左右对称于本体的弧形凹槽Ⅰ的对称中心线设置、并通过导向机构分别对称与本体连接，夹取指上设置有传动连接机构，夹取指的传动连接机构一端与本体连接，另一端连接在夹取指上，夹取指面向本体的弧形凹槽Ⅰ的内侧面上设有与小U形管的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ，弧形凹槽Ⅰ和弧形凹槽Ⅱ共同围成小U形管的U形顶端的部分外形；托取指呈L形或弧形，设置为两件，前后对称于本体的弧形凹槽Ⅰ设置，托取指顶端铰接连接于本体，指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ，托取指上也设置有传动连接机构，托取指的传动连接机构一端与托取指连接，另一端与本体连接，托取指指端面向弧形凹槽Ⅰ的表面设置成与小U形管的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ的槽底的距离尺寸与小U形管的管直径尺寸配合；

所述的散料承载托盘设置在机械臂附近，包括托盘体和支撑架；

所述的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘也设置在机械臂附近，包括多层托架、小U形管承载托盘、动力装置和电控机构；多层托架包括架体和托盘支撑机构，架体是长方形框架结构，其内部沿其长度方向前后设置有两个互相连通的容纳腔，架体的内部沿其长度方向两端设有限位板；托盘支撑机构沿架体长度方向左右对称、前后均匀布置在架体的两个容纳腔的内侧面上，托盘支撑机构包括支撑竖梁、支撑爪、竖连杆Ⅰ和竖连杆Ⅱ，支撑竖梁是竖直设置的管状结构，支撑竖梁的管体上面向架体的两个容纳腔的内侧面上沿同一轴向方向上设有能允许支撑爪伸出的导向孔；支撑爪、竖连杆Ⅰ和竖连杆Ⅱ均设置在支撑竖梁内，支撑爪设置为多件，其纵截面呈菱形或三角形，沿竖连杆Ⅰ的长度方向上均布间隔设置、且支撑爪中部与竖连杆Ⅰ铰接连接,支撑爪前端为伸出端，支撑爪后端与竖连杆Ⅱ铰接连接；托盘支撑机构分为定点支撑机构和移动支撑机构，定点支撑机构和移动支撑机构沿架体长度方向间隔设置，移动支撑机构的导向孔是支撑爪的均布间隔尺寸总和的一个长孔，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ和竖连杆Ⅱ均可上下移动；定点支撑机构的导向孔是均布间隔的多个长孔，定点支撑机构的导向孔的均布间隔与支撑爪的均布间隔尺寸配合，定点支撑机构的竖连杆Ⅰ是与支撑竖梁固定连接的，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ可上下移动；小U形管承载托盘设置为多个，分层架设在架体的一个容纳腔内壁的支撑爪上，小U形管承载托盘包括托盘体和设置在托盘体上的平行排列的多个小U形管工位梁，小U形管工位梁截面的宽度尺寸与小U形管的U形开口宽度尺寸配合，小U形管工位梁的顶端面设置成与小U形管的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形面，弧形面上设有凹形通槽，凹形通槽的宽度及深度尺寸大于夹取指指端的宽度及高度尺寸，小U形管工位梁对应小U形管的环形焊料的位置设有导向面；动力装置包括支撑爪伸缩控制机构、托盘推移伸缩机构和动力控制机构，支撑爪伸缩控制机构设置在支撑竖梁的顶端，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ顶端与支撑爪伸缩控制机构连接，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ和竖连杆Ⅱ与支撑爪伸缩控制机构连接；托盘推移伸缩机构设置在对应自上向下数位于第一层的小U形管承载托盘的位置，其伸缩方向沿架体长度方向；动力控制机构设置在架体上；电控机构设置于多层托架的外部，包括电源盒、无线发射接收模块、动力控制模块和电子标识芯片，电源盒与无线发射模块、动力控制模块和电子标识芯片电连接，动力控制模块与动力控制机构电连接；

所述的电控装置包括工业控制计算机、电源回路、模式识别回路、计数回路、拨动干扰回路、小U形管抓取回路、小U形管码放回路等，工业控制计算机与机械手上的位置传感器和距离传感器电连接，工业控制计算机分别与机械臂的X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构及安装座内的C坐标旋转机构、夹取指的传动连接机构、托取指的传动连接机构电连接。

作为本发明的优选方案，所述的机械臂还包括支撑框架、横梁和滑轨，支撑框架架设在插管流水线上方，其底部固定安装于地面，其顶部前后方向上设有沿Y坐标方向平行设置的导轨，在导轨上X坐标方向上架设有横梁，横梁上设有驱动机构；

横梁上设有沿Z坐标方向上安装在横梁上的滑轨，滑轨上设置有升降机构和横向行走机构，所述的机械手的本体的顶端安装在滑轨的底端；

所述的小U形管承载托盘设置于支撑框架内部；

所述的电控装置的工业控制计算机与横梁的驱动机构电连接，工业控制计算机与滑轨的升降机构电连接，工业控制计算机与滑轨的横向行走机构电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的安装座内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，所述的电控装置的工业控制计算机与A坐标旋转机构或B坐标旋转机构电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的散料承载托盘的托盘体和支撑架之间设置低频振动机构，所述的电控装置还包括低频振动回路，工业控制计算机与低频振动机构电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的多个小U形管工位梁均一端高、另一端低、倾斜固定设置在托盘体上，其高端作为码放端，低端顶端设有防止小U形管滑落的限位机构。

作为本发明的进一步改进方案，所述的小U形管工位梁和托盘体之间也设置低频振动机构。

作为本发明的进一步改进方案，所述的托取指的指端截面呈顶边是圆弧形的梯形结构。

作为本发明的优选方案，所述的夹取指和托取指的传动连接机构是气缸。

作为本发明的优选方案，所述的支撑爪伸缩控制机构和托盘推移伸缩机构是气缸，所述的动力控制机构是电磁气动阀组。

与现有技术相比，本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***由于采用机械臂和机械手对散装的小U形管进行抓取并有序码放在小U形管承载托盘上，替代人工插管，可降低操作人员的劳动强度及人工操作熟练程度对码放进度的影响，且通过循环供应物料的托架及小U形管承载托盘进行供应小U形管，可一次连续供应多个小U形管承载托盘、且小U形管承载托盘自动罗列，因此抓取与插管效率较高；根据产能计算可设置一个或多个机械臂和机械手同时抓取与码放来满足码放进度需要，设备自动化程度高，设备利用率高；本小U形管抓取排序码放单元根据设定好的程序运行，可完全规避人为因素对生产进度的影响，进而实现保证码放质量；由于机械臂设置有X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构、Z坐标驱动机构，机械手顶端的安装座内设有C坐标驱动机构，还可以根据需要设置A坐标旋转机构或B坐标旋转机构坐标控制，因此可以根据程序设定使机械手实现自适应抓取和码放小U形管，实现自动化的同时保证精确操作，保证码放质量。

附图说明

图1是本发明采用多关节集中控制机械臂结构时的结构示意图；

图2是本发明采用框架式分体控制机械臂结构时的结构示意图；

图3是本发明的机械手的三维结构示意图；

图4是本发明的机械手的正视图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘的三维结构示意图；

图7是本发明的托盘支撑机构的结构示意图；

图8是本发明的顺序码放承载托盘的三维结构示意图；

图9是图8的I向局部放大图。

图中：1、机械臂，11、支撑框架，12、导轨，13、横梁，14、滑轨，2、机械手，21、本体，211、安装座，22、夹取指，23、托取指，3、散料承载托盘，4、循环供应物料的托架及小U形管承载托盘，41、多层托架，411、架体，412、托盘支撑机构，4121、支撑竖梁，4122、支撑爪，4123、竖连杆Ⅰ，4124、竖连杆Ⅱ，42、小U形管承载托盘，421、托盘体，422、小U形管工位梁，4221、凹形通槽，4222、导向面，43、动力装置，431、支撑爪伸缩控制机构，432、托盘推移伸缩机构，433、动力控制机构，44、电控机构，5、电控装置，6、小U形管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***包括机械臂1、机械手2、散料承载托盘3、顺序码放承载托盘4和电控装置5(以下描述以左右水平方向为X坐标，以前后水平方向为Y坐标，以竖直方向为Z坐标，以沿左右水平轴线为旋转轴旋转的方向为A坐标，以沿前后水平轴线为旋转轴旋转的方向为B坐标，以沿竖直轴线为旋转轴旋转的方向为C坐标)。

所述的机械臂1固定安装在地面上，包括左右水平方向的X坐标驱动机构、前后水平方向的Y坐标驱动机构、竖直方向的Z坐标驱动机构。

如图3至图5所示，所述的机械手2包括本体21、夹取指22和托取指23，本体21的顶端通过安装座211与机械臂1的末端连接，安装座211内设有C坐标旋转机构，本体21可以沿安装座211内的竖直轴线为旋转轴360°范围内自由旋转并定位，本体21底端的宽度尺寸小于小U形管6的U形开口的外端宽度尺寸，且本体21底端面设有与小U形管6的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ，小U形管6的U形顶端可以卡入弧形凹槽Ⅰ内，本体21上还设置有位置传感器和距离传感器；夹取指22设置为两件，左右对称于本体21弧形凹槽Ⅰ的对称中心线设置、并通过导向机构分别对称与本体21连接，夹取指22上设置有传动连接机构，夹取指22的传动连接机构一端与本体21连接，另一端连接在夹取指22上，夹取指22可以通过传动连接机构及导向机构在本体21上上下滑动，夹取指22面向本体21弧形凹槽Ⅰ的内侧面上设有与小U形管6的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ，夹取指22在夹取状态时，弧形凹槽Ⅰ和弧形凹槽Ⅱ共同围成小U形管6的U形顶端的部分外形；托取指23呈L形或弧形，设置为两件，前后对称于本体21弧形凹槽Ⅰ设置，托取指23顶端铰接连接于本体21，指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ，托取指23上也设置有传动连接机构，托取指23的传动连接机构一端与托取指23连接，另一端与本体21连接，托取指23可以通过传动连接机构绕其交接点旋转打开或关闭，托取指23指端面向弧形凹槽Ⅰ的表面设置成与小U形管6的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ的槽底的距离尺寸与小U形管6的管直径尺寸配合，即夹取状态时，托取指23面向弧形凹槽Ⅰ的表面可托住小U形管6的U形端内侧面。

所述的散料承载托盘3设置在机械臂1附近，包括托盘体和支撑架。

所述的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4也设置在机械臂1附近，如图6、图7所示，包括多层托架41、小U形管承载托盘42、动力装置43和电控机构44；

多层托架41包括架体411和托盘支撑机构412，架体411是长方形框架结构，其内部沿其长度方向前后设置有两个互相连通的容纳腔，架体411的内部沿其长度方向两端设有限位板；

托盘支撑机构412沿架体411长度方向左右对称、前后均匀布置在架体411的两个容纳腔的内侧面上，托盘支撑机构412包括支撑竖梁4121、支撑爪4122、竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124，支撑竖梁4121是竖直设置的管状结构，支撑竖梁4121的管体上面向架体411的两个容纳腔的内侧面上沿同一轴向方向上设有能允许支撑爪4122伸出的导向孔；支撑爪4122、竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124均设置在支撑竖梁4121内，支撑爪4122设置为多件，其纵截面呈菱形或三角形，沿竖连杆Ⅰ4123的长度方向上均布间隔设置、且支撑爪4122中部与竖连杆Ⅰ4123铰接连接,支撑爪4122前端(如图7所示的左端)为伸出端，支撑爪4122后端与竖连杆Ⅱ4124铰接连接，通过控制竖连杆Ⅱ4124上下动作可以控制支撑爪4122前端自导向孔中伸出或缩入；托盘支撑机构412分为定点支撑机构和移动支撑机构，定点支撑机构和移动支撑机构沿架体411长度方向间隔设置，定点支撑机构和移动支撑机构的区别在于导向孔沿支撑竖梁4121管体轴向方向上的个数、长度不同和竖连杆Ⅰ4123、竖连杆Ⅱ4124固定方式不同，移动支撑机构的导向孔是支撑爪4122的均布间隔尺寸总和的一个长孔，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124均可上下移动；定点支撑机构的导向孔是均布间隔的多个长孔，定点支撑机构的导向孔的均布间隔与支撑爪4122的均布间隔尺寸配合，定点支撑机构的竖连杆Ⅰ4123是与支撑竖梁4121固定连接的，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ4124可上下移动；

小U形管承载托盘42设置为多个，分层架设在架体411的一个容纳腔内壁的支撑爪4122上，限位板可定位小U形管承载托盘42，防止小U形管承载托盘42自架体411的内部脱出，如图8、图9所示，小U形管承载托盘42包括托盘体421和设置在托盘体421上的平行排列的多个小U形管工位梁422，小U形管工位梁422截面的宽度尺寸与小U形管6的U形开口宽度尺寸配合，小U形管工位梁422的顶端面设置成与小U形管6的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形面，弧形面上设有凹形通槽4221，凹形通槽4221的宽度及深度尺寸大于夹取指22指端的宽度及高度尺寸，由于小U形管6的两个端口的管体上设有环形焊料，因此小U形管工位梁422对应小U形管6的环形焊料的位置设有导向面4222，小U形管6可通过弧形面和导向面4222一个一个并列卡在小U形管工位梁422上；

动力装置43包括支撑爪伸缩控制机构431、托盘推移伸缩机构432和动力控制机构433，支撑爪伸缩控制机构431设置在支撑竖梁4121的顶端，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ4124顶端与支撑爪伸缩控制机构431连接，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124与支撑爪伸缩控制机构431连接，支撑爪伸缩控制机构431可以通过控制竖连杆Ⅱ4124动作实现控制定点支撑机构的支撑爪4122伸缩，可以通过控制竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124动作实现控制移动支撑机构的支撑爪4122伸缩及竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124的整体上移或下移；托盘推移伸缩机构432设置在对应自上向下数位于第一层的小U形管承载托盘42的位置，其伸缩方向沿架体411长度方向，托盘推移伸缩机构432可将第一层的小U形管承载托盘42自架体411的一个容纳腔横向推移至另一个容纳腔内；动力控制机构433设置在架体411上，用于控制支撑爪伸缩控制机构431和托盘推移伸缩机构432；

电控机构44设置于多层托架41的外部，包括电源盒、无线发射接收模块、动力控制模块和电子标识芯片，电源盒与无线发射模块、动力控制模块和电子标识芯片电连接，动力控制模块与动力控制机构433电连接，无线发射接收模块用于与数字化工厂的中心机房进行信息交换，动力控制模块用于控制动力装置43完成各项动作，电子标识芯片便于自动导引运输车识别本托架。

所述的电控装置5包括工业控制计算机、电源回路、模式识别回路、计数回路、拨动干扰回路、小U形管抓取回路、小U形管码放回路等，工业控制计算机与机械手2上的位置传感器和距离传感器电连接，工业控制计算机分别与机械臂1的X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构及安装座211内的C坐标旋转机构、夹取指22的传动连接机构、托取指23的传动连接机构电连接。

本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***的工作原理：如图1所示，当满载散装小U形管6的散料承载托盘3和空置的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4被自动导引运输车运输分别停靠在机械臂1附近的设定停放工位上时，开始工作，通过位置传感器反馈、模式识别、定位抓取散料承载托盘3内的小U形管6，抓取后移动至设定的顺序码放承载托盘4上方位置，通过位置传感器反馈自动微调节至准确位置后进行顺序码放，码放完成后机械手2张开，即完成第一个小U形管的抓取码放，以此类推，待位于第一层的小U形管承载托盘42装满顺序摆放好的小U形管6后，电控机构44给中心机房发出信息，中心机房即发出指令使动力控制模块控制动力控制机构433按照既定程序顺序动作，先使托盘推移伸缩机构432动作将第一层的小U形管承载托盘42自架体411的前容纳腔横向推移至后容纳腔、位于后容纳腔的第一层，然后位于前容纳腔内的支撑爪伸缩控制机构431先后动作，使位于前容纳腔内的其余的小U形管承载托盘42整体上移一档，即位于前容纳腔内第二层的小U形管承载托盘42上升为前容纳腔的第一层小U形管承载托盘42，机械手2即可对上升为第一层的第二层小U形管承载托盘42进行码放小U形管6，同时，位于后容纳腔第一层的小U形管承载托盘42在后容纳腔内的支撑爪伸缩控制机构431动作的作用下向下移动一档，即位于后容纳腔内的第一层小U形管承载托盘42下降为第二层小U形管承载托盘42，以此类推，直至位于前容纳腔内的小U形管承载托盘42全部移动至后容纳腔内，即完成全部小U形管承载托盘42内的小U形管6的码放，自动导引运输车再将循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4整体运输至下道工序即可。

***未启动时(即零位置时)，机械臂1定位，机械手2位于循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4正上方、处于张开的停滞状态，即夹取指22与托取指23均处于远离本体21的弧形凹槽Ⅰ的位置；

当满载散装小U形管6的散料承载托盘3和空置的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4被自动导引运输车运输分别停靠在机械臂1附近的设定停放工位上时，本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***的电源回路启动开始工作，工业控制计算机控制X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构动作，机械臂1按照预定程序及计算坐标动作移动，使机械手2位于散料承载托盘3的正上方，模式识别回路开始工作，工业控制计算机根据机械手2的本体21上的位置传感器反馈的位置信息计算坐标并捕捉小U形管6的U形顶端位置坐标信息后发出指令使机械臂1及C坐标驱动机构继续动作，使机械手2位于未发生互相插接、钩套现象的坐标随机设定的第一件小U形管6的正上方、且本体21的弧形凹槽Ⅰ正对第一件小U形管6的U形顶端，计数回路同步开始工作；

工业控制计算机继续发出指令使机械臂1的Z坐标驱动机构工作，使机械手2靠近第一件小U形管6，当本体21上的距离传感器反馈信息为设定距离时，小U形管抓取回路开始工作，工业控制计算机控制托取指23的传动连接机构动作，使两个托取指23卡合至设定尺寸，即两个托取指23未完全卡合、留有间隙，第一件小U形管6的U形顶端活动地卡接在两个托取指23之间；同时工业控制计算机发出指令使机械臂1的Z坐标驱动机构工作，使机械手2提升至设定距离，此时，第一件小U形管6在两个托取指23的牵引作用下脱离散料承载托盘3、并因自身重力作用在机械手2提升的过程中下垂至U形顶端向上、两个端口向下的竖直状态；当机械手2提升至设定距离后，工业控制计算机控制托取指23的传动连接机构动作，使两个托取指23完全卡合，第一件小U形管6的U形顶端即卡入本体21的弧形凹槽Ⅰ内，同时工业控制计算机控制夹取指22的传动连接机构动作，使两个夹取指22同时通过导向机构在本体21上向下滑动至设定距离与第一件小U形管6贴合，此时第一件小U形管6即在X坐标、Y坐标和Z坐标方向上分别被弧形凹槽Ⅰ、弧形凹槽Ⅱ和托取指23面向弧形凹槽Ⅰ的表面限位、被定位在机械手2上，完成抓取；

抓取后，工业控制计算机控制机械臂1回到零位置，此时第一件小U形管6正对位于第一层的小U形管承载托盘42，小U形管码放回路开始工作，工业控制计算机根据设定程序计算坐标并发出指令使机械臂1继续移动，使机械手2位于坐标设定的小U形管工位梁422上的第一个承载位置的正上方，然后工业控制计算机继续发出指令使机械臂1的Z坐标驱动机构工作，使机械手2垂直向第一个承载位置移动，当机械手2的本体21上的距离传感器反馈信息至设定距离时，即第一件小U形管6的两个端口卡入第一个承载位置后，工业控制计算机控制托取指23的传动连接机构和夹取指22的传动连接机构动作，使两个托取指23张开至零位置、两个夹取指22通过导向机构在本体21上向上滑动至零位置，第一件小U形管6即脱离机械手2、架设在坐标设定的小U形管工位梁422上的第一个承载位置上，工业控制计算机控制机械臂1回到零位置，完成第一件小U形管6的码放过程，以此类推，直至完成第一层小U形管承载托盘42全部的小U形管工位梁422上的承载位置码放小U形管6；

在小U形管6的抓取过程中，当本体21上的位置传感器侦测到散料承载托盘3内未发生互相插接、钩套现象的小U形管6全部被抓取后，拨动干扰回路工作，工业控制计算机发出指令使机械臂1的Z坐标驱动机构工作，使机械手2下降至设定距离、机械手2接触到发生互相插接、钩套现象的小U形管6，然后工业控制计算机发出指令使机械臂1的X坐标驱动机构和/或Y驱动机构工作，使机械手2沿程序设定的轨迹在平面内移动后Z坐标驱动机构工作使机械手2恢复至散料承载托盘3的正上方位置重新捕捉小U形管6的U形顶端位置信息，再进行抓取，直至将散料承载托盘3内的小U形管6全部抓取完毕；

当位于第一层的小U形管承载托盘42内的小U形管5全部码放完毕后，机械手2向中心机房发出完成第一层工作的信息，中心机房即发出指令使动力控制模块控制动力控制机构433按照既定程序顺序动作：托盘推移伸缩机构432首先动作，将位于架体411前容纳腔顶部第一层的小U形管承载托盘42自架体411前容纳腔横向推移至架体411后容纳腔内，小U形管承载托盘42底部在架体411容纳腔两侧内壁上的托盘支撑机构412的支撑爪4122的支撑作用下、同时在托盘推移伸缩机构432的推移作用下在前容纳腔的支撑爪4122上滑移至后容纳腔的支撑爪4122上、位于后容纳腔的顶部第一层、顶靠在后容纳腔端部的限位板上，然后托盘推移伸缩机构432复位；

然后位于前容纳腔内的支撑爪伸缩控制机构431先后动作，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ4124先动作，使定点支撑机构的支撑爪4122先缩入支撑竖梁4121内，小U形管承载托盘42即支撑在移动支撑机构的支撑爪4122上，然后移动支撑机构的竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124同步整体上移至设定的一个档位，然后定点支撑机构的竖连杆Ⅱ4124再动作，使定点支撑机构的支撑爪4122自支撑竖梁4121内伸出、托住上移后的小U形管承载托盘42，然后移动支撑机构的竖连杆Ⅱ4124动作使移动支撑机构的支撑爪4122缩入支撑竖梁4121内，上移后的小U形管承载托盘42即支撑在定点支撑机构伸出的支撑爪4122上，然后移动支撑机构的竖连杆Ⅰ4123和竖连杆Ⅱ4124保持支撑爪4122的缩入状态同步整体下移回位至原档位位置后，移动支撑机构的支撑爪4122再度伸出、托住上移后的小U形管承载托盘42，位于前容纳腔内的小U形管承载托盘42完成整体上移一档；同时，位于后容纳腔内的支撑爪伸缩控制机构431也先后动作，原理同上所述，位于后容纳腔内的小U形管承载托盘42完成整体下移一档，即后容纳腔内顶部的第一层始终保持空位、承接状态，直至位于前容纳腔内的小U形管承载托盘42全部被一层一层推移至后容纳腔内，完成全部小U形管承载托盘42内小U形管6的码放；

机械手向中心机房发出完成全部工作的信息后，同前所述，中心机房即发出指令使自动导引运输车靠近并识别本多层托架41，将多层托架41顶起脱离地面并连同空的小U形管承载托盘42整体运输至中心机房规划的下道工序即可。

所述的机械臂1可以采用如图1所示的多关节集中控制机械臂，也可以采用如图2所示的框架式分体控制机械臂，或者采用Delta机械臂等其他形式的机械臂，由于第一种方案的多关节机械臂和第三种方案的Delta机械臂的控制是集中控制，其精准的坐标控制较复杂，需经过工业控制计算机大量的计算、软件控制程序复杂，且制造成本较高，电脑控制负担重，易出现故障；第二种方案采用分体控制，即几个坐标系分别控制，控制相对简单、直接，不易出现故障，因此优选第二种方案，

即，作为本发明的优选方案，如图2所示，所述的机械臂1还包括支撑框架11、横梁13和滑轨14，支撑框架11架设在插管流水线上方，其底部固定安装于地面，其顶部前后方向上设有沿Y坐标方向平行设置的导轨12，在导轨12上X坐标方向上架设有横梁13，横梁13上设有驱动机构，驱动机构可以驱动横梁13在导轨12上前后移动；

横梁13上设有沿Z坐标方向上安装在横梁13上的滑轨14，滑轨14上设置有升降机构和横向行走机构，升降机构和横向行走机构可以使滑轨14在横梁13上实现Z轴方向上的上下升降运动及X轴方向上的左右移动，所述的机械手2的本体21的顶端安装在滑轨14的底端；

所述的散料承载托盘3和顺序码放承载托盘4设置于支撑框架11内部；

所述的电控装置5的工业控制计算机与横梁13的驱动机构电连接，控制横梁13在Y坐标方向上的移动，工业控制计算机与滑轨14的升降机构电连接，控制滑轨14在Z坐标方向上的升降，工业控制计算机与滑轨14的横向行走机构电连接，控制滑轨14在X坐标方向上的移动。

通常翅片总成插接小U形管6的位置是水平的，为进一步加大本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***的适用范围，使本自动插管单元也能够对非水平的插接位置同样适用，作为本发明的改进方案，所述的安装座211内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，安装座211可以沿水平轴线为旋转轴旋转±90°范围内自由旋转并定位，所述的电控装置5的工业控制计算机与A坐标旋转机构或B坐标旋转机构电连接，当翅片总成插接小U形管6的位置非水平时，工业控制计算机在插管前会驱动A坐标旋转机构或B坐标旋转机构使机械手2翻转至程序的设定角度，然后再通过位置传感器捕捉插管位置，设置A坐标旋转机构或B坐标旋转机构在抓取小U形管6的过程中同样增大了抓取的自由度。

为了进一步缓解小U形管6发生互相插接、钩套现象，提高抓取效率，作为本发明的改进方案，所述的散料承载托盘3的托盘体和支撑架之间设置低频振动机构，所述的电控装置5还包括低频振动回路，工业控制计算机与低频振动机构电连接，当机械手2抓取一件小U形管6后、进行码放的过程中，低频振动回路工作，工业控制计算机控制低频振动机构进行低频振动使散料承载托盘3内钩套在一起的小U形管6散落，机械手2再次抓取时重新捕捉位置信息进行抓取。

机械手2往小U形管承载托盘42中码放小U形管6时，若按传统的顺序码放，其空行程会逐步加长，因此为了减少空行程、提高码放效率，作为本发明的进一步改进方案，所述的多个小U形管工位梁422均一端高、另一端低、倾斜固定设置在托盘体421上，其高端作为码放端，低端顶端设有防止小U形管6滑落的限位机构，当机械手2在坐标设定的小U形管工位梁42高端上的第一个承载位置的正上方码放第一件小U形管6后，第一件小U形管6会因自身重力作用自动沿小U形管工位梁422的弧形顶面下滑至小U形管工位梁422的低端并被限位机构限位定位，机械手2可以一直在坐标设定的小U形管工位梁422高端上的第一个承载位置的正上方码放小U形管6，直至将小U形管工位梁422上排满设定数量的小U形管6，再移动至另外一根小U形管工位梁422的高端位置码放，减少了机械手2的空行程，提高码放效率。

为了使小U形管6因自身重力作用自动顺利沿小U形管工位梁422的弧形顶面下滑至小U形管工位梁422的低端，作为本发明的进一步改进方案，所述的小U形管工位梁422和托盘体421之间也设置低频振动机构，当机械手2完成码放一件小U形管6后、进行抓取的过程中，低频振动回路工作，低频振动机构进行低频振动使小U形管工位梁422上的小U形管6顺利下滑至小U形管工位梁422的低端。

为了保证小U形管6在两个托取指23的牵引作用下顺利通过自身重力作用在机械手2提升的过程中下垂至U形顶端向上、两个端口向下的竖直状态，应尽量减少托取指23指端面向弧形凹槽Ⅰ的表面与小U形管6的U形环内端面的接触面积，作为本发明的进一步改进方案，所述的托取指23的指端截面呈顶边是圆弧形的梯形结构。

所述的夹取指22和托取指23的传动连接机构可以采用液压油缸，也可以采用气缸，或者采用纯机械传动机构，由于若采用液压油缸，必须加设油箱及泵、阀等机构，结构较复杂，若采用纯机械传动机构，体积会较庞大笨重，而翅片总成生产车间里气源丰富，且气动控制动作反应迅速，因此优选气动控制，即，作为本发明的优选方案，所述的夹取指22和托取指23的传动连接机构是气缸。

所述的支撑爪伸缩控制机构431和托盘推移伸缩机构432可以采用液压油缸，也可以采用气缸，或者采用纯机械传动机构，由于若采用液压油缸，必须加设油箱及泵、阀等机构，对应的动力控制机构433因加设油箱及泵、阀等机构结构较复杂，若采用纯机械传动机构，体积会较庞大笨重，而数字化工厂的生产车间里气源一般较丰富，且气动控制动作反应迅速，因此优选气动控制，即，作为本发明的优选方案，所述的支撑爪伸缩控制机构431和托盘推移伸缩机构432是气缸，所述的动力控制机构433是电磁气动阀组，使用时，将气源与电磁气动阀组的进气口通过管路连通即可。

本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***是数字化控制单元，可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理。

本基于数字总线的小U形管抓取排序码放***由于采用机械臂1和机械手2对散装的小U形管6进行抓取并有序码放在小U形管承载托盘42上，替代人工插管，可降低操作人员的劳动强度及人工操作熟练程度对码放进度的影响，且通过循环供应物料的托架及小U形管承载托盘4进行供应小U形管6，可一次连续供应多个小U形管承载托盘42、且小U形管承载托盘42自动罗列，因此抓取与插管效率较高；根据产能计算可设置一个或多个机械臂1和机械手2同时抓取与码放来满足码放进度需要，设备自动化程度高，设备利用率高；本小U形管抓取排序码放单元根据设定好的程序运行，可完全规避人为因素对生产进度的影响，进而实现保证产品质量；由于机械臂1设置有X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构、Z坐标驱动机构，机械手2顶端的安装座211内设有C坐标驱动机构，还可以根据需要设置A坐标旋转机构或B坐标旋转机构坐标控制，因此可以根据程序设定使机械手2实现自适应抓取和码放小U形管6，实现自动化的同时保证精确操作，保证码放质量。

Claims (9)

1.一种基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，包括机械臂（1）、机械手（2）、散料承载托盘（3）、循环供应物料的托架及小U形管承载托盘（4）和电控装置（5）；

机械臂（1）固定安装在地面上，包括左右水平方向的X坐标驱动机构、前后水平方向的Y坐标驱动机构、竖直方向的Z坐标驱动机构；

机械手（2）包括本体（21）、夹取指（22）和托取指（23），本体（21）的顶端通过安装座（211）与机械臂（1）的末端连接，安装座（211）内设有C坐标旋转机构，本体（21）底端的宽度尺寸小于小U形管（6）的U形开口的外端宽度尺寸，且本体（21）底端面设有与小U形管（6）的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ，本体（21）上还设置有位置传感器和距离传感器；夹取指（22）设置为两件，左右对称于本体（21）的弧形凹槽Ⅰ的对称中心线设置、并通过导向机构分别对称与本体（21）连接，夹取指（22）上设置有传动连接机构，夹取指（22）的传动连接机构一端与本体（21）连接，另一端连接在夹取指（22）上，夹取指（22）面向本体（21）的弧形凹槽Ⅰ的内侧面上设有与小U形管（6）的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ，弧形凹槽Ⅰ和弧形凹槽Ⅱ共同围成小U形管（6）的U形顶端的部分外形；托取指（23）呈L形或弧形，设置为两件，前后对称于本体（21）的弧形凹槽Ⅰ设置，托取指（23）顶端铰接连接于本体（21），指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ，托取指（23）上也设置有传动连接机构，托取指（23）的传动连接机构一端与托取指（23）连接，另一端与本体（21）连接，托取指（23）指端面向弧形凹槽Ⅰ的表面设置成与小U形管（6）的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ的槽底的距离尺寸与小U形管（6）的管直径尺寸配合；

所述的散料承载托盘（3）设置在机械臂（1）附近，包括托盘体和支撑架；

所述的循环供应物料的托架及小U形管承载托盘（4）也设置在机械臂（1）附近，包括多层托架（41）、小U形管承载托盘（42）、动力装置（43）和电控机构（44）；多层托架（41）包括架体（411）和托盘支撑机构（412），架体（411）是长方形框架结构，其内部沿其长度方向前后设置有两个互相连通的容纳腔，架体（411）的内部沿其长度方向两端设有限位板；托盘支撑机构（412）沿架体（411）长度方向左右对称、前后均匀布置在架体（411）的两个容纳腔的内侧面上，托盘支撑机构（412）包括支撑竖梁（4121）、支撑爪（4122）、竖连杆Ⅰ（4123）和竖连杆Ⅱ（4124），支撑竖梁（4121）是竖直设置的管状结构，支撑竖梁（4121）的管体上面向架体（411）的两个容纳腔的内侧面上沿同一轴向方向上设有能允许支撑爪（4122）伸出的导向孔；支撑爪（4122）、竖连杆Ⅰ（4123）和竖连杆Ⅱ（4124）均设置在支撑竖梁（4121）内，支撑爪（4122）设置为多件，其纵截面呈菱形或三角形，沿竖连杆Ⅰ（4123）的长度方向上均布间隔设置、且支撑爪（4122）中部与竖连杆Ⅰ（4123）铰接连接, 支撑爪（4122）前端为伸出端，支撑爪（4122）后端与竖连杆Ⅱ（4124）铰接连接；托盘支撑机构（412）分为定点支撑机构和移动支撑机构，定点支撑机构和移动支撑机构沿架体(411)长度方向间隔设置，移动支撑机构的导向孔是支撑爪（4122）的均布间隔尺寸总和的一个长孔，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ（4123）和竖连杆Ⅱ（4124）均可上下移动；定点支撑机构的导向孔是均布间隔的多个长孔，定点支撑机构的导向孔的均布间隔与支撑爪（4122）的均布间隔尺寸配合，定点支撑机构的竖连杆Ⅰ（4123）是与支撑竖梁（4121）固定连接的，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ（4124）可上下移动；小U形管承载托盘（42）设置为多个，分层架设在架体（411）的一个容纳腔内壁的支撑爪（4122）上，小U形管承载托盘（42）包括托盘体（421）和设置在托盘体（421）上的平行排列的多个小U形管工位梁（422），小U形管工位梁（422）截面的宽度尺寸与小U形管（6）的U形开口宽度尺寸配合，小U形管工位梁（422）的顶端面设置成与小U形管（6）的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形面，弧形面上设有凹形通槽（4221），凹形通槽（4221）的宽度及深度尺寸大于夹取指（22）指端的宽度及高度尺寸，小U形管工位梁（422）对应小U形管（6）的环形焊料的位置设有导向面（4222）；动力装置（43）包括支撑爪伸缩控制机构（431）、托盘推移伸缩机构（432）和动力控制机构（433），支撑爪伸缩控制机构（431）设置在支撑竖梁（4121）的顶端，定点支撑机构的竖连杆Ⅱ（4124）顶端与支撑爪伸缩控制机构（431）连接，移动支撑机构的竖连杆Ⅰ（4123）和竖连杆Ⅱ（4124）与支撑爪伸缩控制机构（431）连接；托盘推移伸缩机构（432）设置在对应自上向下数位于第一层的小U形管承载托盘（42）的位置，其伸缩方向沿架体（411）长度方向；动力控制机构（433）设置在架体（411）上；电控机构（44）设置于多层托架（41）的外部，包括电源盒、无线发射接收模块、动力控制模块和电子标识芯片，电源盒与无线发射模块、动力控制模块和电子标识芯片电连接，动力控制模块与动力控制机构（433）电连接；

所述的电控装置（5）包括工业控制计算机、电源回路、模式识别回路、计数回路、拨动干扰回路、小U形管抓取回路、小U形管码放回路，工业控制计算机与机械手（2）上的位置传感器和距离传感器电连接，工业控制计算机分别与机械臂（1）的X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构及安装座（211）内的C坐标旋转机构、夹取指（22）的传动连接机构、托取指（23）的传动连接机构电连接。

2.根据权利要求1所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的机械臂（1）还包括支撑框架（11）、横梁（13）和滑轨（14），支撑框架（11）架设在插管流水线上方，其底部固定安装于地面，其顶部前后方向上设有沿Y坐标方向平行设置的导轨（12），在导轨（12）上X坐标方向上架设有横梁（13），横梁（13）上设有驱动机构；

横梁（13）上设有沿Z坐标方向上安装在横梁（13）上的滑轨（14），滑轨（14）上设置有升降机构和横向行走机构，所述的机械手（2）的本体（21）的顶端安装在滑轨（14）的底端；

所述的散料承载托盘（3）、循环供应物料的托架及小U形管承载托盘（4）设置于支撑框架（11）内部；

所述的电控装置（5）的工业控制计算机与横梁（13）的驱动机构电连接，工业控制计算机与滑轨（14）的升降机构电连接，工业控制计算机与滑轨（14）的横向行走机构电连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的安装座（211）内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，所述的电控装置（5）的工业控制计算机与A坐标旋转机构或B坐标旋转机构电连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的散料承载托盘（3）的托盘体和支撑架之间设置低频振动机构，所述的电控装置（5）还包括低频振动回路，工业控制计算机与低频振动机构电连接。

5.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的多个小U形管工位梁（422）均一端高、另一端低、倾斜固定设置在托盘体（421）上，其高端作为码放端，低端顶端设有防止小U形管（6）滑落的限位机构。

6.根据权利要求5所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的小U形管工位梁（422）和托盘体（421）之间也设置低频振动机构。

7.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的托取指（23）的指端截面呈顶边是圆弧形的梯形结构。

8.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的夹取指（22）和托取指（23）的传动连接机构是气缸。

9.根据权利要求1或2所述的基于数字总线的小U形管抓取排序码放***，其特征在于，所述的支撑爪伸缩控制机构（431）和托盘推移伸缩机构（432）是气缸，所述的动力控制机构（433）是电磁气动阀组。