CN105643617B - 一种伺服码垛*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服码垛***，包括底座单元、立柱单元、夹臂单元、料车和电气控制单元，该伺服码垛***自动化程度高，可控性好，能够实现两轴伺服移动，只需人工将料车推至指定区域内的任意位置，即可完成自动抓料，在行程范围内对任意层数的料盘进行自动识别和抓取，从而大幅缩短人工操作时间并降低人工劳动强度；本发明伺服码垛***可广泛适用于自动化生产线上料盘或料框的自动抓取，同时可将料盘或料框提升或下降到指定位置，便于自动化生产线上的机械手等装置来抓取料盘上的零件，实现自动化上下料，也可适用于自动化生产线的其他抓取、堆垛、搬运等操作。

Description

一种伺服码垛***

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，具体是一种伺服码垛***。

背景技术

随着德国工业4.0的提出，2015年中国在分析国内市场的基础上，遵循产业升级与转型的客观规律，颁布了中国制造2025，其主攻方向是推进智能制造。随着智能化市场的大潮流，且不断上升的劳动力成本，机器换人是推动传统制造业实现产业转型升级的一项重要举措。目前在自动化生产线中，上下料大多由人工搬运完成，上下料时间长，工人劳动强度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动化程度高、可控性好的伺服码垛***。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种伺服码垛***，包括底座单元、立柱单元、夹臂单元、料车和电气控制单元，所述的底座单元包括底座、两条第一线轨、齿条和若干接触开关，所述的两条第一线轨和所述的齿条均安装在所述的底座的上表面，所述的两条第一线轨平行于Y轴设置，所述的若干接触开关安装在所述的底座的前侧，所述的若干接触开关用于确定料车的X向位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号；所述的立柱单元包括立柱、两条第二线轨、丝杠、第一驱动机构、同步带轮传动机构和非接触式开关，所述的两条第二线轨和所述的非接触式开关安装在所述的立柱的前侧，所述的非接触式开关用于确定料车上的料盘的Y向位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号，所述的两条第二线轨平行于Z轴设置，所述的立柱安装在所述的两条第一线轨的滑块上，所述的丝杠安装在所述的立柱的中部，所述的第一驱动机构的输出端连接有齿轮，所述的齿轮与所述的齿条相啮合，所述的同步带轮传动机构包括第一伺服电机、小同步带轮、大同步带轮和同步带，所述的第一伺服电机安装在所述的立柱的上部，所述的小同步带轮同轴安装在所述的第一伺服电机的输出端，所述的大同步带轮同轴安装在所述的丝杠的轴上，所述的小同步带轮与所述的大同步带轮通过所述的同步带胀紧连接；所述的夹臂单元安装在所述的两条第二线轨的滑块上并与所述的丝杠的螺母相连，所述的夹臂单元上安装有两个红外线收发装置，所述的两个红外线收发装置用于确定料车上的料盘的有无及料盘的位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号，所述的夹臂单元用于夹取料车上的料盘，所述的电气控制单元用于控制所述的立柱单元沿Y轴的移动、所述的夹臂单元沿Z轴的移动以及所述的夹臂单元对料盘的夹取。

本发明的伺服码垛***，通过第一驱动机构驱动立柱单元沿Y轴移动的水平移动，通过丝杠来实现夹臂单元沿Z轴的垂直移动。该伺服码垛***的工作原理及过程为：1）初始状态下，夹臂单元处于Z轴的最高位并处于全打开状态，人工将装有料盘的料车和空料车推至位于底座前的指定范围内，通过若干接触开关确认是否存在料车并确定料车的X向位置且将结果以信号形式发送给电气控制单元；2）当料车的到位信号得到确认后，电气控制单元要求立柱单元连同夹臂单元一起进行Y轴移动，同时通过非接触式开关来识别装有料盘的料车上的料盘的Y向位置，以确定料盘的坐标位置；3）Y向位置确认完毕后，夹臂单元开始在Z轴方向下移，由红外线收发装置来确定首层可以抓取的料盘的位置，确定后，夹臂单元将首层料盘夹紧并上移至合适位置，以配合具体应用的自动化生产线的生产需要；4）首层料盘使用完成后，立柱单元和夹臂单元连同首层料盘一起沿Y轴移动到接触开关所确认的空料车位置，夹臂单元下降，待红外线收发装置确定空料车上可以放置料盘的位置后，放下料盘；5）重复步骤2）-步骤4），直至所有料盘全部由料盘料车转移至空料车，此时，电气控制单元发出提示信号，通知巡管人员进行后续操作。

本发明的伺服码垛***自动化程度高，可控性好，能够实现两轴伺服移动，只需人工将料车推至指定区域内的任意位置，即可完成自动抓料，在行程范围内对任意层数的料盘进行自动识别和抓取，从而大幅缩短人工操作时间并降低人工劳动强度。本发明伺服码垛***可广泛适用于自动化生产线上料盘或料框的自动抓取，同时可将料盘或料框提升或下降到指定位置，便于自动化生产线上的机械手等装置来抓取料盘上的零件，实现自动化上下料，也可适用于自动化生产线的其他抓取、堆垛、搬运等操作。

所述的夹臂单元包括左夹臂、右夹臂、夹臂支座、四条第三线轨、同步连杆机构和气缸，所述的夹臂支座固定在所述的两条第二线轨的滑块上，所述的夹臂支座与所述的丝杠的螺母相连，所述的四条第三线轨对称安装在所述的夹臂支座的两侧，所述的四条第三线轨平行于Y轴设置，所述的左夹臂和所述的右夹臂对称设置并分别固定在两条所述的第三线轨的滑块上，所述的同步连杆机构和所述的气缸的缸体安装在所述的夹臂支座上，所述的同步连杆机构同时与所述的左夹臂和所述的右夹臂相连，所述的同步连杆机构用于实现所述的左夹臂和所述的右夹臂沿Y轴的同步相向或同步背向移动，所述的气缸的活塞与所述的左夹臂或所述的右夹臂相连，所述的两个红外线收发装置分别安装在所述的左夹臂和所述的右夹臂上，所述的左夹臂和所述的右夹臂用于夹取料车上的料盘。

所述的同步连杆机构包括转盘、支撑轴、角接触轴承、轴承内压盖、轴承外压盖、左连杆和右连杆，所述的支撑轴的一端安装在所述的夹臂支座上，所述的角接触轴承安装在所述的支撑轴的外侧，所述的轴承内压盖安装在所述的支撑轴的另一端，所述的轴承外压盖设置在所述的轴承内压盖的外侧，所述的轴承外压盖固定在所述的转盘上，所述的左连杆和所述的右连杆的一端分别铰链连接在所述的转盘的两侧，所述的左连杆的另一端与所述的左夹臂铰链连接，所述的右连杆的另一端与所述的右夹臂铰链连接。

所述的左连杆和所述的右连杆与所述的转盘之间、所述的左连杆与所述的左夹臂之间以及所述的右连杆与所述的右夹臂之间均通过转轴相连，所述的转轴上安装有自润轴承，所述的自润轴承安装在所述的左连杆或所述的右连杆上，所述的转轴的两端分别安装有垫圈。

所述的第一驱动机构包括第二伺服电机和减速机，所述的第二伺服电机安装在所述的减速机上，所述的减速机安装在所述的立柱上，所述的减速机的输入端与所述的第二伺服电机的输出端相连，所述的减速机的输出端与所述的齿轮相连。

所述的减速机上设置有用于调整所述的齿轮与所述的齿条的啮合间隙的消隙机构。进一步地，所述的消隙机构包括偏心的过渡转盘，所述的减速机固定在所述的过渡转盘上，所述的过渡转盘安装在所述的立柱上。安装使用过程中，通过转动过渡转盘，即可对齿轮与齿条的啮合间隙进行调整，提高传动精度。

所述的底座的底部安装有多个用于调整底座高低位置的可调地脚。

所述的料盘由AGV叉车自动搬运至料车的上下料位。伺服码垛***工作过程中，配合使用AGV叉车搬运料盘，实现自动上下料盘，代替人工运输，可进一步提升伺服码垛***的自动化程度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的伺服码垛***自动化程度高，可控性好，能够实现两轴伺服移动，只需人工将料车推至指定区域内的任意位置，即可完成自动抓料，在行程范围内对任意层数的料盘进行自动识别和抓取，从而大幅缩短人工操作时间并降低人工劳动强度。本发明伺服码垛***可广泛适用于自动化生产线上料盘或料框的自动抓取，同时可将料盘或料框提升或下降到指定位置，便于自动化生产线上的机械手等装置来抓取料盘上的零件，实现自动化上下料，也可适用于自动化生产线的其他抓取、堆垛、搬运等操作。进一步地，配合使用AGV叉车后，可提升伺服码垛***的自动化程度。

附图说明

图1为实施例的伺服码垛***的外观图；

图2为移除料车和部分防护后的伺服码垛***的正视图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为图3中B处放大图；

图5为底座单元的外观图；

图6为立柱单元的外观图；

图7为夹臂单元的外观图；

图8为夹臂单元的正视图；

图9为图8中C-C剖视图；

图10为图9中E处放大图；

图11为图8中D-D剖视图；

图12为图11中F处放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的伺服码垛***，如图所示，包括底座单元1、立柱单元2、夹臂单元3、料车4和电气控制单元（图中未示出），底座单元1包括底座11、两条第一线轨12、齿条13和四个接触开关14，底座11的底部安装有多个用于调整底座11高低位置的可调地脚15，两条第一线轨12和齿条13均安装在底座11的上表面，两条第一线轨12平行于Y轴设置，四个接触开关14安装在底座11的前侧，四个接触开关14用于确定料车4的X向位置并向电气控制单元发出相应的信号。

实施例1中，立柱单元2包括立柱21、两条第二线轨22、丝杠23、第一驱动机构、同步带轮传动机构和非接触式开关24，两条第二线轨22和非接触式开关24安装在立柱21的前侧，非接触式开关24用于确定料车4上的料盘41的Y向位置并向电气控制单元发出相应的信号，两条第二线轨22平行于Z轴设置，立柱21安装在两条第一线轨12的滑块上，丝杠23安装在立柱21的中部，第一驱动机构的输出端连接有齿轮16，齿轮16与齿条13相啮合，同步带轮传动机构包括第一伺服电机51、小同步带轮52、大同步带轮53和同步带54，第一伺服电机51安装在立柱21的上部，小同步带轮52同轴安装在第一伺服电机51的输出端，大同步带轮53同轴安装在丝杠23的轴上，小同步带轮52与大同步带轮53通过同步带54胀紧连接；夹臂单元3安装在两条第二线轨22的滑块上并与丝杠23的螺母17相连，夹臂单元3上安装有两个红外线收发装置8，两个红外线收发装置8用于确定料车4上的料盘41的有无及料盘41的位置并向电气控制单元发出相应的信号，夹臂单元3用于夹取料车4上的料盘41，电气控制单元用于控制立柱单元2沿Y轴的移动、夹臂单元3沿Z轴的移动以及夹臂单元3对料盘41的夹取。

实施例1中，夹臂单元3包括左夹臂31、右夹臂32、夹臂支座33、四条第三线轨34、同步连杆机构和气缸35，夹臂支座33固定在两条第二线轨22的滑块上，夹臂支座33与丝杠23的螺母17相连，四条第三线轨34对称安装在夹臂支座33的两侧，四条第三线轨34平行于Y轴设置，左夹臂31和右夹臂32对称设置并分别固定在两条第三线轨34的滑块上，同步连杆机构和气缸35的缸体安装在夹臂支座33上，同步连杆机构同时与左夹臂31和右夹臂32相连，同步连杆机构用于实现左夹臂31和右夹臂32沿Y轴的同步相向或同步背向移动，气缸35的活塞36与左夹臂31相连，两个红外线收发装置8分别安装在左夹臂31和右夹臂32上，左夹臂31和右夹臂32用于夹取料车4上的料盘41。

实施例1中，同步连杆机构包括转盘61、支撑轴62、角接触轴承63、轴承内压盖65、轴承外压盖64、左连杆66和右连杆67，支撑轴62固定在夹臂支座33上，轴承内压盖65固定在支撑轴62上，轴承外压盖64固定在转盘61上，左连杆66和右连杆67的一端分别铰链连接在转盘61的两侧，左连杆66的另一端与左夹臂31铰链连接，右连杆67的另一端与右夹臂32铰链连接。

实施例2的伺服码垛***，如图所示，包括底座单元1、立柱单元2、夹臂单元3、料车4和电气控制单元，底座单元1包括底座11、两条第一线轨12、齿条13和四个接触开关14，底座11的底部安装有多个用于调整底座11高低位置的可调地脚15，两条第一线轨12和齿条13均安装在底座11的上表面，两条第一线轨12平行于Y轴设置，四个接触开关14安装在底座11的前侧，四个接触开关14用于确定料车4的X向位置并向电气控制单元发出相应的信号；立柱单元2包括立柱21、两条第二线轨22、丝杠23、第一驱动机构、同步带轮传动机构和非接触式开关24，两条第二线轨22和非接触式开关24安装在立柱21的前侧，非接触式开关24用于确定料车4上的料盘41的Y向位置并向电气控制单元发出相应的信号，两条第二线轨22平行于Z轴设置，立柱21安装在两条第一线轨12的滑块上，丝杠23安装在立柱21的中部，第一驱动机构的输出端连接有齿轮16，齿轮16与齿条13相啮合，同步带轮传动机构包括第一伺服电机51、小同步带轮52、大同步带轮53和同步带54，第一伺服电机51安装在立柱21的上部，小同步带轮52同轴安装在第一伺服电机51的输出端，大同步带轮53同轴安装在丝杠23的轴上，小同步带轮52与大同步带轮53通过同步带54胀紧连接；夹臂单元3安装在两条第二线轨22的滑块上并与丝杠23的螺母17相连，夹臂单元3上安装有两个红外线收发装置8，两个红外线收发装置8用于确定料车4上的料盘41的有无及料盘41的位置并向电气控制单元发出相应的信号，夹臂单元3用于夹取料车4上的料盘41，电气控制单元用于控制立柱单元2沿Y轴的移动、夹臂单元3沿Z轴的移动以及夹臂单元3对料盘41的夹取。

实施例2中，夹臂单元3包括左夹臂31、右夹臂32、夹臂支座33、四条第三线轨34、同步连杆机构和气缸35，夹臂支座33固定在两条第二线轨22的滑块上，夹臂支座33与丝杠23的螺母17相连，四条第三线轨34对称安装在夹臂支座33的两侧，四条第三线轨34平行于Y轴设置，左夹臂31和右夹臂32分别固定在四条第三线轨34的滑块上，同步连杆机构和气缸35的缸体安装在夹臂支座33上，同步连杆机构同时与左夹臂31和右夹臂32相连，同步连杆机构用于实现左夹臂31和右夹臂32沿Y轴的同步相向或同步背向移动，气缸35的活塞36与左夹臂31或右夹臂32相连，两个红外线收发装置8分别安装在左夹臂31和右夹臂32上，左夹臂31和右夹臂32用于夹取料车4上的料盘41。

实施例2中，同步连杆机构包括转盘61、支撑轴62、角接触轴承63、轴承内压盖65、轴承外压盖64、左连杆66和右连杆67，支撑轴62的一端安装在夹臂支座33上，角接触轴承63安装在支撑轴62的外侧，轴承内压盖65安装在支撑轴62的另一端，轴承外压盖64设置在轴承内压盖65的外侧，轴承外压盖64固定在转盘61上，左连杆66和右连杆67的一端分别铰链连接在转盘61的两侧，左连杆66的另一端与左夹臂31铰链连接，右连杆67的另一端与右夹臂32铰链连接，具体来说，左连杆66和右连杆67与转盘61之间、左连杆66与左夹臂31之间以及右连杆67与右夹臂32之间均通过转轴71相连，转轴71上安装有自润轴承72，自润轴承72安装在左连杆66或右连杆67上，转轴71的两端分别安装有垫圈73。

实施例2中，第一驱动机构包括第二伺服电机91和减速机92，第二伺服电机91安装在减速机92上，减速机92安装在立柱21上，减速机92的输入端与第二伺服电机91的输出端相连，减速机92的输出端与齿轮16相连。减速机92上设置有用于调整齿轮16与齿条13的啮合间隙的消隙机构，消隙机构包括偏心的过渡转盘93，减速机92固定在过渡转盘93上，过渡转盘93安装在立柱21上。

上述实施例的伺服码垛***可广泛适用于自动化生产线上料盘或料框的自动抓取，同时可将料盘或料框提升或下降到指定位置，便于自动化生产线上的机械手等装置来抓取料盘上的零件，实现自动化上下料，也可适用于自动化生产线的其他抓取、堆垛、搬运等操作。以利用实施例2的伺服码垛***进行自动化上下料的应用为例，该伺服码垛***的工作原理及过程为：

1）初始状态下，夹臂单元3处于Z轴的最高位并处于全打开状态（左夹臂31和右夹臂32 背向移动至最大行程），人工将装有料盘41（料盘41上装有多个零件毛坯42）的料车4和空料车4推至位于底座11前的指定范围内，通过四个接触开关14确认是否存在料车4并确定料车4的X向位置且将结果以信号形式发送给电气控制单元；

2）当料车4的到位信号得到确认后，电气控制单元要求第二伺服电机91工作，使立柱单元2连同夹臂单元3一起进行Y轴移动，同时通过非接触式开关24来识别装有料盘41的料车4上的料盘41的Y向位置，以确定料盘41的坐标位置；

3）Y向位置确认完毕后，电气控制单元使第一伺服电机51工作，丝杠23转动，夹臂单元3开始在Z轴方向下移，由红外线收发装置8来确定首层可以抓取的料盘41的位置，确定后，电气控制单元控制气缸35工作，左夹臂31和右夹臂32将首层料盘41夹紧并上移至合适位置，等待机械手（图中未示出）来抓取零件毛坯42并在料盘41上放置成品零件（图中未示出），抓放一排后移动一个抓料位，直到首层料盘41上的零件毛坯42全部由成品零件代替；

4）第二伺服电机91工作，立柱单元2和夹臂单元3带着首层料盘41一起沿Y轴移动到1）中接触开关14所确认的空料车4位置，夹臂单元3下降，待红外线收发装置8确定空料车4上可以放置料盘41的位置后，左夹臂31和右夹臂32 背向移动并放下料盘41，该料盘41此时为底层料盘41；

5）重复步骤2）-步骤4），直至所有料盘41全部由料盘料车4转移至空料车4，此时，电气控制单元发出提示信号，通知巡管人员进行后续操作。由于两辆料车4的位置已得到确认，后续可配合使用AGV叉车在料车4上自动上下料盘，代替人工运输，以提升伺服码垛***的自动化程度。

Claims (9)

1.一种伺服码垛***，其特征在于包括底座单元、立柱单元、夹臂单元、料车和电气控制单元，所述的底座单元包括底座、两条第一线轨、齿条和若干接触开关，所述的两条第一线轨和所述的齿条均安装在所述的底座的上表面，所述的两条第一线轨平行于Y轴设置，所述的若干接触开关安装在所述的底座的前侧，所述的若干接触开关用于确定料车的X向位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号；所述的立柱单元包括立柱、两条第二线轨、丝杠、第一驱动机构、同步带轮传动机构和非接触式开关，所述的两条第二线轨和所述的非接触式开关安装在所述的立柱的前侧，所述的非接触式开关用于确定料车上的料盘的Y向位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号，所述的两条第二线轨平行于Z轴设置，所述的立柱安装在所述的两条第一线轨的滑块上，所述的丝杠安装在所述的立柱的中部，所述的第一驱动机构的输出端连接有齿轮，所述的齿轮与所述的齿条相啮合，所述的同步带轮传动机构包括第一伺服电机、小同步带轮、大同步带轮和同步带，所述的第一伺服电机安装在所述的立柱的上部，所述的小同步带轮同轴安装在所述的第一伺服电机的输出端，所述的大同步带轮同轴安装在所述的丝杠的轴上，所述的小同步带轮与所述的大同步带轮通过所述的同步带胀紧连接；所述的夹臂单元安装在所述的两条第二线轨的滑块上并与所述的丝杠的螺母相连，所述的夹臂单元上安装有两个红外线收发装置，所述的两个红外线收发装置用于确定料车上的料盘的有无及料盘的位置并向所述的电气控制单元发出相应的信号，所述的夹臂单元用于夹取料车上的料盘，所述的电气控制单元用于控制所述的立柱单元沿Y轴的移动、所述的夹臂单元沿Z轴的移动以及所述的夹臂单元对料盘的夹取。

2.根据权利要求1所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的夹臂单元包括左夹臂、右夹臂、夹臂支座、四条第三线轨、同步连杆机构和气缸，所述的夹臂支座固定在所述的两条第二线轨的滑块上，所述的夹臂支座与所述的丝杠的螺母相连，所述的四条第三线轨对称安装在所述的夹臂支座的两侧，所述的四条第三线轨平行于Y轴设置，所述的左夹臂和所述的右夹臂对称设置并分别固定在两条所述的第三线轨的滑块上，所述的同步连杆机构和所述的气缸的缸体安装在所述的夹臂支座上，所述的同步连杆机构同时与所述的左夹臂和所述的右夹臂相连，所述的同步连杆机构用于实现所述的左夹臂和所述的右夹臂沿Y轴的同步相向或同步背向移动，所述的气缸的活塞与所述的左夹臂或所述的右夹臂相连，所述的两个红外线收发装置分别安装在所述的左夹臂和所述的右夹臂上，所述的左夹臂和所述的右夹臂用于夹取料车上的料盘。

3.根据权利要求2所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的同步连杆机构包括转盘、支撑轴、角接触轴承、轴承内压盖、轴承外压盖、左连杆和右连杆，所述的支撑轴的一端安装在所述的夹臂支座上，所述的角接触轴承安装在所述的支撑轴的外侧，所述的轴承内压盖安装在所述的支撑轴的另一端，所述的轴承外压盖设置在所述的轴承内压盖的外侧，所述的轴承外压盖固定在所述的转盘上，所述的左连杆和所述的右连杆的一端分别铰链连接在所述的转盘的两侧，所述的左连杆的另一端与所述的左夹臂铰链连接，所述的右连杆的另一端与所述的右夹臂铰链连接。

4.根据权利要求3所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的左连杆和所述的右连杆与所述的转盘之间、所述的左连杆与所述的左夹臂之间以及所述的右连杆与所述的右夹臂之间均通过转轴相连，所述的转轴上安装有自润轴承，所述的自润轴承安装在所述的左连杆或所述的右连杆上，所述的转轴的两端分别安装有垫圈。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的第一驱动机构包括第二伺服电机和减速机，所述的第二伺服电机安装在所述的减速机上，所述的减速机安装在所述的立柱上，所述的减速机的输入端与所述的第二伺服电机的输出端相连，所述的减速机的输出端与所述的齿轮相连。

6.根据权利要求5所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的减速机上设置有用于调整所述的齿轮与所述的齿条的啮合间隙的消隙机构。

7.根据权利要求6所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的消隙机构包括偏心的过渡转盘，所述的减速机固定在所述的过渡转盘上，所述的过渡转盘安装在所述的立柱上。

8.根据权利要求1所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的底座的底部安装有多个用于调整底座高低位置的可调地脚。

9.根据权利要求1所述的一种伺服码垛***，其特征在于所述的料盘由AGV叉车自动搬运至料车的上下料位。