CN107826785A - 一种智能管材堆垛工业机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种智能管材堆垛工业机器人，其包括放料机构、传料机构、翻料机构、加热炉、出料机构和堆垛机构；还包括控制装置，控制装置包括上位机、第一可编程控制器和第二可编程控制器，所述上位机与第一可编程控制器相连，所述第一可编程控制器用于控制加热炉内的加热元件，所述第二可编程控制器与所述步进电机相连，用于控制堆垛框的移动。本发明运用步进***进行每层的精确定位控制，利用成型装置保证能堆成稳定的类型，可以实现定数堆垛，同时，减小人工的劳动强度，方便、快捷。
Description
技术领域
本发明属于堆垛技术领域，特别是一种智能管材堆垛工业机器人。
背景技术
码垛机器人是用在工业生产过程中执行大批量工件、包装件的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人,是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学等学科于一体的高新机电产品。
圆形管道由于节省材料，相同材料的金属做成圆形容器比做成方形容器容量更大，并且不易堵塞，所以应用范围广泛；但是管道的堆放大多由人工进行的，即繁琐又耗时，效率不高，占地面积大，不易运输，搬运。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种智能管材堆垛工业机器人，能够减小人工的劳动强度，且堆垛整齐便于储存与运输。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，包括放料机构、传料机构、翻料机构、加热炉、出料机构和堆垛机构；其中，所述加热炉内设置有加热元件和用于传送管材的传送元件；所述堆垛机构包括步进电机、滚珠丝杠和用于堆放管材的堆垛框，堆垛框固定连接在滚珠丝杠上，堆垛框能够在水平面内移动；所述放料机构用于放出管材，并供给传料机构；传料机构用于将放料机构提供的管材传送至翻料机构处，翻料机构用于将传料机构送来的管材推送至加热炉内的传送元件上，所述加热元件对进入加热炉内的管材进行加热处理；出料机构用于将离开加热炉且加热处理完毕的管材输送至堆垛机构中，实现管材堆垛；所述管材堆垛工业机器人还包括控制装置，控制装置包括上位机、第一可编程控制器和第二可编程控制器，所述上位机与第一可编程控制器、第二可编程控制器相连，所述第一可编程控制器用于控制加热炉内的加热元件，所述第二可编程控制器与所述步进电机相连，用于控制堆垛框的移动。
进一步地，所述堆垛机构还包括汽缸和限位开关，所述汽缸安装在所述堆垛框的下方，是控制堆垛框移动方向的动力辅助装置，所述限位开关设置在放料机构的挡板的后端。气缸的作用是引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件，气源是给予机件的动力，气源受到电磁阀组的控制，气缸安装在堆垛框的下方，同时堆垛框还与滚珠丝杠通过螺母相连接，滚珠丝杠与步进电机相连接，堆垛框的左右移动由步进电机控制，假设当步进电机顺时针旋转时，堆垛框向左移动，安装在堆垛框的下方的气缸随之将气源向气缸右腔室压缩，使气缸移动方向与堆垛框移动方向一致，减小步进电机的负荷压力，是控制堆垛框移动方向的动力辅助装置；限位开关实际为点动开关，是目前市场成熟的产品，装在两个放料挡板的后端，当放料挡板受到电信号移动时会撞到安装在挡板后端的点动按钮上，随机触发一个脉冲信号，使控制挡板移动的直流电机反方向转动，关闭挡板。
进一步地，上位机为触摸屏。
进一步地，所述加热炉内设有温度传感器，用于检测加热炉内的实际温度；所述管材堆垛工业机器人还包括两组光电传感器，每组两个，其中一组光电传感器配置在放料机构的两端，另一组光电传感器配置在出料机构的两端，用于检测是否有管材。
进一步地，所述第一可编程控制器包括通讯模块、AD模块、DE模块和输入输出模块，工作时，上位机将加热炉的设定温度发送给第一可编程控制器，所述AD模块将采集到的加热炉内的实际温度与所述设定温度进行比较，当实际温度低于设定温度时加热炉开始加热，当实际温度高于设定温度时加热炉不加热。
进一步地，所述放料机构包括汽缸、平台和挡板，挡板设在平台上，挡板作直线运动；所述翻料机构底端设置有一个小型气缸，所述小型气缸的推杆末端与翻料机构相连接，当外部信号送达时，所述小型气缸推动翻料机构的翻板向上运动，将管材推进加热炉中。
进一步地，所述传料机构和所述出料机构均包括电动机、V型轮和链条，所述电动机的动力输出轴通过链条与对应的V型轮上的轴相连，从而带动V型轮转动。
进一步地，所述加热元件为加热棒，所述加热炉内用于传送管材的传送元件包括多根中心轴、链条和直流电机，所述直流电机通过链条传动带动多根中心轴转动。
进一步地，所述上位机设有设置画面，设置画面包括手动运行画面、自动运行画面、温度设置界面和运行控制界面，其中，所述手动运行画面能够对上述各机构进行手动调节。
进一步地，本发明还有报警显示功能，报警是通过对三菱GOT-1000系列触摸屏编程实现的，设定一定的温度值，当加热炉内温度低于人为设定的温度值时，传料机构不会启动，直到吗炉内温度大于设定值。
采用上述智能管材堆垛工业机器人的堆垛方法，包括以下步骤：
(1)启动加热炉内的加热元件开始加热，当加热炉内的实际温度达到人工设置在上位机中的设定温度后，放料机构开始放出管材；
(2)当检测到放料机构放出管材之后，加热炉的进料炉门打开，当进料炉门全开以后，开始送料，同时，加热炉内的传送元件运行；
(3)当检测到翻料机构处的管材信号后，翻料机构将管材推送至加热炉炉内的传送元件上之后，传送元件停止进料，所述进料炉门关闭；
(4)当进料炉门全关，传送元件停止运行，并且加热炉对送入的管材进行加热处理，当加热时间到一定时间以后，所述传送元件开始运行；
(5)加热炉的出料炉门处检测到管材之后，所述出料炉门打开，所述传送元件停止运行，当出料炉门全开以后，出料机构开始运行，将管材送入堆垛机构的堆垛框中；
(6)当检测到有管材进入堆垛框后，堆垛框在步进电机的驱动下在水平面内移动一定距离为下一根管材进入留出空间；
(7)当堆垛框内管材堆满一层后，步进电机反转，重复步骤(6)，实现第二层管材的堆垛，以此类推，直到堆垛完成。
本发明的管材堆垛装置，可对棒材与管材经各工序处理后按照稳定的捆型堆放，同时，可对过程数据如管道根数，加热炉温度，设备工作状态等关键数据进行实时监控，完成自诊断、报警和数据存储等功能。利用触摸屏进行现场监控，可实现自动、手动控制，既减小人工的劳动强度，又方便、快捷，且堆垛整齐的管材便于储存与运输，本发明通过自身运作，解决了人们手工码垛工业产品的方法效率低，工作量大，消耗大量人力的问题。
此外，本发明运用步进***进行每层的精确定位控制，利用成型装置保证能堆成稳定的类型，可以实现定数堆垛。同时，能够实时显示当前***所处的状态等信息，人机界面友好，有报警显示。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明管材堆垛工业机器人的结构示意图。
图2为本发明的智能管材堆垛工业机器人的工作流程图。
图3为可编程控制器的电路图。
图中：1-电磁阀，2-端子排，3-放料机构，4-直流电机门导轨，5-翻料机构，6-步进电机，7-滚珠丝杠，8-电机固定支架，9-V型轮，10-温度传感器，11-电动机，12-链条，13-传送元件，14-管材，15-传料机构。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图说明如下。
如图1所示，本发明的一种智能管材堆垛工业机器人，包括放料机构3、传料机构15、翻料机构5、加热炉、出料机构和堆垛机构；
其中，所述加热炉内设置有加热元件和用于传送管材的传送元件13；
所述堆垛机构包括步进电机6、滚珠丝杠7和用于堆放管材的堆垛框，堆垛框固定连接在滚珠丝杠7上，堆垛框能够在水平面内移动；
所述放料机构用于放出管材，并供给传料机构15；
传料机构15用于将放料机构3提供的管材传送至翻料机构处，翻料机构用于将传料机构送来的管材推送至加热炉内的传送元件上，所述加热元件对进入加热炉内的管材14进行加热处理，所述传送元件13用于将进入加热炉内的管材14从进料炉门处传送至出料炉门处；
出料机构用于将离开加热炉且加热处理完毕的管材输送至堆垛机构中，实现管材堆垛；
所述管材堆垛工业机器人还包括控制装置，控制装置包括上位机、第一可编程控制器和第二可编程控制器，所述上位机与第一可编程控制器相连，所述第一可编程控制器用于控制加热炉内的加热元件，所述第二可编程控制器与所述步进电机相连，用于控制堆垛框的移动。
所述堆垛机构还包括汽缸和限位开关，所述汽缸安装在所述堆垛框的下方，是控制堆垛框移动方向的动力辅助装置，所述限位开关设置在放料机构的挡板的后端。
所述上位机采用三菱GUT1000系列的触摸屏。
所述加热炉内设有温度传感器10，用于检测加热炉内的实际温度；所述管材堆垛工业机器人还包括两组光电传感器，每组两个，其中一组光电传感器配置在放料机构的两端，另一组光电传感器配置在出料机构的两端，用于检测是否有管材。
所述第一可编程控制器包括通讯模块、AD模块、DE模块和输入输出模块，工作时，上位机将加热炉的设定温度发送给第一可编程控制器，所述AD模块将采集到的加热炉内的实际温度与所述设定温度进行比较，当实际温度低于设定温度时加热炉开始加热，当实际温度高于设定温度时加热炉不加热。
第一可编程控制器采用的是Q系列PLC，第二可编程控制器采用的是FX系列PLC。第一可编程控制器中的通讯模块优选为CC-Link通讯模块。
所述放料机构3包括汽缸、平台和挡板，挡板设在平台上，挡板作直线运动；所述翻料机构底端设置有一个小型气缸，所述小型气缸的推杆末端与翻料机构相连接，当外部信号送达时，所述小型气缸推动翻料机构的翻板向上运动，将管材推进加热炉中。
所述传料机构15和所述出料机构3均包括电动机11、V型轮9和链条12，所述电动机11的动力输出轴通过链条12与对应的V型轮9上的轴相连，从而带动V型轮9转动。
所述加热元件为加热棒，所述加热炉内用于传送管材的传送元件13包括多根平行设置的中心轴、链条和直流电机，所述直流电机通过链条传动带动多根中心轴转动。
所述上位机设有设置画面，设置画面包括手动运行画面、自动运行画面、温度设置界面和运行控制界面，其中，所述手动运行画面能够对上述各机构进行手动调节。
气动控制回路包括气泵、调压阀和电磁阀，气动控制回路用于控制气缸的运动。
如图2所示的本发明的智能管材堆垛工业机器人的工作流程图，采用上述智能管材堆垛工业机器人的堆垛方法，包括以下步骤：
(1)启动加热炉内的加热元件开始加热，当加热炉内的实际温度达到人工设置在上位机中的设定温度后，放料机构开始放出管材；
(2)当检测到放料机构放出管材之后，加热炉的进料炉门打开，当进料炉门全开以后，开始送料，同时，加热炉内的传送元件运行；
(3)当检测到翻料机构处的管材信号后，翻料机构将管材推送至加热炉炉内的传送元件上之后，传送元件停止进料，所述进料炉门关闭；
(4)当进料炉门全关，传送元件停止运行，并且加热炉对送入的管材进行加热处理，当加热时间到一定时间以后，所述传送元件开始运行；
(5)加热炉的出料炉门处检测到管材之后，所述出料炉门打开，所述传送元件停止运行，当出料炉门全开以后，出料机构开始运行，将管材送入堆垛机构的堆垛框中；
(6)当检测到有管材进入堆垛框后，堆垛框在步进电机的驱动下在水平面内移动一定距离为下一根管材进入留出空间；
(7)当堆垛框内管材堆满一层后，步进电机反转，重复步骤(6)，实现第二层管材的堆垛，以此类推，直到堆垛完成。
实施例1
采用上述智能管材堆垛工业机器人进行管材堆垛加工时，首先要启动开始加热，当温度达到后，放料机构开始放料，当光电传感器检测到管材之后，进料炉门就会打开，当进料炉门全开以后，开始送料，炉内传送元件运行，当光电传感器检测到管材信号后，翻料机构将管材推送至炉内传送元件，传送元件停止进料，进料炉门关闭，当进料炉门全关，传送元件停止运行并开始加热，当加热时间到一定时间以后，炉内传送元件开始运行，传感器检测到管材之后出料炉门打开，炉内传送元件停止，当出料炉门全开以后，出料机构运行，当传感器检测到管材以后，步进电机移动到设定位置，当堆垛区的堆垛框内管材堆满一层后，步进电机反转，同时放料机构开始放料。
触摸屏设置的画面有手动运行画面，自动运行画面，温度设置界面以及运行控制界面，手动调试界面可以对硬件部分的各个执行机构进行手动调节，比如开炉门，关炉门，传料电机的启动，出料电机运行，在温度设置页面里面，我们可以设置加热的温度，当设定的温度小于温度显示检测的温度的时候，***才可以运行，当设定的温度大于实时温度的时候***无法工作，加热棒开始加热，设定加热温度为20度，此时按下启动按钮，当当前温度低于设定温度时候，调压模块开始工作，进行炉内加热，此时按下启动按钮，***不会工作，当当前温度大于等于设定温度时候，调压模块停止工作，此时按下启动按钮，***开始工作。
堆垛机构的运行过程具体为：工作时，上位机触摸屏将管材处理所需要的温度把它送给第一可编程控制器，第一可编程控制器的AD模块将采集过来温度信号与设定的温度形成对比，当理论温度低于设定值加热炉开始加热，当温度缓慢上升至设定温度，此时按下启动按钮，出料机构放料，传动机构感受到轨道上放料后，开始进料，翻料机构将管材送入加热炉中，调到热处理的时间，堆垛框检测到有管材进入向左移动一定的距离为下一根管材进入留出空间，当堆垛框第一层堆满管材时，气缸下沉，为堆垛第二层做准备，当下一根管材进入时，重复前面的步骤，当整个***堆满管材，***断电，传料结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，包括放料机构(3)、传料机构(15)、翻料机构(5)、加热炉、出料机构和堆垛机构；
其中，所述加热炉内设置有加热元件和用于传送管材(14)的传送元件(13)；
所述堆垛机构包括步进电机(6)、滚珠丝杠(7)和用于堆放管材(14)的堆垛框，堆垛框固定连接在滚珠丝杠(7)上，堆垛框能够在水平面内移动；所述放料机构(3)用于放出管材(14)，并供给传料机构(15)；
传料机构(15)用于将放料机构(3)提供的管材传送至翻料机构处，翻料机构用于将传料机构送来的管材(14)推送至加热炉内的传送元件(13)上，所述加热元件对进入加热炉内的管材进行加热处理；
出料机构用于将离开加热炉且加热处理完毕的管材输送至堆垛机构中，实现管材堆垛；
所述管材堆垛工业机器人还包括控制装置，控制装置包括上位机、第一可编程控制器和第二可编程控制器，所述上位机与第一可编程控制器相连，所述第一可编程控制器用于控制加热炉内的加热元件，所述第二可编程控制器与所述步进电机相连，用于控制堆垛框的移动。
2.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述堆垛机构还包括汽缸和限位开关，所述汽缸安装在所述堆垛框的下方，是控制堆垛框移动方向的动力辅助装置，所述限位开关设置在放料机构的挡板的后端。
3.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述上位机为触摸屏。
4.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述加热炉内设有温度传感器(10)，用于检测加热炉内的实际温度；所述管材堆垛工业机器人还包括两组光电传感器，每组两个，其中一组光电传感器配置在放料机构的两端，另一组光电传感器配置在出料机构的两端，用于检测是否有管材。
5.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述第一可编程控制器包括通讯模块、AD模块、DE模块和输入输出模块，工作时，上位机将加热炉的设定温度发送给第一可编程控制器，所述AD模块将采集到的加热炉内的实际温度与所述设定温度进行比较，当实际温度低于设定温度时加热炉开始加热，当实际温度高于设定温度时加热炉不加热。
6.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述放料机构包括汽缸、平台和挡板，挡板设在平台上，挡板作直线运动；所述翻料机构底端设置有一个小型气缸，所述小型气缸的推杆末端与翻料机构相连接，当外部信号送达时，所述小型气缸推动翻料机构的翻板向上运动，将管材推进加热炉中。
7.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述传料机构和所述出料机构均包括电动机(11)、V型轮(9)和链条(12)，所述电动机的动力输出轴通过链条与对应的V型轮上的轴相连，从而带动V型轮转动。
8.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述加热元件为加热棒，所述加热炉内用于传送管材的传送元件包括多根中心轴、链条和直流电机，所述直流电机通过链条传动带动多根中心轴转动。
9.根据权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人，其特征在于，所述上位机设有设置画面，设置画面包括手动运行画面、自动运行画面、温度设置界面和运行控制界面，其中，所述手动运行画面能够对上述各机构进行手动调节。
10.采用如权利要求1所述的智能管材堆垛工业机器人的堆垛方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动加热炉内的加热元件开始加热，当加热炉内的实际温度达到人工设置在上位机中的设定温度后，放料机构开始放出管材；
(2)当检测到放料机构放出管材之后，加热炉的进料炉门打开，当进料炉门全开以后，开始送料，同时，加热炉内的传送元件运行；
(3)当检测到翻料机构处的管材信号后，翻料机构将管材推送至加热炉炉内的传送元件上之后，传送元件停止进料，所述进料炉门关闭；
(4)当进料炉门全关，传送元件停止运行，并且加热炉对送入的管材进行加热处理，当加热时间到一定时间以后，所述传送元件开始运行；
(5)加热炉的出料炉门处检测到管材之后，所述出料炉门打开，所述传送元件停止运行，当出料炉门全开以后，出料机构开始运行，将管材送入堆垛机构的堆垛框中；
(6)当检测到有管材进入堆垛框后，堆垛框在步进电机的驱动下在水平面内移动一定距离为下一根管材进入留出空间；
(7)当堆垛框内管材堆满一层后，步进电机反转，重复步骤(6)，实现第二层管材的堆垛，以此类推，直到堆垛完成。
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