CN111703687A - 一种自动化料架总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化料架总成，包括可水平定向移动的料架；料架包括料架底盘，料架底盘的左右两端分别设有料架左侧壁和料架右侧壁，料架左侧壁和料架右侧壁上相对的安装有重力复位式托料器；所述重力复位式托料器包括支撑件和固定件，支撑件的外侧端连接有物料下限位件，物料下限位件上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构，固定件的内侧端固定，外侧端贯通设有转动销孔；支撑件的中部同样设有转动销孔，通过支撑件转动销将固定件与支撑件可转动的连接。本发明的有益效果是：采用了重力复位式托料器，以实现自动复位的功能，采用了精确对位***以实现自动定位，从而具备了配合自动化装配生产线的高自动化、高精度的特点。

Description

一种自动化料架总成

技术领域

本发明涉及生产辅助设施领域，具体是一种自动化料架总成。

背景技术

中国专利文献CN205254960U于2016年5月26日公开了“汽车冲压板材防尘存放料架”，包括矩形框架本体；所述矩形框架本体由上至下间隔设置有多层托架，在矩形框架本体顶部的两长边上间隔设置有多个拉链挂钩；所述托架由前后平行设置在矩形框架本体上的前、后支撑杆和平行间隔设置在所述前、后支撑杆上的多个托杆构成；在矩形框架本体顶部设置有多条加强筋。本发明优点在于立体结构简单实用、空间利用率高。顶部的拉链挂钩可挂置拉帘，能极大提高板材的清洁度，对于一次生产未使用完的板材可再次入架存放，保证其清洁度。整个结构采用方钢焊接，每层托架中间设置托杆存放板材，根据板材尺寸设置不同的托杆密度，既能满足不同规格尺寸的板材存放，又便于叉车取放板材操作。此类传统的料架，为了节约占地面积而普遍采用了多层结构，每一层都放置有物料。在汽车制造业已经进入自动化生产的时期，传统料架的缺陷就暴露出来了，比较重要的一点是，装配机械手无法如人手般灵活的将物料从料架中取出。为了适应自动化生产的需要，可以将料架改造为上端开放，机械手抓取最上方的物料后向上取出。物料在料架上的放置状态，总是位于一个承载面上，小规格物料可以是承载平台，大规格物料通常用托料器，在工作状态，托料器和物料的水平投影必然是有部分重合的，因此在多层料架中，上一层的托料器对下一层的物料上行造成了干涉。同时，料架在装配流水线旁所处的位置精确度不高，机械臂抓取不同料架上的物料的抓取点都不同，甚至在同一料架上不同的物料都有不同。理论上，机械臂抓取物料时，抓取点位于物料重心处为最佳，其次是在物料上专设的机械臂抓取点也可，除此之外的抓取点，或者导致物料安装时受力不均匀，或者导致抓取造成物料表面缺陷，最终均将形成为装配的质量缺陷或者质量隐患，对整车质量造成影响。而传统的料架根本无法满足位置精度的要求。因此，可以认为，现有的传统料架无法适应当前自动化装配生产线的高自动化、高精度的要求。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种自动化料架总成，采用了重力复位式托料器，以实现自动复位的功能，采用了精确对位***以实现自动定位，从而具备了配合自动化装配生产线的高自动化、高精度的特点。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：一种自动化料架总成，包括可水平定向移动的料架；料架包括料架底盘，料架底盘的左右两端分别设有料架左侧壁和料架右侧壁，料架左侧壁和料架右侧壁上相对的安装有重力复位式托料器；所述重力复位式托料器包括支撑件和固定件，支撑件的外侧端连接有物料下限位件，物料下限位件上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构，固定件的内侧端固定，外侧端贯通设有转动销孔；支撑件的中部同样设有转动销孔，通过支撑件转动销将固定件与支撑件可转动的连接；支撑件的内侧端连接有配重块；料架托盘设于运动部件上，料架托盘的上表面沿左右向凸起的设有料架限位挡块，料架底盘的后侧边紧贴料架限位挡块；至少最上端的重力复位式托料器上安装有激光测距传感器；料架上设有控制中心，控制中心与激光测距传感器、驱动料架水平定向移动的机构信号连接。

本技术方案设计的自动化料架总成，包括料架，也可以包括料架托盘，料架托盘平置的设于运动部件上，例如传送带、传送轨道等，以确保其可沿水平方向定向移动。料架则置于料架托盘上，通过吊装或叉车取放。料架托盘的上表面沿左右向凸起的设有料架限位挡块，料架底盘的后侧边紧贴料架限位挡块，因此可确保料架随着料架托盘定向移动，且无论何时，料架的深度方向的位置始终不变。如果将运动部件与料架整合在一起，也可以省略料架托盘和料架限位挡块。料架包括料架底盘，如传统结构，料架托盘一般设置为矩形，料架底盘的左右两端各设有料架左侧壁和料架右侧壁，并在料架左侧壁和料架右侧壁上安装有重力复位式托料器。重力复位式托料器，通常以数个为一组，位置布局上适应物料托放状态。例如用于长杆状的物料，则通常会在物料长度方向的两端即料架左侧壁和料架右侧壁各设置一个，以相对方向布局。重力复位式托料器包括位于外侧方向的支撑件和位于内侧方向的固定件。固定件的内侧端通常固定，如果使用在料架上，则可以按需固定在料架端部的立柱上。固定件的外侧端为自由端，沿水平向设有转动销孔；同样的，支撑件的中部也沿水平向设有转动销孔。支撑件转动销同时穿过两个转动销孔，将固定件的外侧端和支撑件的中部可转动的连接起来。为了适配物料端部的形状，支撑件的外侧端通常会设有物料下限位件，物料端部就会以重力方式适配的置于物料下限位件的定位结构中。而支撑件的内侧端则连接有配重块。从整体上而言，本重力复位式托料器构成了一个杠杆结构：杠杆的支点是支撑件转动销；支撑件转动销至物料下限位件之间的支撑件构成杠杆一侧的力臂，力则是分配至本重力复位式托料器上的物料的重力；支撑件转动销至配重块之间支撑件构成杠杆另一侧的力臂，力则是配重块受到的重力。当支点左右两侧的力矩平衡时，支撑件处于工作状态，物料可以稳定的托放在支撑件上；当机械臂从下向上取走物料时，力矩平衡被打破，力臂旋转，支撑件的外侧向上升起，内侧向下降落，直至处于配重块位于最下方的竖直状态，此时支撑件处于复位状态，下方物料上行的干涉消失，机械臂可以继续抓取下方的物料，最终可以将多层料架上所有的物料按照从上到下的次序依次取走。上述杠杆结构中的力臂、力矩等参数值，均由本领域技术人员根据实际需要自行计算确定，也可以随物料的不同而进行必要的适应性更改。料架是多层的，各层的物料放置位置在左右向上也是相同的。最上端的重力复位式托料器上安装有激光测距传感器，例如可以安装在物料下限位件的下侧，不会干扰放置物料，测距激光的信号也不会被阻挡干扰。激光的照射方向为对向的激光测距传感器方向。料架上设有控制中心，激光测距传感器的信号会传递给控制中心。而控制中心也同时与驱动料架水平定向移动的机构信号连接，例如滚轮电机、传动带电机等。当机械臂伸出要抓取物料时，先在物料下方对应激光测距传感器的激光射出方向停滞一下，此时两侧的激光测距仪都会测得自身至机械臂的距离，并传递信息至控制中心，控制中心比较两侧的距离数据，可以算出机械臂位于左右两重力复位式托料器之间的精确位置参数，并与目标参数进行比对，进一步算出需要将料架向哪个方向移动多少，并将驱动动作数据传递给驱动料架水平定向移动的机构执行，将料架精确定位至某点，使机械臂无需左右移动，即可在标准位置夹取物料，实现高速自动化、高精度装配。

作为优选，支撑件的内侧端贯通设有转动销孔，配重块的上部同样设有转动销孔，通过配重块转动销将配重块与支撑件可转动的连接。为了使支撑件在复位状态时处于最佳的竖直态，本方案将配重块与支撑件的内侧端设计为转动连接，确保支撑件在复位状态时配重块必然处于最低位置，而支撑件必然是竖直状态。

作为优选，支撑件上固定有工作姿态限位件；当支撑件绕支撑件转动销转动至工作姿态时，工作姿态限位件与固定件的下端实现限位。工作姿态限位件与固定件的下端形成的限位，可以帮助支撑件稳定在工作姿态，无需凭借杠杆结构的力矩平衡来实现稳定，可以显著提高效率。

作为优选，所述工作姿态限位件为杆状，轴向平行于支撑件转动销的轴向。从制造角度而言，设计杆状的工作姿态限位件最为便捷，效果最明显。

作为优选，固定件的下端设有上凹的工作姿态限位件配合槽，工作姿态限位件配合槽的位置和尺寸与工作姿态限位件的限位部适配。该方案可以确保处于工作姿态的固定件被配合槽稳定限位。

作为优选，支撑件上固定有复位姿态限位件；当支撑件绕支撑件转动销转动至竖直姿态时，复位姿态限位件与固定件的上端实现限位。另一方面，支撑件上也可以设计出复位姿态限位件，当物料被机械臂快速取走后，由于转动惯性，支撑件会绕支撑件转动销转动并往复摆荡，有可能对下层物料的取出造成新的干涉。采用复位姿态限位件即可消除摆荡，使支撑件快速定位。

作为优选，所述支撑件为相对设置的2个或以上薄板，薄板的长度方向沿垂直于支撑件转动销的轴向的方向延伸，厚度方向平行于支撑件转动销的轴向。本方案为减重设计，采用薄板结构，在受力强度相近的前提下，减轻了杠杆一侧的重力，因此杠杆另一侧的配重块也可以随之减重，整个重力复位式托料器的重量就会下降，最终可以帮助整个料架的重量降低。

作为优选，料架左侧壁和料架右侧壁的上方通过摇臂连接有保险杆，保险杆的轴向垂直于物料摆放方向；摇臂带动保险杆在低位的水平位和高位的竖直位之间摆动，保险杆处于低位时横跨在物料上方。本方案是一个保险方案。在未设计保险杆前，料架上方是无保护的，最上方的物料可能因为料架移动过程中的颠簸而从重力复位式托料器的定位结构中脱出掉落。使用了本方案，保险杆就横跨在最上方的物料上，通过选择合适的摇臂的长度，就能确保最上方的物料在颠簸造成意外脱出而向上移动时被保险杆拦阻。

作为优选，料架左侧壁和料架右侧壁还固定连接有搭扣锁安装臂，搭扣锁安装臂与摇臂之间以搭扣锁副锁定。为了使保险杆保持持续锁定的状态，本方案选用了搭扣锁副，在料架移动时扣上搭扣锁，在到达目的地开始供料时打开搭扣锁，翻起保险杆，取消物料的上方限位。

作为优选，保险杆的下方安装有与物料上侧面端部形状适配的定位结构。该方案用来保护最上方的物料端部的上方。

作为优选，底板上对应位置固定有物料下限位件；各个重力复位式托料器的撑件的外侧端下方固定有物料上限位件。

综上所述，本发明的有益效果是：采用了重力复位式托料器，以实现自动复位的功能，采用了精确对位***以实现自动定位，从而具备了配合自动化装配生产线的高自动化、高精度的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明重力复位式托料器的结构示意图。

图3是本发明重力复位式托料器的另一视角的结构示意图。

其中：1料架托盘，2料架限位挡块，11支撑件，12物料下限位件，13固定件，14支撑件转动销，15配重块，16配重块转动销，17工作姿态限位件，18工作姿态限位件配合槽，19复位姿态限位件，31料架底盘，32料架左侧壁，33料架左侧壁，34激光测距传感器，35控制中心，36摇臂，37保险杆，38搭扣锁安装臂，39搭扣锁副，40物料上限位件。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例为一种自动化料架总成，应用在某汽车装配车间内。该料架总成用来承载某款越野车的侧踏板。料架有4层，每一层均放置近侧、中侧、远侧3个，一个料架可以承载12个侧踏板，在汽车装配流水线旁配合机械臂供料。

如图1所示，本例的自动化料架总成包括料架托盘1和料架。料架托盘1水平固定在轨道车上，轨道车平行于汽车装配线的前进方向，因此料架托盘1也随着轨道车同步前进后退。料架托盘1的上表面远侧沿左右向凸起的设有料架限位挡块2。料架则包括矩形的料架底盘31，料架底盘31的左右两端分别设有料架左侧壁32和料架右侧壁33。本例中的料架左侧壁32和料架右侧壁33由多根纵向固定的纵杆构成。料架底盘31下方的四角各自固定有一个底脚，使料架底盘31与料架托盘1之间设有间隙，可供叉车操作。料架底盘31、料架左侧壁32和料架右侧壁33、底脚均由槽钢、角钢等钢材牢固焊接而成。料架底盘31的后侧边紧贴料架限位挡块2，因此可确保：料架随着料架托盘1定向移动，且料架在料架托盘1的深度方向上始终不变。在料架左侧壁32和料架右侧壁33上，相对安装有相应数量的重力复位式托料器。

如图2、图3所示，本例的重力复位式托料器包括支撑件11和固定件13。本例的固定件13为一左一右成对设计，内侧端为固定端，可与构成料架左侧壁32或料架右侧壁33的纵杆固定，外侧端为自由端，在自由端设有水平向的转动销孔。本例的支撑件11同样由一左一右两条扁钢冲压形成，外侧端固定有物料下限位件12。物料下限位件12上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构，即本例中的开口向上向外的凹槽，工作时侧踏板的其中一端就适配的嵌在凹槽内。支撑件11的内侧端则连接配重块15。支撑件11的中部也同样设有水平向的转动销孔，支撑件转动销14同时穿过两个转动销孔，将固定件13的外侧端和支撑件11的中部可转动的连接起来，使支撑件11和固定件13、配重块15构成一个杠杆结构：一侧是以支撑件转动销14外侧的支撑件11为力臂，以物料下限位件12上的物料重量为力，另一侧是以支撑件转动销14内侧的支撑件11为力臂，以配重块15的重量为力。

支撑件11的内侧端也贯通设有转动销孔，配重块15的上部同样设有转动销孔，通过配重块转动销16将固定件与支撑件可转动的连接，因此可以将支撑件转动至完美的竖直状态。

为了提供必要的限位，支撑件11上固定有工作姿态限位件17和复位姿态限位件19。本例中，工作姿态限位件17为焊接在支撑件11两扁钢底部之间的圆形钢条，轴向平行于支撑件转动销15的轴向，长度略大于固定件13两侧的宽度。固定件13的下端设有上凹的工作姿态限位件配合槽18，工作姿态限位件配合槽18的位置和尺寸与工作姿态限位件15的限位部适配。当物料放上支撑件11的外侧端时，支撑件11受力转动，至水平位置时，工作姿态限位件17受到工作姿态限位件配合槽18限位，使支撑件11保持在工作姿态。复位姿态限位件19也同样是圆形钢条，焊接在支撑件11两扁钢顶部之间，同样也是轴向平行于支撑件转动销15的轴向，长度略大于固定件13两侧的宽度。当物料被取走后，支撑件11受配重块重力作用而反向转动，至最优的竖直状态时，复位姿态限位件19受固定件13的上端面限制，将支撑件11保持在竖直的复位姿态，以消除对机械臂向上抓取下层侧踏板的干涉。

本例中料架的侧踏板布置为4层、3列。最下层的侧踏板未采用重力复位式托料器，而是直接搭接在底层物料架上，底层物料架是焊接固定在料架底盘31上方的固定支架，与料架底盘31之间形成间隙，可供机械臂伸入。底层物料架上也在对应位置设置有物料下限位件12。同时，上方的各个重力复位式托料器的支撑件11的外侧端，在物料下限位件12的下方还安装有物料上限位件40。物料上限位件40的下端面上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构，使下层的物料下限位件12和上层的物料上限位件40构成对侧踏板端部的上下夹持状态。

其中，最上层的重力复位式托料器的物料上限位件40上安装有激光测距传感器34。如图2、图3所示为位于右侧的最上端的重力复位式托料器，左侧的略。两侧的激光测距传感器34的激光照射方向平行于料架的左右方向，即均朝向对向的激光测距传感器方向。料架的进侧左下角，料架底盘31的上方，固定安装有控制中心，采用PLC控制，与各激光测距传感器34信号连接，也与轨道车的驱动电机信号连接。连接方式可以是有线的，也可以是无线的，本例使用的是无线传输方式。

在料架上还安装有保险结构。以料架右侧壁33为例，料架右侧壁33的近侧、远侧两纵杆上相对的向左侧固定伸出一对搭扣锁安装臂38，在搭扣锁安装臂38的根部以转动销各自转动连接一个摇臂36，两摇臂36的端部之间连接保险杆37。保险杆37的轴向为垂直于侧踏板在料架上的放置方向。在保险杆37上对应位置安装有3个物料上限位件40。摇臂36可在9点方向和12点方向上往复转动，当转动至9点方向时，保险杆37横跨在最上方的一层侧踏板上，并通过3个物料上限位件40与侧踏板实现限位；当转动至12点方向时，保险杆37同步移动至上方外侧，解除对最上方的一层侧踏板的锁定。搭扣锁安装臂38和同侧的摇臂36之间以搭扣锁副39实现手动的锁定和解锁。料架左侧与此同理。

本例的自动化料架总成，料架托盘1始终在汽车装配流水线旁往复运动，料架的放上和取下料架托盘1均采取叉车方式。当需要上料时，叉车将已经放置好侧踏板的料架放上料架托盘1，顶住料架限位挡块2实现深度方向的定位。之后操作人员打开搭扣锁副39，摇起摇臂，解除保险杆37对最上层侧踏板的锁定。之后机械臂伸入料架内，在最近侧最上层的侧踏板处稍作停留，使两侧激光测距传感器34侦测到此时机械臂的距离，并将信号传递给控制中心35。控制中心35据此计算出机械臂当前位置与设定位置之间的距离，并立即发指令至轨道车运动电机，使轨道车载着料架做精确的左右向移动，使设定的夹持位置正对机械臂，此时机械臂即做夹取动作，将最近侧最上层的侧踏板向上取走。取走侧踏板后，两端的重力复位式托料器由重力驱动而复位，暴露下方的侧踏板，供机械臂继续夹取。由于同一列上下的侧踏板的左右位置是完全一致的，因此下方的侧踏板在夹取时无需调节左右方向。最近一列的4个侧踏板夹取完毕后，需要夹取居中的一列侧踏板。由于物料的形状不规则，局部有需要避让的凹凸结构，因此最近列、中间列、最远列的侧踏板在左右位置上均不同，故每次开始抓取新的一列侧踏板时，机械臂都会经过最上层激光测距传感器34的测距、轨道车的重新定位过程。直至将料架上所有侧踏板全部抓取完毕。最后仍然由叉车将空的料架取下料架托盘1，再放上新的一个料架，继续为装配生产线供料。

Claims (10)

1.一种自动化料架总成，包括可水平定向移动的料架；料架包括料架底盘（31），料架底盘（31）的左右两端分别设有料架左侧壁（32）和料架右侧壁（33），其特征是，料架左侧壁（32）和料架右侧壁（33）上相对的安装有重力复位式托料器；所述重力复位式托料器包括支撑件（11）和固定件（13），支撑件（11）的外侧端连接有物料下限位件（12），物料下限位件（12）上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构，固定件（13）的内侧端固定，外侧端贯通设有转动销孔；支撑件（11）的中部同样设有转动销孔，通过支撑件转动销（14）将固定件（13）与支撑件（11）可转动的连接；支撑件（11）的内侧端连接有配重块（15）；最上端的重力复位式托料器上安装有激光测距传感器（34）；料架上设有控制中心（35），控制中心（35）与激光测距传感器（34）、驱动料架水平定向移动的机构信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动化料架总成，其特征是，支撑件（11）的内侧端贯通设有转动销孔，配重块（15）的上部同样设有转动销孔，通过配重块转动销（16）将配重块（15）与支撑件（11）可转动的连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动化料架总成，其特征是，支撑件（11）上固定有工作姿态限位件（17）；当支撑件（11）绕支撑件转动销（14）转动至工作姿态时，工作姿态限位件（17）与固定件（13）的下端实现限位。

4.根据权利要求3所述的一种自动化料架总成，其特征是，所述工作姿态限位件（17）为杆状，轴向平行于支撑件转动销（14）的轴向。

5.根据权利要求4所述的一种自动化料架总成，其特征是，固定件（13）的下端设有上凹的工作姿态限位件配合槽（18），工作姿态限位件配合槽（18）的位置和尺寸与工作姿态限位件（17）的限位部适配。

6.根据权利要求1或2所述的一种自动化料架总成，其特征是，支撑件（11）上固定有复位姿态限位件（19）；当支撑件（11）绕支撑件转动销（14）转动至竖直姿态时，复位姿态限位件（19）与固定件（13）的上端实现限位。

7.根据权利要求1或2所述的一种自动化料架总成，其特征是，所述支撑件（11）为相对设置的2个或以上薄板，薄板的长度方向沿垂直于支撑件转动销（14）的轴向的方向延伸，厚度方向平行于支撑件转动销（14）的轴向。

8.根据权利要求1或2所述的一种自动化料架总成，其特征是，料架左侧壁（32）和料架右侧壁（33）的上方通过摇臂（36）连接有保险杆（37），保险杆（37）的轴向垂直于物料摆放方向；摇臂（36）带动保险杆（37）在低位的水平位和高位的竖直位之间摆动，保险杆（37）处于低位时横跨在物料上方。

9.根据权利要求8所述的一种自动化料架总成，其特征是，料架左侧壁（32）和料架右侧壁（33）还固定连接有搭扣锁安装臂（38），搭扣锁安装臂（38）与摇臂（36）之间以搭扣锁副（39）锁定。

10.根据权利要求8所述的一种自动化料架总成，其特征是，保险杆（37）的下方安装有物料上限位件（40）；物料上限位件（40）的下端面上设有与物料下侧面端部形状适配的定位结构。

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