CN114603232A - 一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢结构工件生产技术领域，特别涉及一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人。包括机器人、末端执行器及翻转台，其中翻转台用于平板钢结构件的翻转；机器人设置于翻转台的一侧，末端执行器设置于机器人的执行末端，末端执行器用于平板钢结构件的码垛、搬运及坡口切割。本发明具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的优点，降低了人工成本，进而降低综合成本。
Description
技术领域
本发明属于钢结构工件生产技术领域，特别涉及一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人。
背景技术
中厚板的切割工艺，主要依靠人工进行中厚板的切割。在工件的切割环节，主要采用搬运方式是利用行车吊装，人工划线，人工标识，最后切割外形、割圆孔、开坡口等工作。对于复杂切割存在难以控制、加工效率低、人工成本居高不下的缺点。在中厚板的翻面环节，人工翻面不安全，最后人工进行切割另外一面。但是，对于钢结构中厚板通常较大，比较重，不易搬运，摆放位置难以精确控制，在切割过程中需要用翻面调整工件位置，安全隐患多，给操作者带来危险与不便。同时，切割过程只有切割工人自主进行，对工人的经验依赖程度大，无法保证切割质量和切割效率。因此，钢结构中厚板的切割和搬运过程采用人工进行，利用行车或者人工辅助翻面调整工件位置的加工方式存在不安全、自动化程度低、加工效率低、精度低、质量难以控制等缺点，加工成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，以解决现有钢结构切割工装及工艺存在不安全、自动化程度低、加工效率低、精度低以及人工成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，包括机器人、末端执行器及翻转台，其中翻转台用于平板钢结构件的翻转；机器人设置于翻转台的一侧，末端执行器设置于机器人的执行末端，末端执行器用于平板钢结构件的码垛、搬运及坡口切割。
在一种可能实现的方式中，所述末端执行器包括连接座、割炬、工件拾取机构、定位检测***及图像采集***，其中连接座的一端通过法兰接口与所述机器人的执行末端连接，连接座的另一端转动安装割炬，割炬用于平板钢结构件的钝边坡口切割；工件拾取机构和定位检测***均设置于连接座上，工件拾取机构用于平板钢结构件的拾取或释放；定位检测***用于检测平板钢结构的位置及尺寸；图像采集***设置于割炬上，用于平板钢结构件的钝边实时跟踪。
在一种可能实现的方式中，所述工件拾取机构包括气缸和电磁铁，其中气缸设置于所述连接座上，且输出端与电磁铁连接，电磁铁通过通断电实现平板钢结构件的吸附拾取和释放。
在一种可能实现的方式中，所述工件拾取机构和所述定位检测***分别设置于所述割炬的左右两侧。
在一种可能实现的方式中，所述定位检测***包括测距激光传感器和灰度视觉相机，其中测距激光传感器用于检测所述末端执行器和平板钢结构件之间的距离；灰度视觉相机用于检测平板钢结构件的位置及尺寸。
在一种可能实现的方式中，所述图像采集***包括结构光视觉相机，结构光视觉相机用于采集平板钢结构件的钝边图像。
在一种可能实现的方式中，所述翻转台包括固定座、偏心转动板及吸附叉，其中偏心转动板的一端通过偏心轴与固定座转动连接，偏心转动板的另一端连接吸附叉；偏心轴上套设有扭簧，扭簧使偏心转动板保持吸附叉位于最高点位置。
在一种可能实现的方式中，所述吸附叉位于最高点位置时，保持水平姿态；所述吸附叉通过磁性吸附工件。
在一种可能实现的方式中，靠近所述翻转台还设有下料码垛工位、上料码垛工位及切割工作台，切割工作台上设有工件支撑机构。
在一种可能实现的方式中，所述机器人为四轴码垛机器人，且设置于底座上。
本发明的优点及有益效果是：本发明是建筑平板钢结构件的机器人切割、搬运一体化工作站，运用智能控制***对工作站中各个设备统筹安排，提高了钢结构工件生产效率；运用翻面机构实现180°范围内的变位，翻面与切割和搬运的复合机器人相互配合，提高了切割和搬运过程中的安全性，提高了搬运与切割过程的效率性。
本发明运用定位检测***和图像采集***，实现中厚板的精确定位和精确焊接，保证切割的精准与稳定；整个中厚板工件的切割、搬运过程具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的优点，降低了人工成本，进而降低综合成本，是钢结构制造企业转型升级、实现自动化、智能化制造、提高市场竞争力的有效手段。
本发明采用四轴码垛机器人，码垛机器人拥有独立的连杆机构，而且它使用的是直线输送轨迹，所以非常平稳，传动的效率也是非常的高。
本发明采用四轴码垛机器人，四轴码垛机器人大多数零件都是在底部，手臂灵活，电量消耗的也慢，既节能又环保；而且就算是在高速运行的环境下，可靠性也是非常高的。
本发明使用四轴码垛机器人不仅仅是提高了工作效率，其简单的操作方式、方便的后期维护保养，降低了企业的生产成本以及人工成本投入。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人的等轴测图；
图2为本发明中末端执行器的等轴测图；
图3为本发明中翻转台的等轴测图；
图中：1为底座，2为机器人，3为末端执行器，301为法兰接口，302为连接座，303为割炬，304为电磁铁，305为吸附面，306为测距激光传感器，307为灰度视觉相机，308为结构光视觉相机，309为气缸，4为下料码垛工位，5为支撑杆，6为平板钢结构件，7为上料码垛工位，8为切割工作台，9为翻转台，901为固定座，902为偏心转动板，903为吸附叉。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，运用翻面机构实现180°范围内的变位，翻面机构与切割和搬运的复合机器人相互配合，提高了切割和搬运过程中的安全性，提高了搬运与切割过程的效率性。参见图1所示，该平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，包括机器人1、末端执行器3及翻转台9，其中翻转台9用于平板钢结构件6的180°翻转；机器人1设置于翻转台9的一侧，末端执行器3设置于机器人1的执行末端，末端执行器3用于平板钢结构件6的码垛、搬运及坡口切割。
参见图2所示，本发明的实施例中，末端执行器3包括连接座302、割炬303、工件拾取机构、定位检测***及图像采集***，其中连接座302的一端通过法兰接口301与机器人1的执行末端连接，连接座302的另一端转动安装割炬303，割炬303用于平板钢结构件6的钝边坡口等离子火焰切割；工件拾取机构和定位检测***均设置于连接座302上，工件拾取机构用于平板钢结构件6的拾取或释放；定位检测***用于检测平板钢结构的位置及尺寸；图像采集***设置于割炬303上，用于平板钢结构件6的钝边实时跟踪。
本发明的实施例中，工件拾取机构包括气缸309和电磁铁304，其中气缸309设置于连接座302上，且输出端与电磁铁304连接，电磁铁304通过通断电实现平板钢结构件6的吸附拾取和释放。
进一步地，工件拾取机构和定位检测***分别设置于割炬303的左右两侧，以提高整体的集成度，定位检测***能实现工件的精确定位。
定位检测***包括测距激光传感器306和灰度视觉相机307，其中测距激光传感器306用于检测末端执行器3和平板钢结构件6之间的距离；灰度视觉相机307用于检测平板钢结构件6的位置及尺寸。图像采集***包括结构光视觉相机308，结构光视觉相机308用于采集平板钢结构件6的钝边图像，能使割炬303实现坡口的精准切割。
参见图3所示，本发明的实施例中，翻转台9能实现平板钢结构件6的自动翻面，以便完成平板钢结构件6的两侧面的坡口切割。翻转台9包括固定座901、偏心转动板902及吸附叉903，其中偏心转动板902的一端通过偏心轴与固定座901转动连接，偏心转动板902绕偏心轴可以旋转180度。偏心转动板902的另一端连接吸附叉903；偏心轴上套设有扭簧，扭簧使偏心转动板902保持吸附叉903位于最高点位置。也就是说，偏心转动板902处于静止位置时，保持吸附叉903在上部。
进一步地，吸附叉903位于最高点位置时，保持水平姿态；吸附叉903通过磁性吸附工件。当平板钢结构件6放在吸附叉903上，吸附叉903可以电磁吸附平板钢结构件6的底面，依靠偏心重力偏心转动板902带动平板钢结构件6进行180°的旋转，吸附叉903位于最低位置，此时使平板钢结构件6翻面，即平板钢结构件6的底面朝上。平板钢结构件6翻面后，电磁铁304的吸附面305吸附平板钢结构件6朝上的底面，吸附叉903与平板钢结构件6解除吸附。
在上述实施例的基础上，参见图1所示，靠近翻转台9还设有下料码垛工位4、上料码垛工位7及切割工作台8，切割工作台8上设有工件支撑机构。本实施例中，工件支撑机构包括至少三根支撑杆5，将平板钢结构件6放置在支撑杆5上，进行坡口切割。优选地，机器人1为四轴码垛机器人，且设置于底座1上，四轴码垛机器人可以提供末端执行器3的空间四自由度运动。本实施例中，机器人2采用沈阳新松机器人自动化股份有限公司的SRM300A型号四轴码垛机器人。本发明采用四轴码垛机器人，四轴码垛机器人拥有独立的连杆机构，而且它使用的是直线输送轨迹，所以非常平稳，传动的效率也是非常的高。四轴码垛机器人大多数零件都是在底部，手臂灵活，电量消耗的也慢，既节能又环保；而且就算是在高速运行的环境下，可靠性也是非常高。
本发明的实施例中，连接座302的另一端为U型开口结构，割炬303通过转轴安装在U型开口内。割炬303与连接座302之间可以调整切割工艺角度，例如30°、45°、90°等等，完成平板钢结构件6不同角度的坡口切割。调整方式可以是人工，也可以是伺服调整。工件拾取机构中，气缸309的输出端连接电磁铁304，气缸309通过伸缩将电磁铁304伸出且凸出于割炬303的外侧或缩回至割炬303的内侧，电磁铁304通过吸附面305可以吸附平板钢结构件6。连接座302上安装有测距激光传感器306，测距激光传感器306用于一垛平板钢结构件6距离末端执行器3高低位置的测量。灰度视觉相机307用于获得平板钢结构件6相对切割工作台8或者相对于码垛工位的水平位置及平板钢结构件6的大小尺寸。结构光视觉相机308用于割炬303等离子火焰切割平板钢结构件6的钝边时，在线对钝边的距离跟踪，使割炬303完成精确切割。
本发明提供的一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其工作流程是：
1)机器人2将末端执行器3运行到平板钢结构件6的上料码垛工位7处，很多个平板钢结构件6在高度方向叠放，测距激光传感器306检测末端执行器3距离最上一个平板钢结构件6的高度位置，灰度视觉相机307检测平板钢结构件6的尺寸、规格；
2)气缸309伸出，气缸309驱动电磁铁304向下凸出于割炬303的外侧；
3)电磁铁304通过吸附面305吸附平板钢结构件6，将平板钢结构件6从上料码垛工位7拾取且放置到切割工作台8上的支撑杆5的上端；
4)气缸309缩回，气缸309带动电磁铁304向上运动，收纳于割炬303的内侧；
5)割炬303对平板钢结构件6的一面钝边进行切坡口，完成一面钝边的坡口切割工艺；
6)气缸309伸出，气缸309驱动电磁铁304向下凸出于割炬303的外侧；
7)电磁铁304通过吸附面305吸附平板钢结构件6的上面，机器人2将平板钢结构件6从支撑杆5上拾取，且放置到翻转台9的吸附叉903上；
8)吸附叉903电磁吸附平板钢结构件6的底面；
9)电磁铁304的吸附面305与平板钢结构件6的上面解除吸附；
10)偏心转动板902依靠偏心重力旋转180°，使平板钢结构件6翻面，平板钢结构件6的底面朝上；
11)电磁铁304的吸附面305与平板钢结构件6的底面接触，吸附已经翻面的平板钢结构件6；
12)吸附叉903与平板钢结构件6的上面解除吸附；
13)机器人2将电磁铁304吸附的平板钢结构件6，从翻转台9的吸附叉903上拾取且放置到切割工作台8上的支撑杆5上；
14)气缸309收缩，气缸309带动电磁铁304向上运动，且收纳于割炬303的内侧；
15)割炬303对平板钢结构件6的另一面钝边进行切坡口，完成另一面钝边的坡口切割工艺；
16)通过电磁铁304的吸附面305吸附已完成两面等离子切割坡口的平板钢结构件6，将平板钢结构件6由支撑杆5的上端，搬运到下料码垛工位4码好。
本发明是建筑平板钢结构件的机器人切割、搬运一体化工作站，运用智能控制***对工作站中各个设备统筹安排，提高了平板钢结构工件生产效率；运用翻面机构实现180°范围内的变位，翻面机构与切割和搬运的复合机器人相互配合，提高了切割和搬运过程中的安全性，提高了搬运与切割过程的效率性。
本发明运用定位检测***和图像采集***，实现中厚板的精确定位和精确焊接，保证切割的精准与稳定；整个中厚板工件的切割、搬运过程具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的优点，降低了人工成本，进而降低综合成本，是钢结构制造企业转型升级、实现自动化、智能化制造、提高市场竞争力的有效手段。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，包括机器人(1)、末端执行器(3)及翻转台(9)，其中翻转台(9)用于平板钢结构件(6)的翻转；机器人(1)设置于翻转台(9)的一侧，末端执行器(3)设置于机器人(1)的执行末端，末端执行器(3)用于平板钢结构件(6)的码垛、搬运及坡口切割。
2.根据权利要求1所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述末端执行器(3)包括连接座(302)、割炬(303)、工件拾取机构、定位检测***及图像采集***，其中连接座(302)的一端通过法兰接口(301)与所述机器人(1)的执行末端连接，连接座(302)的另一端转动安装割炬(303)，割炬(303)用于平板钢结构件(6)的钝边坡口切割；工件拾取机构和定位检测***均设置于连接座(302)上，工件拾取机构用于平板钢结构件(6)的拾取或释放；定位检测***用于检测平板钢结构的位置及尺寸；图像采集***设置于割炬(303)上，用于平板钢结构件(6)的钝边实时跟踪。
3.根据权利要求2所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述工件拾取机构包括气缸(309)和电磁铁(304)，其中气缸(309)设置于所述连接座(302)上，且输出端与电磁铁(304)连接，电磁铁(304)通过通断电实现平板钢结构件(6)的吸附拾取和释放。
4.根据权利要求2所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述工件拾取机构和所述定位检测***分别设置于所述割炬(303)的左右两侧。
5.根据权利要求2所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述定位检测***包括测距激光传感器(306)和灰度视觉相机(307)，其中测距激光传感器(306)用于检测所述末端执行器(3)和平板钢结构件(6)之间的距离；灰度视觉相机(307)用于检测平板钢结构件(6)的位置及尺寸。
6.根据权利要求2所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述图像采集***包括结构光视觉相机(308)，结构光视觉相机(308)用于采集平板钢结构件(6)的钝边图像。
7.根据权利要求1所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述翻转台(9)包括固定座(901)、偏心转动板(902)及吸附叉(903)，其中偏心转动板(902)的一端通过偏心轴与固定座(901)转动连接，偏心转动板(902)的另一端连接吸附叉(903)；偏心轴上套设有扭簧，扭簧使偏心转动板(902)保持吸附叉(903)位于最高点位置。
8.根据权利要求7所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述吸附叉(903)位于最高点位置时，保持水平姿态；所述吸附叉(903)通过磁性吸附工件。
9.根据权利要求1所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，靠近所述翻转台(9)还设有下料码垛工位(4)、上料码垛工位(7)及切割工作台(8)，切割工作台(8)上设有工件支撑机构。
10.根据权利要求1所述的平板码垛、搬运及坡口切割智能机器人，其特征在于，所述机器人(1)为四轴码垛机器人，且设置于底座(1)上。
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- 2022-03-07 CN CN202210218898.4A patent/CN114603232A/zh active Pending
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