一种机械手装置和码垛设备及码垛方法与流程

本发明涉及码垛机械技术领域，具体涉及一种机械手装置和码垛设备及码垛方法。

背景技术：

目前，市场上多采用叉板式机械手将细长物料按照一定的顺序码垛成型，现有技术中，叉板式机械手的叉板相对机械臂固定，使用时，机械手将物料搬运到放置点并将物料堆垛后需抽取叉板，需整体移动机械手进行叉取并搬运物料，而非仅仅通过移动叉板的方式抽取叉板，在抽取叉板时，整个机械手均参与移动，在空间有限的环境下，这种机械手的使用会受限；同时，采用这种机械手的码垛机在机械手整体移动的方向上行程比较长，占用了不必要的空间，导致码垛机械设备的结构更加复杂，且浪费能源；此外，现有的码垛设备虽可在一定程度上满足细长物料的插取、码垛等两道工序的要求，但，设备操作性欠佳，码垛稳定性不理想，例如，当细长物料被码垛到一定高度时物料的上层会比较松散，松散的上层物料又会对新一层物料的堆放造成影响，当细长物料在长度方向上略有倾斜时，也会造成被码垛的细长物料在长度方向出现错乱和叠加，从而造成码垛失败，进一步造成生产线的中断，不利于有序稳定的生产操作。

因此，本发明提供了一种机械手装置和码垛设备及码垛方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种机械手装置和码垛设备及码垛方法，能够解决现有技术中机械手使用受空间限制，码垛设备行程较长，码垛稳定性差和效率低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种机械手装置，其特征在于，包括：机械臂、第一移动机构和伸缩式叉板，其中，所述机械臂设有抓取部；所述第一移动机构相连并驱动所述机械臂沿预定轨迹运动；所述伸缩式叉板与所述抓取部活动连接，并相对于所述抓取部可线性伸缩运动，所述伸缩式叉板缩向所述抓取部时，所述抓取部闭合形成物料的容纳空间，所述伸缩式叉板向远离所述抓取部伸出时，所述抓取部开启释放所述容纳空间的物料。

根据本发明的一个方面，所述伸缩式叉板包括相连接的伸缩杆和叉板，所述伸缩杆与所述抓取部活动连接，并带动所述叉板相对于所述抓取部线性伸缩运动时，使所述容纳空间开启或闭合。

根据本发明的一个方面，所述伸缩杆上设有齿条，所述抓取部设有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合并驱动所述伸缩杆线性往复运动。

根据本发明的一个方面，所述抓取部包括抓取主体和挡板，所述抓取主体上设有导向轨，所述伸缩杆的一端与所述导向轨配合且可沿所述导向轨线性运动，所述伸缩杆的另一端与所述叉板固定连接，使所述抓取主体、所述挡板和所述叉板可形成封闭的容纳空间。

根据本发明的一个方面，所述导向轨采用盲孔结构，所述伸缩杆伸入所述导向轨的孔腔内可沿所述导向轨线性的往复直线运动，使所述叉板相对于所述抓取主体直线伸缩移动。

根据本发明的一个方面，所述挡板通过第一铰接点设在所述抓取主体上，所述挡板可绕所述第一铰接点转动，使所述容纳空间开启与闭合。

根据本发明的一个方面，所述抓取部还包括第一压板和纵向移动机构，所述第一压板与所述挡板之间活动铰接有连杆，所述纵向移动机构设在所述第一压板和所述抓取主体之间，所述纵向移动机构可驱动所述第一压板相对于所述抓取主体纵向移动，所述第一压板通过所述连杆可带动所述挡板绕所述第一铰接点转动，使所述抓取部的容纳空间开启与闭合。

根据本发明的一个方面，所述连杆与所述第一压板通过滑块连接，所述第一压板上设有导向滑槽，所述滑块活动安装在所述导向滑槽内，使所述第一压板可带动所述挡板开启与闭合所述容纳空间，并在开启和闭合时锁定所述滑块的位置。

根据本发明的一个方面，所述导向滑槽为斜槽。

根据本发明的一个方面，所述导向滑槽包括连通的直槽部和斜槽部。

根据本发明的一个方面，所述抓取主体上设有与所述滑块匹配的横向滑轨，所述滑块通过所述横向滑轨与所述抓取主体连接，所述滑块在所述横向滑轨的约束下横向移动，牵引所述挡板开启与闭合。

根据本发明的一个方面，在所述抓取主体底部和所述叉板之间设有导轨结构，所述导轨结构连接所述抓取主体和所述叉板，使所述叉板沿所述导轨结构相对于所述抓取主体移动。

根据本发明的一个方面，所述挡板的端部设有卡槽，所述卡槽可与所述叉板卡接。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种码垛设备包括以上任一方面的机械手装置，还包括支撑体以及设在所述支撑体上的第二压板和第二移动机构，所述第二移动机构可驱动所述第二压板相对于所述支撑体纵向移动和横向移动，所述第二压板用于压稳所述机械手装置码垛的物料。

根据本发明的又一个方面，所述第二移动机构包括相互连接且垂直的横向移动副和纵向移动副，所述纵向移动副驱动所述第二压板相对于所述支撑体纵向移动，所述横向移动副驱动所述第二压板相对于所述码垛物料和支撑体横向伸缩移动。

根据本发明的又一个方面，所述纵向移动副与所述横向移动副之间通过安装架连接，所述纵向移动副连接所述支撑体和所述安装架的第一安装面，所述横向移动副连接所述第二压板和所述安装架的第二安装面，所述安装架的第一安装面与第二安装面垂直。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种码垛物料方法，使用上述的码垛设备码垛物料的方法，包括以下步骤：

抓取物料，操作所述第一移动机构驱动所述机械臂移至待抓取物料处，操作所述伸缩式叉板缩向所述抓取部，同时叉取所述物料进入抓取部的容纳空间，然后关闭所述容纳空间，将物料移送至码垛位置；

码垛物料，操作所述伸缩式叉板横向伸出，打开抓取部的容纳空间，将抓取的物料从所述容纳空间释放至码垛位置；

压稳物料，操作第二移动机构，将第二压板移至码垛位置并压在码垛的物料上方压稳物料。

综上，本发明的机械手装置中，采用伸缩式叉板，伸缩式叉板相对于机械臂线性伸缩运动，能形成机械手抓取部的开启或关闭状态，只需伸缩式叉板线性伸缩运动，而不需要机械手整体参与移动就可抓取和码垛物料，在空间有限的环境中使用不受限；本发明的码垛设备，采用了上述机械手装置用于抓取和码垛物料，并且通过第二压板将码垛的物料压稳，使码垛物料规整紧凑，该设备的整机移动距离较短，提高了物料码垛的稳定性和经济性；本发明的码垛方法，可相应实现抓取物料、码垛物料和压稳物料的操作要求，操作灵活便捷，提高了生产的自动化、集成化程度。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种机械手装置抓取物料时叉板开启状态的示意图；

图2是本发明实施例一的抓取部抓取物料时叉板闭合状态的示意图；

图3是本发明实施例二的一种机械手装置抓取物料时叉板开启状态的示意图；

图4是本发明实施例二的抓取部抓取物料时叉板闭合状态的示意图；

图5是本发明实施例二的滑块与横向滑轨安装示意图；

图6是本发明的叉板与抓取部的主体间的导轨结构示意图；

图7是本发明的挡板端部卡槽位置示意图；

图8是本发明实施例的一种码垛设备码垛并压稳物料时的示意图；

图9是本发明实施例的一种码垛设备码垛物料时的示意图。

图中，1：第一移动机构；2：机械臂；3连杆；4第一压板；5：滑块；6：抓取主体；7：纵向滑轨；8：横向滑轨；9：挡板；10：伸缩式叉板；11：伸缩杆；12：叉板；13：导向轨；14：物料；15：第二压板；16：安装架；17：横向移动副；18：纵向移动副；19：第一铰接点；20：导向滑槽；21：移动臂部；22：抓取部；23：卡槽；24：支撑体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“垂直”、“平行”不只是数学意义上的绝对意义，可以理解为“大致垂直”、“大致平行”。

图1和图2示意性地显示了本发明实施例一的机械手装置抓取物料时，伸缩式叉板10的开启与闭合状态，本发明的机械手装置，用于抓取物料并将所抓取的物料放置在码垛位置。该装置包括机械臂2、第一移动机构1和伸缩式叉板10，机械臂2设有抓取部22，抓取部22和伸缩式叉板10可形成容纳空间，用于抓取物料14，第一移动机构1与机械臂2相连并驱动整个机械臂2沿预定轨迹运动。

伸缩式叉板10与抓取部22活动连接，且伸缩式叉板10相对于抓取部22可线性伸缩运动，仅操作伸缩式叉板10的伸缩运动就可使抓取部22形成开启与闭合状态，当伸缩式叉板10缩向抓取部22时，可使抓取部22闭合，形成物料14的容纳空间，在伸缩式叉板10从伸出到缩回的过程中，将物料14叉取至容纳空间内，可实现抓取并运送物料至码垛位置的操作要求；当伸缩式叉板10向远离抓取部22伸出时，可使抓取部22开启并释放容纳空间的物料14，可将抓取的物料14放在预定的码垛位置，实现码垛物料的操作要求。

可以理解的是，机械臂2还可以设有与抓取部22相连的移动臂部21，具体的，第一移动机构1可通过连接并驱动移动臂部21带动抓取部22运动，可以采用电力、液力或机械力等方式作为动力源来驱动第一移动机构1运动，并且根据实际码垛位置需求，由第一移动机构1连接并驱动机械臂2带动抓取部22在至少两个自由度平面内移动，如横向移动和/或纵向移动，第一移动机构1可采用十字滑台或者类似机构，只要能实现使抓取部22在物料14的抓取位置和码垛位置之间自由移动即可。

因此，根据本发明实施例的机械手装置，通过设置伸缩式叉板10的结构，在抓取和码垛物料时，只需驱动伸缩式叉板10相对于抓取部22线性伸缩移动，而不需整个机械臂2都参与移动，缩短了移动距离，并且在空间有限的情况下，也能满足抓取和码垛的使用要求，且节省了能源，本发明的机械手装置具有结构紧凑、操作简便、节能降耗的优点。

伸缩式叉板10包括相连接的伸缩杆11与叉板12，伸缩杆11与抓取部22之间活动连接并可相对运动，通过伸缩杆11相对于抓取部22活动运动，伸缩杆11可带动与其相连的叉板12相对于抓取部22做线性的直线伸缩运动，同时使得抓取部22的容纳空间实现开启与闭合状态，具体地，伸缩杆11与抓取部22间的连接方式可以是接触式的滑动连接或啮合连接，也可以是非接触式的感应连接或电控连接，均在本发明方案的保护范围内。

优选地，伸缩杆11与抓取部22之间采用滑动连接的方式，可由液力、电力或者机械动力等驱动方式，具体的连接结构方式如下所述：

抓取部22包括抓取主体6和挡板9，抓取主体6上设有导向轨13，伸缩杆11的一端与导向轨13配合，且伸缩杆11可沿导向轨13直线运动，伸缩杆11的另一端与叉板12固定连接，使抓取主体6、挡板9和叉板12可形成封闭的容纳空间。具体实施中，伸缩杆11可与叉板12平行设置，且两者之间的间隔大于所叉取的物料14的高度，本实施例中，叉板12采用l型结构，一端连接伸缩杆11，另一端为叉取部分可采用钢板，类似的，也可以将伸缩杆11设计成l型，l型的伸缩杆11一端与抓取部22上的导向轨13配合，使伸缩杆11与抓取部22可移动地连接，当伸缩杆11沿导向轨13移动时，可驱动叉板12相对于抓取部22开启与闭合，通过伸缩杆11与导向轨13的导向配合并相对移动，带动叉板12移动，实现了叉板12的直线伸缩式移动，进一步实现了叉板12相对于抓取部22的开启与闭合状态。

挡板9靠近叉板12的叉取端，使挡板9可与叉板12、抓取部22形成封闭的容纳空间。在具体实施中，挡板9相对于抓取部22可固定设置，也可活动设置，采用固定设置方式时，挡板9可与抓取部22一体成型，也可利用连接件固定连接；采用活动设置方式时，挡板9与抓取部22之间可采用铰接方式活动连接。

导向轨13采用盲孔结构，伸缩杆11伸入导向轨13的孔腔内，伸缩杆11可沿导向轨13往复直线运动，从而带动叉板12相对于抓取主体直线伸缩移动。需要说明的是，可根据伸缩杆11与导向轨13之间是连接方式还是非接触式连接而采用不同的动力源。如图2所示，本发明优选地采用接触式的滑动连接，伸缩杆11伸入导向轨13的孔腔内，可形成柱塞式液压泵，可利用液压力推动伸缩杆11在导向轨13的空腔内伸缩运动，因此，伸缩杆11与导向轨13的具体结构可参照柱塞式液压泵的结构形式设计，同时可设置控制阀，用以调节液压流量，使压缩杆11在液压力的作用下沿导向轨13往复直线运动，从而带动叉板12相对于抓取部22伸直线往复伸缩式移动，采用这种柱塞式液压泵的结构，可使运动过程更加平稳可靠。

可选地，伸缩杆11与抓取部22之间采用齿轮和齿条的啮合方式传动连接。其中，伸缩杆11上设有齿条，抓取部22设有齿轮，抓取部22上的齿轮与伸缩杆11上的齿条啮合并驱动伸缩杆11线性的往复运动，伸缩杆11带动叉板12运动，实现了抓取部22的开启和闭合。操作时，齿轮正反转动的同时驱动与之啮合的齿条能往复直线运动，从而实现了叉板12的伸缩运动。

请一并参阅图3和图4，本发明实施例二的机械手装置，用于抓取物料并将所抓取的物料放置在码垛位置。

实施例二与实施例一的机械手装置的结构不同之处在于：挡板9通过第一铰接点19设在抓取主体6上，挡板9可绕第一铰接点19转动，只要控制挡板9相对于抓取主体6转动，就可使抓取部22的容纳空间开启与闭合。

抓取部22还包括第一压板4和纵向移动机构，主体6与移动臂部21相连，两者可以是一体成型，也可以是分体固定连接。第一压板4与挡板9之间活动铰接有连杆3，第一压板4驱动连杆3横向移动，连杆3带动挡板9绕第一铰接点19转动，使抓取部22的容纳空间开启与闭合。如图可知，挡板9、连杆3第一压板4和主体6构成连杆机构，由第一压板4作为主动件，牵引连杆3相对于主体6横向移动，驱动挡板9相对于主体6转动。在第一压板4下降压紧物料14时，挡板9逐渐处于闭合状态，可牢固的抓取物料14并运送至码垛位置，在第一压板4上升松开物料14时，挡板9逐渐处于开启状态，可松开抓取的物料14并放在码垛位置。利用连杆机构中受力和运动传递的原理，实现了挡板9与第一压板4的同步运动，在稳定抓取物料和码垛物料过程中，第一压板4在压料和放料的同时既实现了物料的稳定性还同步实现了驱动挡板9自动开闭的功能，使物料的容纳空间被关闭和开启，提高了抓取物料和码垛物料工序的稳定性和自动化程度。

连杆3与第一压板4通过滑块5连接，第一压板4上设有导向滑槽23，滑块5活动安装在导向滑槽20内。第一压板4通过导向槽20对滑块5约束带动连杆3横向移动，牵引挡板9开启与闭合，并在开启和闭合时锁定滑块5的位置，由于在纵向方向受纵向移动机构限制以及受导向滑槽20的导向和横向限制作用，滑块5的移动轨迹受限，滑块5在极限位置被锁定，在挡板9与连杆的铰接点和第一铰接点的距离一定时，可使挡板9在开启和闭合时被锁定，提高了操作的稳定性。

需要说明的是，本实施例中，滑块5和连杆3之间以及连杆3和第一压板4之间均各自活动连接，在本发明的方案原理下，滑块5也可以是连杆3的一部分，具体可以在连杆3的端部弯折出与导向滑槽20相匹配的一部分即可，均在本发明的方案保护范围内。

可选地，作为一种实施方式，导向滑槽20为斜槽，将滑块5受导向滑槽20的斜向力分解，滑块5可相对于第一压板4横向移动，因为第一压板4受纵向移动机构的限制，使第一压板4相对于主体6横向固定，即，滑块5相对于主体6横向移动，滑块5带动连杆3相对于主体6横向移动，使挡板9绕第一铰接点19转动，实现挡板的开启和闭合，导向滑槽20设计成斜槽结构，使本发明的装置采用简单的结构就能满足挡板自动开启和闭合，并在相应状态时锁定位置，整体操作简便，可靠性高。

可选地，作为另一种实施方式，导向滑槽20包括连通的直槽部和斜槽部。当第一压板4被纵向移动机构下压至物料14时，滑块5受斜槽部的压力作用相对于第一压板4上升至直槽部时，挡板9逐渐达到关闭状态，滑块5受导向滑槽20的横向移动限制，同时受纵向机构的纵向移动限制，可以在直槽部内锁定关闭状态，由于第一压板4压紧物料，使物料14抓取更牢固，并能通过机械臂1稳定的运送至码垛位置。当第一压板4被纵向移动机构提升至脱离物料14时，滑块5首先通过导向滑槽20的直槽部进入斜槽部，滑块5受斜槽部的压力作用相对于第一压板4下降至斜槽部时，挡板9逐渐达到开启状态，滑块5受导向滑槽20的横向限制，同时受纵向移动限制，滑块5可在斜槽部锁定开启状态，使得第一压板4脱离物料同时自动打开挡板，便于将物料14放置在码垛位置，操作状体稳定，且，具有良好的操作性和自动性。

结合图3、图4和图5所示，主体6上设有与滑块5匹配的横向滑轨8，滑块5通过横向滑轨8与主体6连接，滑块5在横向滑轨8的约束下横向移动，牵引挡板9开启与闭合。

如图6所示，在抓取部22的主体6的底部和叉板12之间设有导轨结构，导轨结构连接抓取部22的主体6和叉板12，使叉板12沿导轨结构相对于抓取部22移动，进一步地使叉板12相对于抓取部22平稳伸缩移动。导轨结构起了连接支撑作用，使叉板12与抓取部22形成稳定结构，有利于抓取物料的稳定性，具体实施中，导轨结构可采用导轨和导槽式结构，例如，在叉板上设置凸起的导轨，在抓取部22的底部设置与凸起相匹配的导槽，叉板12凸起的导轨可沿抓取部22的导槽平缓滑动。

如图7所示，挡板9在靠近叉板12的端部设有卡槽23，挡板9闭合时，叉板12的叉取端部与卡槽23卡接，进一步的加强了挡板闭合状态和稳定性，使物料抓取和运送更稳定可靠。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种码垛设备，主要用于将物料抓取并运输至码垛位置，并再将码垛好的物料压稳，图8和图9示意性地显示了本发明码垛设备在码垛与压稳物料时的实施例。

如图8和图9所示，本发明提供的一种码垛设备，包括上述发明方案的机械手装置。支撑体1上设有第二压板15和第二移动机构，第二移动机构驱动第二压板15相对于支撑体1纵向移动和横向移动，第二压板15用于压稳用机械手装置码垛的物料14。通过第二移动机构在横向和纵向两个自由度平面内移动，带动第二压板15移动至码垛位置并对码垛的物料14进行压稳操作。在实现了物料抓取和物料码垛的稳定性、自动性和经济性的同时，还能将码垛的物料压稳且规整排列，使最终码垛的物料更整齐稳定，避免了因物料松散使码垛失败而导致的生产线被中断的问题。本发明的码垛设备自动化和集成度高，提高了码垛效率。

第二移动机构包括相互连接且垂直的横向移动副17和纵向移动副18，纵向移动副18驱动第二压板15相对于支撑体1纵向移动，横向移动副17驱动第二压板15相对于码垛的物料14和支撑体1横向伸缩移动。其中，横向移动副17和纵向移动副18均可采用滑槽滑轨式移动副，也可采用齿条式传动，只要能带动第二压板在横向和纵向两个自由度相互垂直的平面内自由移动，均包含在本发明的方案原理内。

纵向移动副与横向移动副之间通过安装架16连接，纵向移动副18连接支撑体1和安装架16的第一安装面，横向移动副17连接第二压板15和安装架16的第二安装面，安装架的第一安装面与第二安装面垂直。通过垂直的两个安装面，既实现了第二移动机构的固定，也使第二压板15能在相互垂直的两个平面内自由移动到达被码垛的位置，以实现压稳规整的工序，具有操作灵活简单的优点。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种码垛物料方法，包括使用上述发明方案的码垛设备，请参阅图8和图9，该码垛物料的方法包括以下步骤：

抓取物料，操作第一移动机构驱动机械臂移至待抓取物料处，操作伸缩式叉板直线缩向所述抓取部，同时叉取所述物料进入抓取部的容纳空间，然后关闭所述容纳空间，将物料移送至码垛位置；

码垛物料，操作所述伸缩式叉板横向伸出，打开抓取部的容纳空间，将抓取的物料从所述容纳空间释放至码垛位置；

压稳物料，操作第二移动机构，将第二压板移至码垛位置并压在码垛的物料上方压稳物料。

如图8所示，抓取物料14，包括叉取物料、闭合挡板和移动物料的步骤：

第一移动机构驱动机械臂2横向移动和/或纵向移动至待抓取的物料14的上方，使叉板12与物料14的底部平齐，操作叉板12相对于抓取部22横向收缩，并叉取物料14进入抓取部22的容纳空间；

操作纵向移动机构驱动第一压板4纵向下压至物料14，滑块5受导向滑槽20限制，相对于第一压板4横向移动，带动挡板9转动并与叉板12形成闭合状态，锁定滑块5的位置；

操作第一移动机构驱动机械臂2移动，被叉取的物料14随机械臂2移动至码垛位置。

如图9所示，码垛物料14，包括开启挡板9和放置物料14的步骤：

操作纵向移动机构驱动第一压板4纵向上升脱离物料14，滑块5受导向滑槽20限制，相对于第一压板4横向移动，带动挡板9转动并与叉板12形成开启状态，锁定滑块5的位置；

操作叉板12相对于抓取部22横向伸出，抓取部22的容纳空间处于开启状态，物料14被放置在码垛区域；

结合图8和图9，压稳物料14，操作第二移动机构驱动第二压板15移动至码垛区域的物料14最上方，下压第二压板15使第二压板15压稳物料14，待再次放置物料时，操作第二移动机构驱动第二压板15离开被压物料14。

通过采用本发明的码垛物料方法，物料抓取平稳，码垛效率高，节约了能源，既缩短了整机的移动距离，简化了设备结构，节约了能源利用，且能稳定抓取与运送物料，提高物料的码垛效率，另外，在抓取和运送物料同时，还实现了将被码垛的物料压稳，保证被码垛物料的规整性，进一步提高了码垛效率，该方法尤其适用于码垛细长物料，避免了细长物料在长度方向上码垛松散导致的码垛失败问题。

综上所述，本发明的一种机械手装置具有结构精简，操作便捷，在抓取物料、码垛物料以及压稳物料时，只需操作叉板相对于机械臂伸缩运动，有效缩短了机械臂的移动距离，整体装备移动距离缩短，使装备结构精简，节约了能源，且对环境的实用性强；再者，本发明的一种码垛设备，还能实现压稳规整物料的效果，进一步提高码垛效率；最后，本发明的一种码垛物料方法，工序操作简便，自动化、集成化程度高，适用性好，能灵活适用于生产线上不同种类物料的抓取、运送、码垛和规整要求，提高码垛效率，降低了生产成本。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。