一种工业托盘的搬运与精确定位机组的制作方法

本发明属于工业机器人自动装配生产线的应用技术领域，特别涉及一种工业托盘的搬运与精确定位机组。

技术背景

在自动装配生产线中，普遍采用托盘作为小型物料的载体进行搬运和配送。工业机器人的定位精度较高，适合进行机械化重复作业，同时也对托盘的定位精度提出了较高要求。若托盘的定位精度不理想，则容易发生机器人摩擦碰撞、漏抓错抓等问题，降低产品的合格率和一致性，甚至影响整个自动装配生产线的运行。因此，迫切需要一种适合自动搬运托盘并且提升定位精度的解决方案。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种工业托盘的搬运与精确定位机组，以解决现有托盘定位机构存在的定位精度不足，可重复率不高的问题，本发明适合工业机器人搬运托盘并且提高定位精度，以满足自动化装配线连续运行对托盘精确定位的要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种工业托盘的搬运与精确定位机组，包括：

工作平台；

托盘，设置于工作平台上，用于承载物料并对物料进行定位；

托盘定位机构，设置于工作平台上，用于准确定位托盘的姿态和位置；

托盘压紧机构设置于工作平台上，且位于托盘定位机构的一角，用于将定位后的托盘压紧固定；

传感器读取装置设置于工作平台上，且位于托盘定位机构的一侧，用于识别托盘上的存储元件，读取并记录托盘及其携带物料的信息；

六自由度机器人设置于工作平台上，其执行末端设有用于抓取和搬运托盘的托盘抓取机构；

视觉检测装置设置于托盘抓取机构上，用于拍摄工作区域照片，并实时传输给控制系统以分析工作状态；

加工设备设置于托盘抓取机构上，用于完成对物料的加工任务。

所述托盘包括托盘框架、吸盘铁片、定位销和rfid存储片，其中定位销设置于所述托盘框架的上表面，用于对物料进行定位，所述托盘框架的四角均设有便于电磁铁吸引并抓取的吸盘铁片。

所述rfid存储片设置于所述托盘框架边沿设有的呈斜角的支座上，用于记录每个托盘及其携带物料的信息。

所述托盘定位机构包括底座、限位块及万向球，其中底座的四条边均安装有限位块，相邻两个限位块之间为直角，所述底座的四角处设有四个等高的万向球，与托盘底面之间为多点接触，使托盘保持水平姿态，并且托盘可以在水平方向上自由移动。

所述托盘压紧机构包括气缸和压紧板组件，其中气缸固定在工作平台上，且输出端与压紧板组件连接，所述压紧板组件通过气缸的驱动侧向压紧所述托盘。

所述压紧板组件包括轴承座固定板、轴承座和深沟球轴承，其中轴承座固定板为直角结构、且两个直角边框上通过轴承座安装有深沟球轴承，利用两个深沟球轴承压紧所述托盘。

所述轴承座与所述轴承座固定板之间的相对位置可调整。

所述传感器读取装置包含rfid读写头和用于安装rfid读写头的读写头支架，所述rfid读写头用于识别所述托盘上的rfid存储片，读取并记录托盘及其携带物料的信息。

所述托盘抓取机构包括法兰连接板和电磁铁，所述法兰连接板的四角上分别弹性连接有四块电磁铁，四块电磁铁分别对应所述托盘上四块吸盘铁片的位置，所述电磁铁通电时吸附并抓取托盘，断电后松开并放下托盘。

所述加工设备包括打磨机构和喷码机构，所述打磨机构用于对物料进行打磨作业，所述喷码机构用于对物料进行喷码作业。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明利用工业机器人搬运托盘，进行精确定位并压紧固定，从而满足自动装配生产线的要求，确保装配和加工流程的一致性。

2.本发明分别采用电磁铁和气缸完成抓取和压紧操作，结构得到优化，性能稳定可靠且成本相对较低。

3.本发明通过合理地设计结构，将多种功能的模块集成在机器人末端，扩展了系统功能并增加了灵活性。

4.本发明可以在不借助操作人员手动参与的情况下完成一系列任务，实现了高精度和高自动化程度。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明中托盘部分的轴测图；

图5为图4的俯视图。

图中：1为工作平台，2为托盘，3为托盘定位机构，4为托盘压紧机构，5为传感器读取装置，6为六自由度机器人，7为托盘抓取机构，8为视觉检测装置，9为加工设备，10为吸盘铁片，11为rfid存储片，12为托盘限位块，13为轴承座固定板，14为深沟球轴承，15为气缸，16为rfid读写头，17为读写头支架。

具体实施方式

为了使本发明的功能特性、设计方案和技术优点更加清晰，下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。

如图1-3所示，本发明提供的一种面向工业自动化装配的精确定位机组，包括工作平台1和托盘2，及设置于平台上的托盘定位机构3、托盘压紧机构4、传感器读取装置5、六自由度机器人6、视觉检测装置8以及设置于六自由度机器人6执行末端的托盘抓取机构7和加工设备9，其中托盘2用于承载物料并对物料进行定位；托盘定位机构3用于准确定位托盘2的姿态和位置；托盘压紧机构4用于将精确定位后的托盘2压紧固定；传感器读取装置5用于识别托盘2上的存储元件，读取并记录托盘及其携带物料的信息；六自由度机器人6用于将托盘2在工作平台和agv(automatedguidedvehicle，自动导引运输车)等载体之间移动，其执行末端的托盘抓取机构7用于抓取和搬运托盘2；视觉检测装置8设置于托盘抓取机构7上，用于拍摄工作区域照片，并实时传输给控制系统以分析工作状态；加工设备9设置于托盘抓取机构7上，用于完成物料的涂胶、装配、打磨、喷码等一系列加工任务。

工作平台1使用工业铝型材搭建整体框架，其高度便于人员调试和运行维护。底部四角的脚轮连接板上分别安装脚轮，可以手动调节脚轮使其锁紧固定在地面上，并通过调整四个角的高度保持平台水平。工作平台1内部用于存放机器人控制器和电气模块等，外侧为对开门和气动安装板，后者用于安装气动三联件、电磁阀和急停按钮等。工作平台1的上部为整块加工的铝制工作台板，用于安装工业机器人和精确定位托盘所需各个机构，其上各个安装孔之间的相对位置须达到较高的定位精度，同时增加走线孔以便于机器人电源线、气动元件气管以及传感器信号线等穿过。

如图4-5所示，托盘2包括托盘框架、吸盘铁片10、定位销和rfid存储片11，其中定位销设置于托盘框架的上表面用于对物料进行精确定位，托盘框架的四角均设有便于电磁铁吸引并抓取的吸盘铁片10，rfid存储片11设置于托盘框架边沿设有的呈斜角的支座上，用于记录每个托盘2及其携带物料的信息。rfid(radiofrequencyidentification)为射频识别。

托盘2采用长方形的铝制框架，可针对不同形式的物料进行定制。根据载荷对托盘2进行挖孔减重，在确保强度和刚度的前提下减轻托盘2的重量。在电磁铁吸引铁片并抓取时，铝制的托盘本体不会受到磁力作用。

托盘定位机构3包括底座、限位块12及万向球，其中底座的四条边均安装有限位块12，限位块12与底座之间为销钉加螺钉的精确定位连接，相邻两个限位块12之间为直角。底座的四角处设有四个等高的万向球，与托盘2底面之间为多点接触，使托盘2保持水平姿态，并且托盘2可以在水平方向上自由移动。底座上有贯穿的螺纹孔，并在对应位置的工作台板上加工通孔，用于安装接近开关传感器；当托盘2放置完成后，接近开关传感器检测到金属就会生成到位信号并返回给控制系统。

托盘压紧机构4包括气缸15和压紧板组件，其中气缸15固定在工作平台1上，且输出端与压紧板组件连接，气缸15推出的方向与每个限位块12的角度均为45°，压紧板组件通过气缸15的驱动侧向压紧托盘2。

压紧板组件包括轴承座固定板13、轴承座和深沟球轴承14，其中轴承座固定板13为直角结构、且两个直角边框上通过轴承座安装有深沟球轴承14，利用两个深沟球轴承14压紧托盘2。在轴承座和深沟球轴承14通过的路径上，对托盘定位机构的底座进行开槽，留出可供自由滑动的空间以避免干涉。

轴承座上开有长条孔，通过螺钉固定在轴承座固定板13上，在长条孔的范围内有一定的调整空间。深沟球轴承14安装在轴承座上，在压紧托盘时用于承受径向载荷，同时轴承可以沿着其轴线转动，避免了压力较大时的滑动摩擦力阻碍托盘移动。

传感器读取装置5包含rfid读写头16和用于安装rfid读写头16的读写头支架17，rfid读写头用于识别托盘2上的rfid存储片11，读取并记录托盘及其携带物料的信息。读写头支架17的底部为长条孔，当托盘2被压紧定位时，调整读写头支架17的位置使得rfid读写头16与rfid存储片11保持在有效距离范围内，然后用螺钉固定在工作台板上，。

六自由度机器人6用于抓取托盘2在工作平台和agv等载体之间移动，其工作范围覆盖整个工作流程中托盘经过的所有位置，机器人的载荷包括托盘、物料、法兰连接板及其携带的全部工装的总重量，并额外留出安全余量。

托盘抓取机构7用于抓取和搬运托盘，其抓取方式为电磁铁吸附。托盘抓取机构7包括法兰连接板和电磁铁，法兰连接板的四角上分别弹性连接有四块电磁铁，四块电磁铁分别对应托盘2上四块吸盘铁片10的位置，电磁铁通电时吸附并抓取托盘2，断电后松开并放下托盘2。

电磁铁的支撑杆包含弹簧，受压时可以适当缩回，以避免接触时应力过大造成损坏。

视觉检测装置8包含工业相机、镜头、光源和支架，通过支架安装在法兰连接板上，用于拍摄工作区域照片，并实时传输给控制系统以监测工作状态。如果选用自带闪光灯的集成形式的相机，则不需要外接光源，可以减轻机器人负载并节省安装空间。

加工设备9用于完成涂胶、装配、打磨、喷码等一系列加工任务。在本实例中，法兰连接板上的工装可以分别完成打磨和喷码工作。打磨机构包括直流减速电机、电机安装板、联轴器、传动轴和末端的打磨刀具；喷码机构包括喷码头和安装支架，喷码头的控制器固定在工作台板上，通过软管与喷码头连接。

本发明面向工业自动化设备的物料搬运和精确定位的动作过程如下：

(1)前序的agv携带载有物料的托盘2行进至工作平台1附近停下，六自由度机器人6带动工装移动至托盘2的上方，视觉检测装置8拍照检测有无需要抓取的托盘2，并传输给控制系统。

(2)接到抓取命令后，六自由度机器人6动作，带动托盘抓取机构7下降，直至接触到托盘2上的吸盘铁片10，随后电磁铁通电产生磁力吸附吸盘铁片10，六自由度机器人6举升并抓取托盘2离开agv。

(3)六自由度机器人6带动托盘2移动至托盘定位机构3上方，并缓慢下降直到托盘2的底部接触到托盘定位机构底座上的四个万向球；随后电磁铁断电使磁力消失，托盘抓取机构7放开托盘2，由六自由度机器人6带动离开托盘定位机构3的区域；托盘2下方的接近开关传感器检测到金属，生成到位信号并返回给控制系统。

(4)托盘压紧机构4动作，轴承座固定板13随气缸15伸出，深沟球轴承14接触托盘2的边缘并推动托盘2，直至压紧在远离气缸的另一角，托盘2的相邻两条边都贴紧托盘限位块12，托盘2被精确定位并压紧固定。

(5)传感器读取装置5工作，rfid读写头16与托盘上的rfid存储片11处于有效距离范围内，读取并记录托盘及其携带物料的信息。

(6)六自由度机器人6带动工装移至托盘2的正上方，视觉检测装置8拍照检测托盘2及其携带物料的信息。当接收到系统的加工命令后，六自由度机器人6带动加工设备9下降并旋转适当角度，使打磨头靠近物料并开始打磨作业。

(7)打磨作业完成后，六自由度机器人6带动加工设备9上升并旋转适当角度，使喷码头靠近物料并开始喷码作业。喷码作业完成后，六自由度机器人6带动工装离开托盘定位机构3的区域。

(8)托盘压紧机构4动作，轴承座固定板13随气缸15缩回，深沟球轴承14离开托盘边缘，托盘2解除压紧固定状态。

(9)六自由度机器人6带动带动托盘抓取机构7移动至托盘定位机构3上方，接到抓取命令后，六自由度机器人6带动托盘抓取机构7下降直至接触到托盘2上的吸盘铁片10，随后电磁铁通电产生磁力吸附吸盘铁片10，六自由度机器人6举升并抓取托盘2离开工作平台1。

(10)六自由度机器人6带动托盘2移动至agv上方，并缓慢下降直到托盘2底部接触到agv上的托盘定位机构；随后电磁铁断电使磁力消失，托盘抓取机构7放开托盘2，由六自由度机器人6带动离开并返回初始位置。

本发明是应用于自动化装配线中的工业托盘的搬运与精确定位机组，该机组利用工业机器人搬运托盘，进行精确定位并压紧固定，提高了装配生产线的自动化程度，并确保了托盘和物料的定位精度，从而提高了生产线的装配质量和加工流程的一致性。本发明的结构优化，性能稳定，通用性强，适用于各种离散产品的自动化装配生产。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。