智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置和方法与流程

本发明专利涉及工业自动化生产技术领域，尤其涉及一种智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置和方法。

背景技术：

在工业生产中，涉及到大量的将待加工的工件从一处拾取并放置于加工设备的相应工位，并在设备完成对该工件的加工后，从设备中取出的动作。现有的工业生产流程中，此类操作仍旧大量使用人工操作。人工操作会导致生产成本高、长期重复劳动的精度及可靠性下降，以及安全、劳保等一系列问题。

针对此类操作的自动化升级改造方案中，常见的问题有：一、采用各种形态的机械手臂模拟人工操作的相应动作，此方案的设备适应性强，但造价高，维修维护专业性要求高，使用方无法独立检修，且受机械臂运行空间的限制，其拾取搬运的距离有限，需要应用方提供较大的设备安装及运行空间；二、采用专门设计的机械拾取装置，其设计的特异性很强，针对某种应用设计的拾取搬运装置往往无法适用于其他的应用场合，这样会导致设计、制造及安装维护成本的极大提升。

以上方案，均需根据各个被拾取工件的几何形状专门设计专用的工装夹具，灵活性差，成本高，尤其针对小批量订单，要求频繁更换工装夹具及校准，劳动强度大，生产效率低，且对设备投入运行后新出现的工件，仍需单独设计对应的工装夹具。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置和方法。

本发明通过下列技术方案来实现上述目的：

智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置，包括多个节点小车、节点轨道、节点轨道驱动车、主轨道、主轨道提升装置、立柱和控制系统；

所述节点小车的下方设有可伸缩的吊臂，在吊臂的末端设有工件抓取头；节点小车在控制系统的控制下，可通过其内部设置的行走驱动装置沿节点轨道移动；

所述节点轨道相对主轨道垂直设置，节点轨道设于节点轨道驱动车上；节点轨道驱动车在控制系统的控制下，可沿主轨道移动；

所述主轨道通过导向机构设于立柱上；主轨道提升装置在控制系统的控制下，带动主轨道沿立柱上升或下降。

进一步的，所述节点小车上安装有位置检测模块一，节点轨道驱动车上安装有位置检测模块二，还包括用于检测主轨道位置的位置检测模块三，位置检测模块一、位置检测模块二和位置检测模块三连接控制系统。

进一步的，所述可伸缩的吊臂为可伸缩的硬性吊臂或可收卷的软性吊臂，由节点小车内部设置的伸缩或收卷驱动机构完成对硬性吊臂或软性吊臂的收放。

进一步的，所述工件抓取头为夹持式抓取机构、电磁吸盘、真空吸盘或电磁吸盘与真空吸盘的组合。

与智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置相对应的工件拾取搬运方法：

按照工件的几何形状进行计算机建模，计算出其质心位置，并计算出为保持抓取搬运的平衡所需要的抓取点数及其在工件上的位置；

根据抓取点数及其在工件上的位置调配对应数量的节点小车，使每个节点小车移动至其对应抓取位置的正上方；根据抓取位置的高度，使每个小车的工件抓取头下降到对应高度位置处，抓取工件表面；

同步提升各参与工件抓取的节点小车的抓取头，使工件平衡吊起；节点轨道驱动车带动节点轨道连同节点小车及下方吊起的工件沿主轨道水平移动至预定搬运位置上方；

各参与工件抓取的节点小车的抓取头同步下降，工件降至预定搬运位置；解除抓取，即完成工件的拾取和搬运工作。

本发明的有益效果：

1、本发明通过集群节点，实现可程控的节点组合，适用于任何几何形状的工件，无需特制专用夹具；

2、针对大小不同的工件，可以通过增减抓取节点的个数相适应，抓取节点的集群组合通过系统网络控制，灵活性强；

3、通用性强，主要部件为模块化设计的抓取节点，可实现与被抓取工件几何形状无关的通用性；

4、方便维修，各个模块可相互替换；维护时，可直接替换故障节点，备有少量标准化的抓取节点，即可保障日常维护，维修速速快，无需专业技能；

5、每个抓取节点只承担单个抓取点的相关工作，机构简单；节点小车的运动主要克服运动时产生的摩擦力，不涉及力矩驱动，驱动功率小；

6、采用可收卷的硬性或软性吊臂，有效减少整体机构的体积，可在狭小的空间放置，应用范围广；

7、抓取节点质量轻，惯性小，在固定轨道上运行，运行速度快，生产效率高；

8、采用模块化设计，各个应用的不同主要体现在轨道的布局及尺寸，其他部分有较高的通用性，针对应用方的安装设计方便快速；

9、占用机器外部操作空间少，方便实施及用户的正常维护及操作；

10、行走距离比机器手臂范围广，可实现工序间的流水线传递；

11、带有位置及工件几何尺寸检测反馈，精度高，长期工作稳定。

附图说明

图1是本发明主轨道、节点轨道以及节点小车的水平结构布置示意图；

图2是节点小车拾取工件的状态示意图；

图3是节点小车及设于其下方的吊臂和工件抓取头的机构示意图；

图4是节点小车在节点轨道上的两种设置示意图；

图5是主轨道在立柱上的设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置和方法，如图1~5所示，包括多个节点小车1、节点轨道2、节点轨道驱动车3、主轨道4、主轨道提升装置5、立柱6和控制系统。

节点小车1的下方设有可伸缩的吊臂11，在吊臂11的末端设有工件抓取头12。节点小车1在控制系统的控制下，可通过其内部设置的行走驱动装置13沿节点轨道2横向（x轴）移动。节点轨道2相对主轨道4垂直设置，节点轨道2设于节点轨道驱动车3上；节点轨道驱动车3在控制系统的控制下，可沿主轨道4纵向（y轴）移动。主轨道4通过导向机构设于立柱6上。主轨道提升装置5在控制系统的控制下，带动主轨道4沿立柱6上升或下降。

节点小车1上安装有位置检测模块一14，节点轨道驱动车3上安装有位置检测模块二，还包括用于检测主轨道4位置的位置检测模块三，位置检测模块一14、位置检测模块二和位置检测模块三均通过有线或无线网络连接控制系统。

其中，设于节点小车1下方的可伸缩的吊臂11为可伸缩的硬性吊臂或可收卷的软性吊臂，由节点小车1内部设置的伸缩或收卷驱动机构15完成对硬性吊臂或软性吊臂的收放。工件抓取头12为夹持式抓取机构、电磁吸盘、真空吸盘或电磁吸盘与真空吸盘的组合。

下面具体介绍智能化多节点集群组合式工件拾取搬运装置的工作过程和工作方法：

使用前，预先按照工件的几何形状进行计算机建模，计算出其质心位置，并计算出为保持抓取搬运的平衡所需要的抓取点数及其在工件上的位置，录入控制系统。

主轨道4上可并列多个节点轨道2，每个节点轨道2上可设置多个节点小车1，每个节点小车1可在控制系统的控制下独立移动并根据对应抓取位置的高度伸出工件抓取头12。工作时，控制系统根据预先录入的抓取点数及其在工件上的位置调配一个或多个节点轨道2沿主轨道4（y轴方向）移动至待搬运工件上方，调配节点轨道2上一个或多个节点小车1沿节点轨道2（x轴）移动到工件抓取位置的上方。然后，根据预先录入的对应各抓取点位置的高度（或采用实时检测下降高度）分别降下抓取头，抓取头接触到工件7表面后，吸住工件7。

然后，同步提升各参与工件抓取的节点小车1的工件抓取头12，使工件平衡吊起。节点轨道驱动车3带动节点轨道2连同节点小车1及下方吊起的工件7沿主轨道（y轴方向）水平移动至预定搬运位置上方（若需进行横向移动，则通过控制节点小车1在节点轨道2上移动来完成）。工件7到达预定搬运位置正上方后，各参与工件抓取的节点小车1的工件抓取头12同步下降，工件7降至预定搬运位置，解除抓取，即完成工件的拾取和搬运工作。

通过主轨道提升装置5沿立柱6（z轴高度方向）提升或降低主轨道4，可以满足多种不同高度工作平台的需要。

本发明未详细阐述部分属于本领域的公知技术，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。