一种超长型材自动搬运装置的制作方法

本发明涉及机械设备技术领域，尤其是一种超长型材自动搬运装置。

背景技术

市场需求使工业生产型材的截面样式越来越复杂多样，增加了型材搬运自动化的实现难度。现有型材生产过程中的搬运、上料作业，除了极少数容易实现的由传送带搬运，其余通常由人工完成。由于生产过程的连续性，人工搬运作业不仅劳动强度大，而且工作内容重复单一。人工作业往往受各种因素的影响，长时间高强度作业可能引发身体健康问题。

技术实现要素：

本发明提出一种超长型材自动搬运装置，能自动搬运传送带上的长型材，工作可靠、调节操作方便、自动化程度高。

本发明采用以下技术方案。

一种超长型材自动搬运装置，用于搬运在传送带输送面上的硬质长型材，其特征在于：所述搬运装置包括控制模块和与传送带始端、末端相邻的两个搬运机器人；传送带末端处设有型材定位挡块；所述搬运机器人中的至少一个设有视觉系统；当进行型材搬运时，长型材被输送至型材定位挡块处被阻挡，搬运机器人的视觉系统对型材定位挡块处的长型材姿态进行图像采集以计算其位姿参数，然后根据长型材姿态参数计算长型材两端所在位置，并控制搬运机器人抓取长型材的两端以进行搬运。

所述型材定位挡块横置于传送带输送面上且与输送方向垂直；所述视觉系统内贮有长型材的长度数据，当视觉系统对长型材进行位姿参数计算时，视觉系统根据长型材姿态图像判定长型材与型材定位挡块的相交点以及相交夹角，并以此计算长型材两端所在位置在搬运机器人工作坐标系内的坐标。

所述视觉系统包括照明系统和相机系统；所述搬运机器人为按直角坐标系进行作业的龙门式机器人；两个搬运机器人的作业空间覆盖长型材的长度距离；所述直角坐标包括x轴、y轴、z轴和r轴；x轴在水平面上且与传送带输送方向垂直；所述相机系统设于搬运机器人的x轴模组上，照明系统设于搬运机器人与待搬运长型材之间。

所述搬运机器人以夹具抓取夹持长型材的两端，夹具运动的自由度包括x轴直线运动、y轴定距离直线运动、z轴直线运动、夹具的r轴旋转及夹具的夹持动作；所述搬运机器人包括门形支架。

所述y轴在水平面上且与传送带输送方向平行；所述z轴位于垂直面；所述r轴与夹具旋转轴同轴。

所述搬运机器人设有位于门形支架上部横梁处的x轴模组；所述x轴模组处设有以模组连接板固定搬运机器人z轴模组的x轴滑动平台；x轴模组与z轴模组的运动方向垂直；z轴模组内置z轴滑动平台以固定搬运机器人的y-r轴机构。

y-r轴机构包括z轴连接板、y轴面板、y轴肋板、滑轨滑块、滑台气缸、r轴连接板；y轴面板与z轴连接板相互垂直并由两个y轴肋板连接，所述滑轨滑块与滑台气缸设置于y轴面板上的滑台导轨处，滑轨滑块的滑移方向与滑台气缸的伸缩方向均为y轴方向；滑轨滑块有两对并对称布置于滑台气缸两侧，滑台气缸与r轴连接板处的滑台相连接以驱动r轴连接板沿y轴方向滑移；所述r轴连接板处固定有r轴机构；所述r轴机构处设有夹具。

所述的r轴机构包括步进电机、输出轴、输出轴支撑座、轴承、气动手指、气动手指连接板、末端夹具，所述输出轴支撑座连接于r轴连接板，所述输出轴为阶梯轴且设于输出轴支撑座处，输出轴处设有电机固定端面以固定步进电机；输出轴处设有夹具固定端面以连接气动手指连接板，所述气动手指连接板处设有气动手指，气动手指处设置有末端夹具。

所述照明系统包括两条形光源和可调节光源支架，所述条形光源以可调节连接板设于可调节光源支架两侧形成u形结构；条形光源的出光方向相交于前方。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明使用龙门式直角坐标机器人通过两端夹持的方式搬运型材，能够有效的规避搬运路径上的障碍；龙门式直角坐标机器人具有运动稳定、作业精度高的特点，相比于关节型机器人具有更优的经济性价比；本发明在实现超长型材自动搬运的基础上引入视觉技术引导机器人，工作可靠、作业效率高，可广泛应用于多种型材的不定位姿抓取和定位姿放置作业中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的俯视向示意图；

附图2是搬运机器人的示意图；

附图3是搬运机器人的夹具的局部示意图；

附图4是照明系统的示意图；

图中：1-搬运机器人；2-传送带；3-长型材；4-型材定位挡块；5-照明系统；6-相机系统；7-y-r轴机构；8-z轴模组；9-x轴模组；10-门形支架；11-夹具；12-气动手指；13-气动手指连接板；14-输出轴支撑座；15-步进电机；16-r轴连接板；17-z轴连接板；18-滑台气缸；19-y轴肋板；20-滑台导轨；21-y轴面板；22-条形光源；23-可滑动连接板；24-光源支架。

具体实施方式

如图1-4所示，一种超长型材自动搬运装置，用于搬运在传送带2输送面上的硬质长型材3，所述搬运装置包括控制模块和与传送带2始端、末端相邻的两个搬运机器人1；传送带末端处设有型材定位挡块4；所述搬运机器人中的至少一个设有视觉系统；当进行型材搬运时，长型材3被输送至型材定位挡块4处被阻挡，搬运机器人的视觉系统对型材定位挡块处的长型材姿态进行图像采集以计算其位姿参数，然后根据长型材姿态参数计算长型材两端所在位置，并控制搬运机器人抓取长型材的两端以进行搬运。

所述型材定位挡块4横置于传送带输送面上且与输送方向垂直；所述视觉系统内贮有长型材的长度数据，当视觉系统对长型材进行位姿参数计算时，视觉系统根据长型材姿态图像判定长型材与型材定位挡块的相交点以及相交夹角，并以此计算长型材两端所在位置在搬运机器人工作坐标系内的坐标。

所述视觉系统包括照明系统和相机系统；所述搬运机器人1为按直角坐标系进行作业的龙门式机器人；两个搬运机器人的作业空间覆盖长型材的长度距离；所述直角坐标包括x轴、y轴、z轴和r轴；x轴在水平面上且与传送带2输送方向垂直；所述相机系统设于搬运机器人1的x轴模组上，照明系统设于搬运机器人1与待搬运长型材3之间。

所述搬运机器人以夹具11抓取夹持长型材3的两端，夹具运动的自由度包括x轴直线运动、y轴定距离直线运动、z轴直线运动、夹具11的r轴旋转及夹具11的夹持动作；所述搬运机器人包括门形支架10。

所述y轴在水平面上且与传送带2输送方向平行；所述z轴位于垂直面；所述r轴与夹具旋转轴同轴。

所述搬运机器人设有位于门形支架上部横梁处的x轴模组9；所述x轴模组处设有以模组连接板固定搬运机器人z轴模组的x轴滑动平台；x轴模组9与z轴模组8的运动方向垂直；z轴模组8内置z轴滑动平台以固定搬运机器人的y-r轴机构7。

y-r轴机构7包括z轴连接板17、y轴面板21、y轴肋板19、滑轨滑块、滑台气缸18、r轴连接板16；y轴面板21与z轴连接板17相互垂直并由两个y轴肋板19连接，所述滑轨滑块与滑台气缸18设置于y轴面板上的滑台导轨20处，滑轨滑块的滑移方向与滑台气缸的伸缩方向均为y轴方向；滑轨滑块有两对并对称布置于滑台气缸两侧，滑台气缸与r轴连接板处的滑台相连接以驱动r轴连接板16沿y轴方向滑移；所述r轴连接板16处固定有r轴机构；所述r轴机构处设有夹具11。

所述的r轴机构包括步进电机15、输出轴、输出轴支撑座14、轴承、气动手指12、气动手指连接板13、末端夹具11，所述输出轴支撑座连接于r轴连接板，所述输出轴为阶梯轴且设于输出轴支撑座14处，输出轴处设有电机固定端面以固定步进电机15；输出轴处设有夹具固定端面以连接气动手指连接板13，所述气动手指连接板处设有气动手指12，气动手指处设置有末端夹具11。

所述照明系统包括两条形光源22和可调节光源支架24，所述条形光源22以可调节连接板23设于可调节光源支架24两侧形成u形结构；条形光源的出光方向相交于前方。

本发明中，x轴和z轴模组的丝杆导程都为5mm，有效定位精度都为0.02mm，重复定位精度都为0.1mm，其中x轴模组的运动范围为0~300mm，z轴模组的运动范围为0~200mm。

本发明的r轴机构中，所述输出轴为阶梯轴，由轴承连接于输出轴支撑座，输出轴上设置有两相同轴颈用于连接轴承，其两端面直径大小不同，小端面的中心加工一个定深度的孔连接步进电机，该孔侧方加工有一紧定螺钉孔，大端面直径的三等分点上分别加工定深度的螺丝孔连接气动手指连接板，所述气动手指连接于气动手指连接板，其夹指上设置有末端夹具。

本发明中，所述相机系统包括工业相机、相机镜头、相机支架，所述相机支架为“工”字型结构设置于龙门式直角坐标机器人的x轴模组上，所述工业相机设置有相机镜头，其布置于相机支架处。

本发明搬运型材时，待搬运型材放置于传送带上，传送带启动时待搬运型材会被输送至定位挡块处，并被定位挡块初步定位；视觉系统采集待搬运型材的端面图像，由于型材被挡一端的位置可知，型材为硬质型材不易变开，因此通过型材与定位挡块间的夹角和型材长度进行计算可知型材另一端的位置。

通过视觉算法处理获得待搬运型材在机器人坐标系下的位姿参数（坐标系坐标），并将此参数发送给搬运机器人装置。

搬运机器人装置开始作业，两龙门式直角坐标机器人的x、z模组同时运动至待搬运型材的抓取点，r轴机构通过旋转调整气动手指角度，y轴机构伸出使气动手指进入夹持位置，气动手指的夹具夹紧待搬运型材；两个龙门式直角坐标机器人根据放置点位姿参数协同作业搬运型材；到达搬运点位置时；两个龙门式直角坐标机器人同时松开气动手指放置型材，且y轴机构收回；最终机器人回原点完成单次作业。