撑胀与悬挂组合式抓盘器及抓取、卸载光盘的方法与流程

本发明涉及光盘库的机械手组件，尤其涉及一种撑胀与悬挂组合式抓盘器及抓取、卸载光盘的方法。

背景技术：

光盘库是一种以标准化光盘为数据存储媒介的光机电一体化的海量数据存储设备，传统的光盘存储方式为一个光盘匣放置一张光盘，由于这种方式存在存储容量小、占用空间大的缺陷，因而逐渐被另一存储方式取代，即一个光盘匣内层叠放置多张光盘，这种新型存储方式扩充了光盘库的存储容量、节省了光盘库空间，但也带来了一些取盘方面的问题。

专利申请号为201210008197.4申请名称为“用于光盘库的自动抓盘器”的专利申请提出一种可随机抓取多张直接叠放的光盘中的任意一张光盘的装置。上述抓盘器虽然能实现一次抓取多张光盘的功能，但在放盘时需要将所载光盘全部放入目标托盘内，然后再次抓取不用的光盘，此时目标托盘实际充当了一个中转托盘的角色。虽然这种方法能解决对层叠放置的光盘的取放盘问题，但由于存在中转步骤，因而大大降低了换盘速度。

专利申请号为cn201410295020.6申请名称为“一种抓盘器及用该抓盘器加载、卸载及回收光盘的方法”的专利申请提出一种新型抓盘器，该抓盘器通过上、下齿片配合，可以实现直接在抓盘器上分盘，而不必将光盘放下后再抓起，从而提高换盘效率。这种抓盘器的上插片具有一个伸出端，该伸出端通过插入层叠放置的光盘之间的空隙中来完成光盘的分离，这种抓盘器存在以下不足：

1)该抓盘器只适用于特殊构造的光盘(即中心孔边缘厚度小于主体厚度的光盘)，对普通光盘不适用，限制了该抓盘器的应用范围。

2)在现有的特殊构造光盘中，光盘的中心孔边缘厚度与光盘主体厚度的差值约为0.2mm，在层叠放置时，两张光盘的中心孔边缘之间的间隙接近0.2mm，为使得上插片的伸出端能插入这个间隙中，所述伸出端的厚度必须小于0.2mm，且必须具备托载多张光盘的强度，因而增加了上插片的加工难度；

抓取光盘前，必须保证上插片的伸出端恰好对准两张光盘之间的间隙，由于该间隙不大于0.2mm，因而对定位精度提出了非常高的要求，在实施上存在一定难度；在定位不准确的情况下，不仅不能顺利分离光盘，还存在刮伤光盘的风险。

为解决上述问题，现有还提供了一种抓盘器，其上、下层齿片分别为三个，通过上、下层齿片配合，可以实现直接在抓盘器上分盘，而不必将光盘放下后再抓起。现有技术的这种抓盘器，虽然提高换盘效率，但是还存在如下缺陷：

1)现有的三个齿片沿齿圈均匀分配，则齿圈较大，三个齿伸出主件的长度较短，由于在齿片加工过程中会存在加工精度不足的情况，这就导致三个齿面不能同时撑盘，从而会造成抓盘不牢固甚至抓盘失败的情况发生。

2)由于光盘的长时间堆放、光盘之间会产生类真空环境，当光盘在进行放盘时，上齿撑胀光盘，下齿收缩，由于光盘之间的类真空环境，会导致被撑胀光盘与位于其下的被放的光盘之间发生粘结。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种撑胀与悬挂组合式抓盘器。所述抓盘器采用上层齿片撑胀光盘、光盘托台支撑光盘及下层齿片托载光盘的组合方式来完成取放盘，提高了抓盘的可靠稳定性，同时解决了上下两张光盘粘连的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种撑胀与悬挂组合式抓盘器，所述抓盘器包括导向柱，所述导向柱上设置有撑胀部件、光盘搭台和托载部件，所述导向柱伸入光盘的中心孔，所述撑胀部件伸出导向柱撑胀在光盘的中心孔边缘，所述光盘搭台用于支撑因撑胀发生平移的光盘，所述托载部件位于所述撑胀部件的下方，用于托载光盘。

进一步的，所述导向柱为中空圆柱体，所述中空圆柱体的外圆直径略小于光盘的中心孔直径，所述光盘搭台沿所述圆柱体的径向绕设，并自圆柱体的外表面向内凹陷成一环形凹槽，所述撑胀部件为上层齿片，所述托载部件为下层齿片，所述上层齿片和下层齿片设置在导向柱内，所述导向柱上对应地开设有供所述上层齿片和下层齿片伸出和缩进的侧孔。

进一步的，所述环形凹槽具有一搭载平台，所述搭载平台略低于被撑胀光盘的下表面，因撑胀发生平移的光盘下表面能够搭在所述搭载平台上。

进一步的，所述导向柱上对应地开设有供所述上层齿片伸出和缩进的第一侧孔，所述导向柱上对应地开设有供所述下层齿片伸出和缩进的第二侧孔，所述导向柱的下端向内收缩形成导向插入端，所述第一侧孔和第二侧孔设置在导向柱上靠近导向插入端处。

进一步的，所述抓盘器还包括支撑架、驱动装置及与所述导向柱嵌套配合的传动装置，所述驱动装置和导向柱固定在支撑架上，

所述传动装置包括第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构驱动所述上层齿片动作，所述第二传动机构驱动所述下层齿片动作，

所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置驱动第一传动机构动作，第一传动机构带动上层齿片伸出所述导向柱，从而使上层齿片的端面撑胀在光盘的中心孔边缘，被撑胀光盘发生平移，所述被撑胀光盘下表面一侧搭在所述搭载平台上；所述第二驱动装置驱动第二传动机构动作，第二传动机构带动下层齿片伸出所述导向柱，从而利用下层齿片托载光盘。

进一步的，所述上层齿片的厚度小于或等于一张光盘的厚度，所述上层齿片和下层齿片之间的间距为一张光盘或多张光盘的厚度。

进一步的，所述上层齿片具有两个齿片，所述下层齿片具有三个齿片，且上层齿片与下层齿片相互平行。

进一步的，所述环形凹槽的高度大于一张光盘的厚度，且小于两张光盘的厚度之和。

本发明还提供一种采用抓盘器抓取光盘的方法，所述方法包括如下步骤：

导向柱伸入光盘中心孔，利用上层齿片撑胀光盘中的第n张光盘，第n张光盘发生平移，所述第n张光盘的中心孔边缘一侧靠近搭载平台，所述第n张光盘的下表面能够搭在光盘搭台上。

本发明还提供一种采用抓盘器卸载光盘的方法，所述方法包括如下步骤：导向柱的下层齿片托载n张光盘，上层齿片撑胀所述n张光盘中的第n-1张光盘，第n-1张光盘发生平移，所述第n-1张光盘的中心孔边缘一侧靠近搭载平台，所述第n-1张光盘的下表面能够搭在光盘搭台上，下层齿片收缩，使第n张光盘下落至目标托盘内。

由于上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的抓盘器上、下层齿片分别采用两个齿，通过缩小上层齿片的齿圈，间接增大了上层齿片出导向柱的行程，从而减小由于加工精度问题导致的上层齿片不完全出导向柱的情况发生，而且使得撑胀光盘更加稳固。

2、本发明的抓盘器，在导向柱外表面设置一光盘搭台，当要取盘或放盘时，此时上齿的两个齿片弹出撑住光盘，并使光盘在水平方向上有位移，发生移动的光盘靠近中心孔边缘的下表面一侧会搭到导向柱的光盘托台上，以增加光盘的一个支撑点，间接的减小了为保持光盘状态所需要的摩擦力，提高了抓盘的可靠稳定性。

3、本发明的抓盘器，在放盘的过程中，上层齿片撑胀光盘，光盘因撑胀发生轻微的平移，由于导向柱的限制，被撑光盘的上方的光盘和下方的光盘位置均不发生变化，被撑光盘与上方的光盘和下方的光盘之间有水平方向的位移，此时可以分开被撑光盘与上方的光盘和下方的光盘之间的粘结，不仅避免对光盘造成损坏，又提高了抓盘效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明抓盘器的结构示意图；

图2是图1中的侧视示意图；

图3是图2中d部放大图；

图4是图2中a向示意图；

图5是图1的俯视示意图；

图6是图5的b向示意图；

图7是图6的c部放大示意图。

图中：1-支撑架，2-导向柱，3-第一传动轴，4-第二传动轴，5-第一传动齿轮，6-第二传动齿轮，7-上层齿片，8-下层齿片，21-光盘搭台，22-搭载平台，9-第一侧孔，10-第二侧孔，11-第一电磁铁，12-第二电磁铁，13-第一推拉杆限位件，14-第二推拉杆限位件，15光盘，16-第一拉杆，17-第一联动片，18-第二拉杆，19-第二联动片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种撑胀与悬挂组合式抓盘器，所述抓盘器包括导向柱2，所述导向柱2上设置有撑胀部件、光盘搭台21和托载部件，所述导向柱2伸入光盘的中心孔，所述撑胀部件伸出导向柱2撑胀在光盘的中心孔边缘，所述光盘搭台用于支撑因撑胀发生平移的光盘，所述托载部件位于所述撑胀部件的下方，用于托载光盘。

请参见图1至图7，本发明的抓盘器包括支撑架1、上层齿片7、下层齿片8(未图示)、驱动装置、中空的导向柱2以及传动装置，其中，驱动装置和导向柱固定在支撑架上，所述光盘搭台21沿所述圆柱体的径向绕设，并自圆柱体的外表面向内凹陷成一环形凹槽，所述环形凹槽具有一搭载平台22，所述搭载平台22略低于被撑胀光盘15的下表面，因撑胀发生平移的光盘15下表面能够搭在所述搭载平台22上。

所述撑胀部件为上层齿片7，所述托载部件为下层齿片8，上层齿片7和下层齿片8设置在导向柱内，导向柱上对应地开设有供上层齿片7和下层齿片8伸出和缩进的侧孔，传动装置包括第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构驱动所述上层齿片7动作，所述第二传动机构驱动所述下层齿片8动作；驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，第一驱动装置驱动第一传动机构动作，第一传动机构带动上层齿片7伸出导向柱2，从而使上层齿片的端面撑胀在光盘的中心孔边缘，被撑胀光盘发生平移，所述被撑胀光盘下表面一侧搭在所述搭载平台22上，第二驱动装置驱动第二传动机构动作，第二传动机构带动下层齿片8伸出导向柱2，从而利用下层齿片8托载光盘。

具体地，所述第一传动机构包括第一联动机构、第一传动轴3和第一传动齿轮5，所述第一传动轴3为中空结构，第一传动轴的一端与第一联动机构固定，另一端进入导向柱2内与设置在导向柱内的第一传动齿轮5的轴孔配合；所述上层齿片7与所述第一传动齿轮5相啮合，所述导向柱2上对应地开设有供所述上层齿片伸出和缩进的第一侧孔9。所述第二传动机构包括第二联动机构、第二传动轴4和第二传动齿轮6，所述第二传动轴4的一端与第二联动机构固定，另一端穿过第一传动轴3后与设置在导向柱内的第二传动齿轮6的轴孔配合，所述第一传动轴3与第二传动轴4为同轴设置；所述下层齿片8与所述第二传动齿轮6相啮合，所述导向柱2上对应地开设有供所述下层齿片8伸出和缩进的第二侧孔10。

具体地，所述第一驱动装置为第一电磁铁11，所述第一电磁铁11为推拉式电磁铁，该推拉式电磁铁包括外壳、设置在外壳内的电磁铁内芯、推拉杆及套设在推拉杆上的弹簧；所述第一联动机构包括第一拉杆16和第一联动片17；所述第一拉杆16的一端固定在第一传动轴3上，另一端与第一联动片17连接并与第一联动片联动，所述第一联动片17连接在第一电磁铁11的推拉杆上并随推拉杆同轴移动。所述第二驱动装置为第二电磁铁12，所述第二电磁铁12为推拉式电磁铁，该推拉式电磁铁包括外壳、设置在外壳内的电磁铁内芯、推拉杆及套设在推拉杆上的弹簧；所述第二联动机构包括第二拉杆18和第二联动片19；所述第二拉杆18的一端固定在第二传动轴4上，另一端与第二联动片19连接并与第二联动片联动，所述第二联动片19连接在第二电磁铁12的推拉杆上并随推拉杆同轴移动。

进一步地，在所述支撑架1上靠近第一电磁铁11和第二电磁铁12处设置有推拉杆限位件13，所述推拉杆限位件13分别与所述第一电磁铁11和第二电磁铁12的推拉杆接触，用于限制所述电磁铁推拉杆的行程。电磁铁推拉杆的行程与上层齿片、下层齿片8的伸缩长度相对应，通过调整电磁铁推拉杆的行程，可以控制上层齿片和下层齿片8的伸出长度，应当注意的是，上层齿片和下层齿片8在伸出时不能脱离导向柱，尤其是上层齿片伸出后具有能从光盘的中心孔撑胀起光盘的撑胀力。作为本发明的优选，所述上层齿片7具有两个齿片，所述下层齿片8具有三个齿片，且上层齿片7与下层齿片8相互平行，且上层齿片7与下层齿片8相互平行。本发明将上层齿片由三个设置为两个，通过减小与该两齿啮合传动的齿圈，人为增加该两齿出导向柱的尺寸，避免了由于齿片加工精度不足，造成三个齿片不完全出导向柱的情况发生，进而造成齿面不能同时撑盘的情况发生。在一个实施例中，所述下层齿片8的齿片数量至少为三个。

所述抓盘器还包括与所述推拉杆限位件13平行设置的联动片限位件14，所述推拉杆限位件13和联动片限位件14上开设有供所述第一联动片17和所述第二联动片19穿过的限位孔，所述限位孔用于限制所述第一联动片17和所述第二联动片19除沿所述推拉杆运动方向以外的其他方向的位移；从而提高第一联动片17和第二联动片19运动的稳定性，防止第一联动片17和第二联动片19在移动中摇摆晃动。

所述上层齿片7的厚度大于层叠放置的两张光盘之间的间隙厚度，这种结构极大的降低了对光盘定位的精度要求，提高了运用的可行性。最优地，上层齿片7的厚度略小于或等于单张光盘的厚度，在利用上层齿片抓取n张光盘时，上层齿片7进入光盘的中心孔并下移至与第n张光盘相对的位置处，利用上层齿片7的端面抵住第n张光盘的中心孔边缘。当然，上层齿片7的厚度也可以为多张光盘的厚度，在利用其抓取层叠放置的光盘中的n张光盘时，上层齿片7至少撑胀起第n张光盘，但不干涉第n+1张光盘。

进一步地，所述上层齿片7与下层齿片8之间的间距为一张光盘或多张光盘的厚度。当上层齿片7与下层齿片8之间的间距为一张光盘的厚度时，可以实现在导向柱上分离单张光盘；当上层齿片7与下层齿片8之间的间距为多张光盘的厚度时，可以通过上层、下层齿片8配合来实现直接在导向柱上分离多张光盘。

进一步地，所述导向柱2为中空圆柱体，所述圆柱体的外圆直径略小于光盘15的中心孔直径，圆柱体的下端向内收缩形成导向插入端，所述第一侧孔9和第二侧孔10设置在圆柱体上靠近导向插入端处。

进一步的，所述环形凹槽的高度大于一张光盘的厚度，且小于两张光盘的厚度之和，以保证被撑胀光盘发生平移，而不会带动其上下的光盘发生平移，从而解决了被撑胀光盘与位于其下方的被放置的光盘由于某种外部原因分不开的情况。

在第一电磁铁11和第二电磁铁12均不通电的情况下，上层齿片的状态为缩进导向柱2内，下层齿片8的状态为伸出导向柱2；则上、下层齿片8的动作过程为：第一电磁铁11通电后，电磁铁的内芯吸合推拉杆使套接在推拉杆上的弹簧(未图示)压缩，推拉杆带动第一联动片17向电磁铁的内芯方向移动，第一联动片17又带动第一拉杆16偏转，第一传动轴3在第一拉杆16的带动下转动，第一传动轴3驱动第一传动齿轮5转动，进而带动上层齿片7伸出导向柱；第一电磁铁11断电后，套接在推拉杆上的弹簧复位，带动推拉杆向远离电磁铁的内芯的方向移动，直至抵在第一推拉杆限位件13上，使第一联动片17、第一拉杆16、第一传动轴3和第一传动齿轮5发生联动动作，从而使上层齿片7缩进导向柱。第二电磁铁12通电后，电磁铁的内芯吸合推拉杆使套接在推拉杆上的弹簧(未图示)压缩，推拉杆带动第二联动片19向电磁铁的内芯方向移动，第二联动片19又带动第二拉杆18偏转，第二传动轴4在第二拉杆18的带动下转动，第二传动轴4驱动第二传动齿轮6转动，进而带动下层齿片8缩进导向柱；第二电磁铁12断电后，套接在推拉杆上的弹簧复位，带动推拉杆向远离电磁铁的内芯的方向移动，直至抵在第二推拉杆限位件14上，使第二联动片19、第二拉杆18、第二传动轴4和第二传动齿轮6发生联动动作，从而使下层齿片8伸出导向柱2。

当然，由于上层齿片和下层齿片8的伸缩状态由两个电磁铁独立控制，因而上层齿片和下层齿片8的初始状态可任意设定。

在一个实施例中，本发明利用上述抓盘器进行光盘的抓取和卸载，包括以下步骤(其中n≥1)：

光盘库中，机械手移动至指定光盘匣处，打开指定光盘匣的托盘；

1)初始状态：第一电磁铁11和第二电磁铁12未通电，下层齿片8伸出导向柱2，上层齿片7缩进导向柱2内；

2)准备下落抓盘：第二电磁铁12通电，下层齿片8缩进导向柱2内；抓盘器主体移至待抓取光盘的上方(参见图4)，待抓取光盘为层叠放置的多张光盘，所有光盘的中心孔一致对齐，其中，所述光盘匣的托盘上以同心叠放方式放置有多张光盘。

3)下落抓盘：抓盘器的导向柱2进入待抓取光盘的中心孔，将上层齿片7移动至与第n张光盘相对的位置处，然后第一电磁铁11通电工作，上层齿片7弹出并抵住第n张盘的中心孔边缘，此时，所述第n张光盘的下表面一侧能够搭在光盘搭台21上，以增加光盘的一个支撑点，间接的减小了为保持光盘状态所需要的摩擦力，提高了抓盘的可靠稳定性；

4)抓起光盘：抓盘器上移，下层齿片8的下表面高于第n+1张盘的上表面后，第二电磁铁12断电，下层齿片8弹出；第一电磁铁11断电，上层齿片7缩进导向柱2内，此时，由于抵在光盘上的撑胀力消失，n张光盘整体下落，由下层齿片8托载(参见图6和图7)；

5)到指定位置放盘：抓盘器移动至一指定光驱的托盘上方，第一电磁铁11通电，上层齿片7弹出并撑胀在第n-1张光盘(例如光盘b)的位置(上层齿片7与下层齿片8之间的间距为一张光盘的厚度)，此时，所述第n-1张光盘的下表面靠近中心孔边缘的一侧能够搭在光盘搭台21的搭载平台22上，以增加光盘的一个支撑点，间接的减小了为保持光盘状态所需要的摩擦力，提高了抓盘的可靠稳定性，其中，指定位置为光驱的托盘或光盘盒的托盘；

第二电磁铁12通电，下层齿片8缩进导向柱2内；第n张盘(例如光盘a)下落在指定光驱的托盘内，完成一次卸载光盘的动作；本发明中，上层齿片7撑胀第n-1张光盘(例如光盘b)时，第n-1张光盘因撑胀发生轻微的平移，由于导向柱2的限制，被撑胀的上方的光盘(第n-2张光盘，例如光盘c)和下方的光盘(第n张光盘，例如光盘a)位置均不发生变化，被撑胀光盘与上方的光盘和下方的光盘之间有水平方向的位移，此时可以分开被撑胀光盘与上方的光盘和下方的光盘之间的粘结，不仅避免对光盘造成损坏，又提高了抓盘效率；

之后，第二电磁铁12断电，下层齿片8弹出，第一电磁铁11断电，上层齿片缩进，n-1张光盘整体下落后由下层齿片8托载；

在一些情况下，需要将抓起的多张光盘逐一放入不同的指定光驱中，则重复上述步骤5)，抓盘器移动至其他指定光驱的托盘上方，控制上层齿片7伸出并撑胀住待卸载光盘之上的一张光盘，控制下层齿片8缩进，待卸载光盘落入光驱托盘中。

完成指定张光盘的卸载动作后，若机械手还托载有剩余光盘，则移动至原光盘盒处，将剩余的光盘放回光盘盒内。

进一步的，上层齿片与下层齿片的间距为一张光盘的厚度。

在另一实施例中，本发明利用撑胀与悬挂组合式抓盘器抓取光盘的方法，包括以下步骤：

导向柱伸入光盘中心孔，利用上层齿片撑胀光盘中的第n张光盘，第n张光盘发生平移，所述第n张光盘的中心孔边缘一侧靠近搭载平台，使所述第n张光盘的下表面能够搭在光盘搭台上。

在再一实施例中，本发明利用撑胀与悬挂组合式抓盘器卸载光盘的方法，包括以下步骤：导向柱的下层齿片托载n张光盘，上层齿片撑胀所述n张光盘中的第n-1张光盘，第n-1张光盘发生平移，所述第n-1张光盘的中心孔边缘一侧靠近搭载平台，使所述第n-1张光盘的下表面能够搭在光盘搭台上，下层齿片收缩，使第n张光盘下落至目标托盘内。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的抓盘器上、下层齿片分别采用两个齿，通过缩小上层齿片的齿圈，间接增大了上层齿片出导向柱的行程，从而减小由于加工精度问题导致的上层齿片不完全出导向柱的情况发生，而且使得撑胀光盘更加稳固。

2、本发明的抓盘器，在导向柱外表面设置一光盘搭台，当要取盘或放盘时，此时上齿的两个齿片弹出撑住光盘，并使光盘在水平方向上有位移，发生移动的光盘靠近中心孔边缘的下表面一侧会搭到导向柱的光盘托台上，以增加光盘的一个支撑点，间接的减小了为保持光盘状态所需要的摩擦力，提高了抓盘的可靠稳定性。

3、本发明的抓盘器，在放盘的过程中，上层齿片撑胀光盘，光盘因撑胀发生轻微的平移，由于导向柱的限制，被撑光盘的上方的光盘和下方的光盘位置均不发生变化，被撑光盘与上方的光盘和下方的光盘之间有水平方向的位移，此时可以分开被撑光盘与上方的光盘和下方的光盘之间的粘结，不仅避免对光盘造成损坏，又提高了抓盘效率。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。