自动化码垛系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自动化码垛系统，包括机架、第一水平方向运动机构、第二水平方向运动机构、垂直方向运动机构、机械手、主导轨、至少两个托盘平台组件、第一传动机构、第一通信模块、距离传感器以及控制盒。托盘平台组件包括托盘平台、控制托盘平台升降的升降机构以及平移机构，托盘平台通过升降机构与平移机构固接，平移机构跨接在主导轨上；升降机构以及平移机构均与第一传动机构传动连接，第一通信模块与控制盒电连接。本发明提出的自动化码垛系统可以减小机械手放置货物的运动行程，从而提升货物堆放操作的效率，同时也减轻了机械手电机的负担、延长了其与相关传动部件的寿命，降低了成本。
【专利说明】自动化码垛系统
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种自动化码垛系统。
【【背景技术】】
[0002]码垛机是一种应用于产品生产流水线末端对产品进行码垛的设备，其原理是将若干同批次产品集中放置到一个货物托盘中，再由叉车对产品进行转运。
[0003]现有技术中常见的码垛机主要有机械臂码垛机和高位式码垛机两种。机械臂码垛机一般采用多关节机械臂技术，由液压驱动，其结构、控制都较为复杂，造价较高；高位码垛机占地面积较大，设备较为笨重，其移动、安装极为不便。此外，上述两种码垛机一般仅配有单个托盘，即在一次码垛完毕后需要等待叉车将托盘运走才能继续码垛，效率较低；同时，上述两种码垛机的托盘在竖直方向一般不运动，导致机械手在竖直方向上需要进行较长距离的运动，从而使得码垛效率进一步降低，此外还会降低电机等贵重部件的寿命，长期使用后导轨等部件容易产生形变，使码垛稳定性受到影响。
[0004]申请号为201010596677.8的发明提出了一种双工位设计的码垛装置，该码垛装置可分别通过向两侧的托盘码垛，从而实现不间断工作，且在机架上提供了托盘提升装置，可以实现基本的辅助式码垛。但在上述方案中，机械手行程需要覆盖中间的生产线部分和两侧的载物托盘，放置单件产品的平均行程较长，导致效率较低，同时也导致码垛框架的整体高精度加工尺寸也较大，成本较高。此外，由于托盘架本身的提升装置也安置在机体上，当一侧码垛较多产品时容易导致设备两侧的重量不平衡，机架容易老化。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种自动化码垛系统。
[0006]本发明提出的自动化码垛系统包括机架、第一水平方向运动机构、第二水平方向运动机构、垂直方向运动机构、机械手、主导轨、至少两个托盘平台组件、第一传动机构、第一通信模块、距离传感器以及控制盒。其中，所述机架设有第一导轨，所述第一水平方向运动机构跨接在所述第一导轨上，所述第一水平方向运动机构设有第二导轨，所述第二水平方向运动机构跨接在所述第二导轨上，所述第二水平方向运动机构与所述垂直方向运动机构固接，所述垂直方向运动机构与所述机械手传动连接；所述托盘平台组件包括托盘平台、控制所述托盘平台升降的升降机构以及平移机构，所述托盘平台通过所述升降机构与所述平移机构固接，所述平移机构跨接在所述主导轨上；所述升降机构以及平移机构均与所述第一传动机构传动连接，所述第一通信模块与所述控制盒电连接，所述第一通信模块获取所述控制盒发出的第一控制指令、并将所述第一控制指令传送至所述第一传动机构；所述距离传感器与所述控制盒电连接，所述距离传感器用于获取所述升降机构的高度，所述高度小于预设阈值时，所述控制盒向所述第一通信模块发出平移指令，所述第一传动机构带动所述托盘平台组件平移。
[0007]本发明提出的自动化码垛系统通过控制盒控制托盘组件进行高度位移以及水平位移，从而实时地配合机械手进行货物的堆放操作。上述设计可以减小机械手放置货物的运动行程，从而提升货物堆放操作的效率，同时也减轻了机械手电机的负担、延长了其与相关传动部件的寿命，降低了成本。此外，本发明提出的自动化码垛系统中托盘组件以及包含机械手的货物抓取装置为分离式设计，设备安装简便，也避免了货物堆放过程中的不平衡情形，整个系统的稳定性得到了提高。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0008]图1为本发明一实施例的自动化码垛系统结构图。
[0009]图2为本发明一实施例的托盘组件结构图。
[0010]图3为本发明一实施例的机架及其附属机构结构图。
【【具体实施方式】】
[0011]下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
[0012]在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指
示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
[0013]本发明提供一种自动化码垛系统。请参照图1、图2以及图3，在本发明一实施例中，所述自动化码垛系统包括机架100、第一水平方向运动机构200、第二水平方向运动机构300、垂直方向运动机构400、机械手500、主导轨600、第一托盘组件700、第二托盘组件800、第一传动机构(图未示)、第一通信模块(图未示)、距离传感器900以及控制盒1000。
[0014]其中，第一托盘组件700与第二托盘组件800包含相同的子装置，其结构、功能相同。以第二托盘组件800为例，第二托盘组件800进一步包括托盘平台801、控制托盘平台801升降的升降机构802以及平移机构803。
[0015]下文将对本发明提出的自动化码垛系统各组成部分及其工作原理作进一步详细描述。
[0016]如图1所示，机架100设有沿第一水平方向设置的第一导轨，第一水平方向运动机构200跨接在所述第一导轨上，第一水平方向运动机构200可沿所述第一导轨在第一方向上滑动。
[0017]第一水平方向运动机构200设有第二导轨，第二水平方向运动机构300跨接在所述第二导轨上，第二水平方向运动机构300可沿所述第二导轨在第二方向上滑动。优选地，所述第一水平方向与第二水平方相互垂直。
[0018]第二水平方向运动机构300与垂直方向运动机构400固定连接，垂直方向运动机构400与机械手500传动连接。垂直方向运动机构400可以带动机械手500在垂直方向上进行运动。优选地，机械手500可以由单个或多个气动吸盘构成。
[0019]以第二托盘组件800为例，托盘平台801通过升降机构802与平移机构803固接，平移机构803跨接在主导轨600上。平移机构803可沿主导轨600来回滑动。在本实施例中，主导轨600的设置方向为第一水平方向。
[0020]升降机构802以及平移机构803均与所述第一传动机构传动连接，所述第一通信模块与控制盒1000电连接，所述第一通信模块用于获取由控制盒1000发出的控制指令、并将所述控制指令传送至所述第一传动机构，进而由所述第一传动机构对升降机构802或平移机构803进行机械传动。其中，所述第一通信模块与控制盒1000的连接方式可以采用有线电连接，也可以采用无线信号连接。
[0021]距离传感器900与控制盒1000电连接。距离传感器900用于获取升降机构802的高度，并将高度数据实时地反馈至控制盒1000。优选地，距离传感器900可以采用红外传感器，也可以采用超声波传感器。
[0022]优选地，所述第一传动机构包括第一传动装置以及第二传动装置，升降机构802与所述第一传动装置传动连接，平移机构803与所述第二传动装置传动连接。所述第一传动装置基于所述第一通信模块获取的控制信号对升降机构802进行机械传动，以控制升降机构802在垂直方向上运动；所述第二传动装置基于所述第一通信模块获取的控制信号对平移机构803进行机械传动，以控制平移机构803沿主导轨600滑动。其中，所述第一传动装置、第二传动装置可以采用电机，也可以采用液压伸缩杆，在上述实施例中，所述第一传动装置为液压伸缩杆，升降机构802为剪式升降架，该剪式升降架包括一对活动支架以及横杆，所述横杆连接所述活动支架对，液压伸缩杆与所述横杆传动连接，液压伸缩杆的伸缩可以带动所述活动支架作剪式运动，从而改变托盘平台801的高度。
[0023]优选地，本发明提出的自动化码垛系统还包括第二传动机构以及第二通信模块。第一水平方向运动机构200、第二水平方向运动机构300以及垂直方向运动机构400均与所述第二传动机构传动连接。所述第二通信模块与控制盒1000电连接，所述第二通信模块获取控制盒1000发出的控制指令、并将所述控制指令传送至所述第二传动机构。
[0024]优选地，控制盒1000进一步包括与所述第一通信模块、第二通信模块进行通信的第三通信模块1001、存储预设控制指令的存储模块1002以及数据处理模块1003。
[0025]进一步优选地，所述第二传动机构包括第三传动装置、第四传动装置以及第五传动装置。第一水平方向运动机构200与所述第三传动装置传动连接，第二水平方向运动机构300与所述第四传动装置传动连接，垂直方向运动机构400与所述第五传动装置传动连接。所述第三传动装置基于所述第二通信模块获取的控制信号对第一水平方向运动机构200进行机械传动，以控制第一水平方向运动机构200沿所述第一导轨滑动；所述第四传动装置基于所述第二通信模块获取的控制信号对第二水平方向运动机构300进行机械传动，以控制第二水平方向运动机构300沿所述第二导轨滑动；所述第五传动装置基于所述第二通信模块获取的控制信号对垂直方向运动机构400进行机械传动，以控制垂直方向运动机构400在垂直方向上运动。其中，所述第三传动装置、第四传动装置以及第五传动装置可以采用电机，也可以采用液压伸缩杆。
[0026]上文对本发明所述自动化码垛系统各组成部分及其连接关系作了具体描述，下面将对自动化码垛系统的工作原理作进一步详细描述。
[0027]请参照图1，在准备工作中，第一托盘组件700、第二托盘组件800上均堆叠若干待存放货物的托盘，第一托盘组件700与第二托盘组件800中至少一个置于机架100正下方(图1所示为第二托盘组件800置于机架100正下方)。控制盒1000发出控制指令控制升降机构802升至一定的初始高度，该初始高度为一预设值，可预先存储于控制盒1000中。
[0028]准备工作完毕后，控制盒1000发出控制指令控制第一水平方向运动机构200、第二水平方向运动机构300以及垂直方向运动机构400运动，从而带动机械手500抓取生产线上输出的待存放货物。抓有待存放货物的机械手500在控制盒1000的进一步控制下运动至托盘平台801上方，机械手500在控制盒1000的控制下松开，待存放货物进而被放置于托盘平台801上。
[0029]控制盒1000进一步发出控制信号控制机械手500抓取生产线上输出的后续若干待存放货物，并控制机械手500将后续若干待存放货物依次放置、并排列于托盘平台801上，直至托盘平台801堆放一层所述待存放货物为止。
[0030]完成一层待存放货物堆放动作后，重复上述过程，即控制盒1000发出控制信号控制升降机构802下降一定高度，再进行堆放待存放货物，使得托盘平台801堆放若干层所述待存放货物。其中一块托盘平台堆放所述待存放货物的层数也可预先设置，并存储于控制盒1000中。
[0031]距离传感器900实时地采集升降机构802的高度，并将该高度数据传送至控制盒1000。当所述高度小于某一预设阈值时，控制盒1000向所述第一通信模块发出平移指令，所述第一传动机构对平移机构803进行机械传动，从而带动第二托盘平台组件800平移，使其离开机架100正下方，同时带动第一托盘平台组件700平移至机架100正下方，开始新一轮的货物堆放操作。
[0032]在本发明所述自动化码垛系统对第一托盘平台组件700进行货物堆放的过程中，管理人员可通过叉车将第二托盘平台组件800上堆有货物的托盘运走，以空出下一块待堆放货物的托盘，以便进行下一轮货物堆放。
[0033]当第一托盘平台组件700上的货物堆放完毕后，同样重复上述操作，即控制盒1000发出控制信号使第一托盘平台组件700平移离开机架100正下方，同时带动第二托盘平台组件800平移至机架100正下方，开始新一轮的货物堆放操作。
[0034]本领域技术人员应能理解的是，本发明可采用的托盘组件不限上述实施例中所述的两个。托盘组件的个数与主导轨600的长度、车间空间大小以及叉车数量等因素有关，在车间上述资源较充沛的条件下，完全可以结合车间实际情况采用大于两个的托盘组件轮番进行流水线式的货物堆放操作，以进一步提高效率。
[0035]优选地，控制盒1000还包括用于接收外部控制指令的人机交互模块。在某些异常或紧急状况下，工作人员可以通过所述人机交互模块输入实时的人工控制指令，以控制机械手500或托盘组件发生应急运动。
[0036]本发明提出的自动化码垛系统通过控制盒控制托盘组件进行高度位移以及水平位移，从而实时地配合机械手进行货物的堆放操作。上述设计可以减小机械手放置货物的运动行程，从而提升货物堆放操作的效率，同时也减轻了机械手电机的负担、延长了其与相关传动部件的寿命，降低了成本。此外，本发明提出的自动化码垛系统中托盘组件以及包含机械手的货物抓取装置为分离式设计，设备安装较为简便，同时避免了货物堆放过程中的不平衡情形，整个系统的稳定性也得到了提高。
[0037]虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案，而并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、变形、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种自动化码垛系统，包括机架、第一水平方向运动机构、第二水平方向运动机构、垂直方向运动机构以及机械手，其特征在于，还包括主导轨、至少两个托盘平台组件、第一传动机构、第一通信模块、距离传感器以及控制盒，其中， 所述机架设有第一导轨，所述第一水平方向运动机构跨接在所述第一导轨上，所述第一水平方向运动机构设有第二导轨，所述第二水平方向运动机构跨接在所述第二导轨上，所述第二水平方向运动机构与所述垂直方向运动机构固接，所述垂直方向运动机构与所述机械手传动连接； 所述托盘平台组件包括托盘平台、控制所述托盘平台升降的升降机构以及平移机构，所述托盘平台通过所述升降机构与所述平移机构固接，所述平移机构跨接在所述主导轨上； 所述升降机构以及平移机构均与所述第一传动机构传动连接，所述第一通信模块与所述控制盒电连接，所述第一通信模块获取所述控制盒发出的第一控制指令、并将所述第一控制指令传送至所述第一传动机构； 所述距离传感器与所述控制盒电连接，所述距离传感器用于获取所述升降机构的高度，所述高度小于预设阈值时，所述控制盒向所述第一通信模块发出平移指令，所述第一传动机构带动所述托盘平台组件平移。
2.根据权利要求1所述的自动化码垛系统，其特征在于，还包括第二传动机构以及第二通信模块，所述第一水平方向运动机构、第二水平方向运动机构以及垂直方向运动机构均与所述第二传动机构传动连接，所述第二通信模块与所述控制盒电连接，所述第二通信模块获取所述控制盒发出的第二控制指令、并将所述第二控制指令传送至所述第二传动机构。
3.根据权利要求1所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述第一传动机构包括第一传动装置以及第二传动装置，所述升降机构与所述第一传动装置传动连接，所述平移机构与所述第二传动装置传动.连接。
4.根据权利要求2所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述第二传动机构包括第三传动装置、第四传动装置以及第五传动装置，所述第一水平方向运动机构与所述第三传动装置传动连接，所述第二水平方向运动机构与所述第四传动装置传动连接，所述垂直方向运动机构与所述第五传动装置传动连接。
5.根据权利要求3或4所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述传动装置为电机或液压伸缩杆。
6.根据权利要求5所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述升降机构为剪式升降架，所述剪式升降架包括一对活动支架以及横杆，所述横杆连接所述活动支架对，所述液压伸缩杆与所述横杆相连接。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述控制盒包括与所述第一通信模块进行通信的第三通信模块、存储预设控制指令的存储模块以及数据处理模块。
8.根据权利要求7所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述控制盒还包括用于接收外部控制指令的人机交互模块。
9.根据权利要求7所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述第一通信模块、所述第二通信模块以及所述距离传感器与所述控制盒的连接方式为有线电连接或无线信号连接。
10. 根据权利要求9所述的自动化码垛系统，其特征在于，所述距离传感器为红外传感器或超声波传感器。
【文档编号】B65G61/00GK103466333SQ201310394828
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】王建军, 朱青松, 岳冰心, 谢耀钦 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院