本发明涉及堆垛设备领域，具体地说是一种分拣堆垛机器人。这种分拣堆垛机器人适用于自动化生产线，可进行装配、在线检测分拣及堆垛等场合的自动作业。
背景技术：
在现有技术中，用于板材堆垛的全自动设备种类繁多，但是应用于带有卡爪的箱盖的堆垛设备少之甚少。
由于箱盖上带有卡爪，很难实现多个箱盖上下重叠堆放在一起，卡爪的截面积很小，多个箱盖上下堆放在一起时，很容易出现卡爪被压偏，更严重的会导致卡爪被压断或卡爪附近的箱盖被压变形，当前只能人工操作，人工码垛不仅影响工作效率和堆放效果，而且注塑时热熔的塑料挥发出大量的有害气体，会严重影响人员身体健康。由于码放工艺过程比较复杂，因此，若在保护卡爪基础上进行码垛，保证箱盖之间的相对位置及方向，另外还要对产品好坏分拣，一般机器很难实现，需配置价格昂贵的四自由度以上的机器人才能实现，这对中小型企业投入较大，难以承受。
技术实现要素：
本发明是针对背景技术中提及的带有卡爪的箱盖不易码垛的缺陷，提供一种能够实现带卡爪箱盖三维码放的分拣堆垛机器人。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种分拣堆垛机器人，该机器人设置于产品输送机的一端，包括翻转机构、验证机构、竖直移动机构、水平移动机构和可编程控制器，所述翻转机构：
包括导柱、分拣挡板机构、翻转舱和翻转舱电机；
所述分拣挡板机构包括分拣挡板、顶板、分拣挡板连杆、卡头和导柱五个部分；分拣挡板连杆为L形结构，顶板置于分拣挡板连杆顶部，且通过连接件与分拣挡板连杆拼装；分拣挡板连杆的中下部一侧面设置有凸起的卡头；另一侧面通过连接件与分拣挡板拼装；所述导柱竖直设置于所述输送机的机架上面，导柱四面设置有卡槽；所述卡头嵌装与所述卡槽内，并在卡槽内上下滑动；
所述翻转舱电机通过电机支架和连接件安装于所述导柱的顶部，所述翻转舱侧面设置有法兰联轴器，所述翻转舱电机的输出端与所述法兰联轴器连接；所述翻转舱为U形框架结构，U形框内边为槽体结构；
所述验证机构：
包括摄像头和摄像头支架；所述摄像头支架安装于所述导柱的中部，所述摄像头通过连接件安装于所述摄像头支架上，所述摄像头的镜头向下呈45-60度角倾斜设置；
所述水平移动机构:
包括水平滑台、水平滑台电机、水平滑块；
所述水平滑台垂直于输送机并安装于堆垛台之上，所述水平滑台电机置于水平滑台端部外侧，所述水平滑块置于所述水平滑台上面，水平滑块与置于水平滑台内部的水平丝杠连接，实现水平滑块在水平滑台上的水平滑动；所述水平丝杠与所述水平滑台电机的输出端连接；
所述竖直移动机构：
包括竖直滑台、竖直滑台电机、竖直滑块、堆垛板、综合支架和吸盘；
所述竖直滑台竖直安装于所述水平滑块的上面，所述竖直滑台电机安装于所述竖直滑台端部的外侧，所述竖直滑块与设置于所述竖直滑台内部的竖直丝杠连接，实现竖直滑块在竖直滑台上的竖直滑动；所述竖直丝杠与所述竖直滑台电机的输出端连接；所述综合支架通过连接件水平安装于所述竖直滑块上，所述堆垛板置于所述综合支架的侧面，所述综合支架的伸出杆部分通过连接件装配有一组吸盘；所述吸盘通过螺旋伸缩气管与气源连接；
所述可编程控制器设置在堆垛台下部，通过线路分别与驱动器、翻转舱电机、水平滑台电机、竖直滑台电机、摄像头、电磁阀、触摸屏连接控制。
作为优选方案：的验证机构和翻转机构设置于输送机出口侧，所述竖直移动机构和水平移动机构设置于输送机出口侧；所述输送机与堆垛台呈90度角设置。
作为优选方案：卡头和导柱的卡槽是相互匹配的外凸内凹式嵌装结构，其截面均为T字形，二者相对滑动配合。
作为优选方案：电机支架为横卧的L型板体，其水平面通过连接件与所述导柱顶面连接，其竖直面设置有一圆孔，并通过连接件与所述翻转舱电机端盖的止口装配；所述翻转舱电机的输出端穿过所述圆孔；
所述翻转舱的后面通过可调连接组件安装有一法兰联轴器，所述法兰联轴器包括法兰盘和轴套；法兰盘的中央部位设置有带中孔的轴套；所述可调连接组件包括轴套左右位置的法兰盘上的长孔，以及与长孔配合使用的连接件，连接件穿过长孔与翻转舱连接；所述连接件在长孔中的位置可调，实现翻转舱中心与翻转舱电机中心偏距的调整；
所述分拣挡板连杆中下部的卡头嵌入所述导柱中的卡槽内，置于所述导柱的侧面。
作为优选方案：所述法兰盘上部设置有一滚轮，该滚轮与所述顶板的下表面触接；所述翻转舱电机带动翻转舱顺指针转动，滚轮在转动过程中顶起顶板，卡头在卡槽内向上滑动，带动分拣挡板连杆及分拣挡板提起。
作为优选方案：翻转舱为U型结构的槽体，其两个伸出端的端面为外扩的喇叭口状结构。
作为优选方案：翻转舱后面上设置有标尺，所述法兰盘上端设置有游标；游标与标尺配合使用，实现翻转舱电机与翻转舱的偏心距离在长孔的长度范围内精准调整。
作为优选方案：水平滑块与水平滑台之间、所述竖直滑块与竖直滑台之间采用丝杠与螺母、齿条与齿轮、蜗轮蜗杆中的一种传动形式。
作为优选方案：吸盘通过螺旋伸缩气管与气源连接，所述螺旋伸缩气管上安装有电磁阀和负压发生器；所述电磁阀与所述可编程控制器连接受控。
作为优选方案：吸盘的下表面与所述堆垛板的下边在同一水平面上。本发明所公开的这种机器人适用于自动化生产线，可进行装配、在线检测分拣及堆垛等场合的自动作业。该机器人结构简单，制造成本低，操作简便。该分拣堆垛机器人主要由触摸屏、PLC控制器、全闭环步进电机驱动器、全闭环步进电机、摄像头、电磁阀、气动吸盘、堆垛台、倒T字形型滑台组及翻转舱等构成，其功能，可对产品自动分拣、正反三维码扣堆垛、推垛，在保证箱盖卡爪无损的情况下，提高堆垛精度和效率，保障箱盖堆垛品质，实现智能控制，文明生产。
附图说明
图1为本发明堆垛后箱盖摆放位置示意图。
图2为注塑生产线局部示意图。
图3为分拣堆垛机器人的主体结构图。
图4为分拣状态示意图。
图5为翻转舱及挡板拆分图。
图6为控制系统方框图。
图7为PLC程序流程框图。
图中：堆垛台1，正品垛2，分拣堆垛机器人3，输送机4，注塑机5，水平滑台电机6，水平滑台7，推垛板8，综合支架9，竖直滑台电机10，竖直滑台11，竖直滑块12，吸盘13，螺旋伸缩气管14，水平滑块15，翻转舱16，法兰联轴器17，滚轮18，电机支架19，翻转舱电机20，顶板21，摄像头22，摄像头支架23，导柱24，分拣挡板连杆25，卡头25-1，箱盖26，分拣挡板27。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参见附图1-7，其中，图1为箱盖产品码垛工艺图，图中箭头为箱盖之间的相对位置及方向。
这种分拣堆垛机器人3设置于产品输送机4的出口端，包括翻转机构、验证机构、竖直移动机构、水平移动机构和可编程控制器。验证机构和翻转机构设置于输送机出口侧，竖直移动机构和水平移动机构设置于输送机出口侧，输送机的出口侧与堆垛台呈90度角设置。
翻转机构包括导柱24、分拣挡板机构、翻转舱16和翻转舱电机20。分拣挡板机构包括分拣挡板27、顶板21、分拣挡板连杆25、卡头25-1和导柱五个部分。分拣挡板连杆为L形结构，顶板置于分拣挡板连杆顶部，且通过螺栓等连接件以及各自的内螺纹孔，与分拣挡板连杆拼装于一体。分拣挡板连杆的中下部的一侧面设置有凸起的卡头，另一侧面通过螺栓等连接件与分拣挡板27拼装在一起，所述分拣挡板与所述分拣挡板连杆垂直设置。导柱竖直设置于所述输送机的机架上面，导柱四面设置有卡槽；所述卡头嵌装与所述卡槽内，并在卡槽内上下滑动。
翻转舱电机20通过电机支架19和螺栓等连接件安装于导柱24的顶部，翻转舱16后侧面装配有法兰联轴器17，翻转舱电机的输出端与法兰联轴器连接。翻转舱为U形框架结构，U形框内边为槽体结构。
卡头25-1和卡槽是相互匹配的外凸内凹的嵌装式结构，类似燕尾导轨结构，作为优选，本实施例中，卡头和卡槽截面均为T字形结构，卡头在卡槽能上下自由滑动。电机支架为横卧的L型板体，其水平面通过螺栓等连接件与导柱顶面连接，其竖直面设置有一圆孔与翻转舱电机20端盖止口装配，通过螺栓等连接件与翻转舱电机20连接。
翻转舱16的后面通过可调连接组件安装有一法兰联轴器17。法兰联轴器包括法兰盘和轴套；法兰盘的两长孔之间设置有带中孔的轴套，翻转舱电机20的输出端与该轴套装配并通过顶丝固定。可调连接组件包括轴套左右位置的法兰盘上的长孔，以及与长孔配合使用的连接件，如螺栓等，螺栓穿过长孔与翻转舱16的后面连接，螺栓在长孔中的位置可调，实现翻转舱电机与翻转舱偏心设置。翻转舱后面上设置有标尺，法兰盘上端设置有游标。游标与标尺配合使用，实现翻转舱电机与翻转舱的偏心距离在长孔的长度范围内精准调整。法兰盘上部装配有一滚轮18，该滚轮18与所述顶板下表面触接。翻转舱电机20带动翻转舱以附图3视角顺指针转动，滚轮随翻转舱转动顶起顶板及分拣挡板，分拣挡板连杆25卡头25-1在导柱的卡槽内向上导向滑动。翻转舱为U型结构的槽体，其两个伸出端的端面为外扩的喇叭口状结构，便于箱盖插入其内部。
验证机构包括摄像头22和摄像头支架23，摄像头22可通过摄像头支架23可调节角度和高度。摄像头支架23通过T形螺丝安装于所述导柱24内侧卡槽内，摄像头通过螺栓安装于摄像头支架23上，摄像头的镜头向下呈45-60度角倾斜设置。分拣堆垛机器人具有对好坏产品的判别及分拣功能，系统通过500万像素高清黑白摄像头在线采集产品信息，经图像处理及分析判断，通过PLC可编程控制器控制驱动器使翻转舱电机20以图3视角顺时针转动（转动范围0-90°）通过滚轮18将顶板顶起，顶板带动分拣挡板连杆上滑，实现分拣挡板上提，残次品被输送机送出实现分拣，当连续出现两个以上残次品，系统便发出报警，以示注塑机出现异常。
水平移动机构包括水平滑台7、水平滑台电机6、水平滑块15。水平滑台7安装于堆垛台上方，水平滑台电机6置于水平滑台7端部外侧，水平滑块15置于水平滑台7上面，水平滑块15与置于水平滑台内部的水平丝杠连接，实现水平滑块在水平滑台上的水平滑动。水平丝杠与水平滑台电机的输出端连接。
竖直移动机构包括竖直滑台11、竖直滑台电机10、竖直滑块12、堆垛板8、综合支架9和吸盘13。竖直滑台11竖直安装于水平滑块的上面，竖直滑台电机10安装于竖直滑台12端部的外侧，竖直滑块与设置于竖直滑台内部的竖直丝杠连接，实现竖直滑块在竖直滑台上的竖直滑动。竖直丝杠与竖直滑台电机的输出端连接。综合支架9通过螺栓等连接件水平安装于所述竖直滑块上，堆垛板置于所述综合支架的侧面，竖直设置，综合支架的伸出杆上通过螺栓安装有一组吸盘13，本实施例中，两个吸盘13对称设置在综合支架下方，吸盘口向下，吸盘通过螺栓伸缩气管与气源连接。吸盘的下表面与所述推垛板8的下边在同一水平面上。吸盘通过螺旋伸缩气管与气源连接，所述螺旋伸缩气管上安装有电磁阀和负压发生器；所述电磁阀与所述可编程控制器连接受控。
水平滑块与水平滑台之间、所述竖直滑块与竖直滑台之间采用丝杠与螺母、齿条与齿轮、蜗轮蜗杆中的一种传动形式。本实施例采用的是丝杠螺母的形式，水平滑块和竖直滑块均包括置于上面的块体和置于下面的螺母，螺母套装在丝杠上，随着丝杠的转动而实现块体移动。
控制单元构成如图6框图所示，部分器件设置在所述堆垛台下方通过线路分别与翻转舱电机、水平滑台电机、竖直滑台电机、摄像头、电磁阀、触摸屏连接控制，触摸屏为连线手持式。
本发明的工作原理：分拣堆垛机器人的机构主要由水平和竖直两只滑台及一翻转舱、及分拣机构构成，水平滑台7底部螺孔与堆垛台1通过螺栓连接固定，水平滑块15与竖直滑台11连接构成倒T字型滑台模组，综合支架9与竖直滑块12固定连接，推垛板8与综合支架后端固定连接，吸盘13为对称两只，吸盘口朝下通过吸盘金具与综合支架下方螺孔固定连接，安装位置如图2所示意，吸盘13通气口与螺旋伸缩气管14相连，螺旋伸缩气管14的另一端与电磁阀、负压发生器、气源相连通，当电磁阀得电，压缩空气使负压发生器产生负压，吸盘可将产品（箱盖）吸附，通过水平和竖直两只滑台上滑块的移动使产品（箱盖）到达指定位置。
按工艺箱盖码垛为三维码放，水平滑台使产品沿X轴方向移动，竖直滑台使产品沿Z轴上下方向移动，旋转舱转180°实现反扣和Y轴方向的位移（旋转舱中心与旋转舱电机轴为偏心设置），图5为翻转舱及挡板拆分图，图5所示翻转舱电机20通过电机支架19及螺钉与导柱23上端面固定，导柱24下端与输送机固定，翻转舱电机20的转轴与法兰联轴器17装配并通过顶丝固定，法兰联轴器17另一端长孔法兰部分通过两只螺钉与翻转舱16固定，法兰联轴器上设置有游标，翻转舱设置有长度刻度标尺，翻转舱16与翻转舱电机轴的偏心距可在法兰长孔范围内精准调整，游标所示距离等于反扣箱盖Y轴方向的位移量（偏置方向和距离是根据工艺要求通过法兰长孔及游标尺度调节）。分拣挡板连杆25设置有卡头25-1，可嵌入导柱24的相应卡槽内（铝型材导柱四立面均带有卡槽），分拣挡板连杆25可沿导柱24上下移动，法兰联轴器17上装有滚轮18，当翻转舱电机20按图3视角顺时针转动一定角度（0~90°）时，滚轮18可将顶板21顶起，相应把分拣闸口打开，对不需要码垛的产品可直接由输送机4运出。摄像头22在线监测，摄像头22在线采集图像数据与标准比对，略有偏差系统将启动分拣程序，依上所述翻转舱电机20转动，通过滚轮18和顶板21将分拣挡板提起，输送机将残次品运出，实现分拣，分拣时机构状态如图4所示。摄像头22通过摄像头支架23与导柱24滑槽固定并可实现高度、角度调整。
本发明的控制系统：分拣堆垛机器人控制硬件如图6控制系统方框图所示，触摸屏实现人机交换将指令发布、参数设定、运行显示、产量统计、故障显示报警、语音提示。系统运行由PLC（可编程控制器）实现，系统通过500万像素黑白摄像头实时采集产品信息，通过图像处理模块进行分析实现分拣及码垛。PLC采用西门子S7-200可编程控制器实现整机系统控制，驱动器采用全闭环带位置反馈ZDM型驱动器，滑台电机及翻转舱电机采用带编码器全闭环步进电机。
图7为PLC可编程控制器的控制原理及程序流程，程序包含系统初始化、三轴机构零点、图像识别、分拣操作、码垛操作、推垛操作、计数、故障报警、次品量级报警，整机由PLC可编程控制器程序控制，触摸屏为连线手持式。
本发明的码垛及推垛过程：如附图7所示，分拣堆垛机器人码垛过程是由水平和竖直滑台、电磁阀、负压发生器、吸盘、及翻转舱实现，当第一个产品（箱盖）通过检测确为正品时，系统启动码垛程序水平和竖直滑台的滑块运行使吸盘至于产品预设位置，随后电磁阀得电，压缩空气经负压发生器产生负压再通过螺旋伸缩气管使吸盘内腔瞬时变成真空将产品吸附，水平和竖直滑台的滑块再次运行使产品放置堆垛台的预设位置，随后关闭电磁阀，产品与吸盘脱离，第一层码放完成。第二个产品（箱盖）通过检测确为正品时，系统启动码垛程序水平和竖直滑台的滑块运行并使吸盘至于产品预设位置，随后电磁阀得电，压缩空气经负压发生器产生负压，吸盘将产品吸附，水平和竖直滑台的滑块运行将产品移动至翻转舱水平位置，这时仅水平滑台的滑块运行将产品水平送入翻转舱，电磁阀关闭，同时竖直滑台的滑块运行使吸盘向上远离翻转舱（预设位置），接下来翻转舱逆时针转动180°（翻转舱与翻转舱电机轴偏心距约为6mm），随后竖直滑台的滑块运行吸盘回到预设位置，吸盘与翻转后的产品接触，电磁阀再次得电，吸盘再次将产品吸附，水平滑台的滑块运行，将产品水平移出翻转舱后，水平和竖直滑台的滑块同时运行，到达第二层产品指定码放位置，同时翻转舱回位，随后关闭电磁阀，产品脱离吸盘，第二层码放完成。第一层与第二层之间的的相对位置完全按工艺要求码放，第三层与第一层水平位置一样，第四层与第二层水平位置一样，每层高度累加，以此类推，当码放数量达到20个，系统将运行推垛程序，利用推板8将成品垛沿堆垛台推至下一工序，随后周而复始连续运行，实现自动分拣码垛及推垛。