一种物料搬运机器人的执行装置和物料搬运系统的制作方法

本实用新型涉及用于工业生产领域的物料搬运系统，是一种针对但不限于钛生产行业的铸坯、锻坯、板坯之类产品的物料搬运机器人的执行装置和对应的物料搬运系统。

背景技术：

现在物料搬运主要是通过4至6人配合，先将物料的一边掀起，塞入吊带，然后将物料的另一边掀起，塞入吊带，再通过人工控制行车进行搬运。

存在的主要问题是：人工掀起物料的操作，导致人工劳动强度大，工作效率低。另外，在物料搬运过程中不可避免会出现物料脱落的情况，存在安全隐患。

机器人自动搬运系统，是以工业机器人为平台，物料搬运系统为核心的自动化设备，通过自动化运行能有效降低工人劳动强度和减少安全隐患。

在机器人自动搬运系统中，安装于机器人末端的执行装置负责夹持和搬运物料，其可靠性决定了整个系统完成搬运工作的可靠性，需要重点关注。目前常用的执行装置，存在夹持不紧、物料坠落、定位不精准等问题。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种物料搬运机器人的执行装置、物料搬运系统和方法，利用六轴伺服机器人的灵活性和定位精度带动执行装置按设定轨迹移动的同时，通过执行装置的夹紧和松开两个动作，完成对物料的搬运，实现搬运过程不需人工干预，有效降低人工劳动强度，提升生产效率，提高定位精度，缩短搬运时间等效果。

本实用新型所采用的的技术方案之一是：

一种物料搬运机器人的执行装置（4），主要由机器人连接件（401）、执行装置主架（402）、双耳环安装座一（403）、气缸一（404）、活动臂（405）、活动压板（406）、双耳环安装座二（407）、气缸二（408）、护勾（409）、插销安装座（410）、气缸三和插销（411）、相机护罩（412）、相机和光源（413）、测距传感器（414）、接近传感器（415）、固定压板（416）组成；

是一种用于物料搬运系统的、安装于机器人末端、直接用于夹紧和搬运物料的执行装置（4）；

该一种物料搬运机器人的执行装置（4），包括：

用于连接机器人末端的机器人连接件（401）；

用于集成安装各执行部件的执行装置主架（402）；

用于夹紧物料的活动臂（405）和活动压板（406），所述活动臂（405）和活动压板（406）受气缸一（404）驱动，2套活动臂（405）、活动压板（406）和气缸一（404）左右对称地安装在执行装置主架（402）上，其中活动臂（405）安装在双耳环安装座一（403）上，并可绕其安装轴旋转，活动臂（405）的前端连接的活动压板通过平面接触压紧物料，与固定在执行装置主架（402）上后方的固定压板（416）配合，实现对物料的夹紧；

相较于传统结构：活动臂（405）前端连接的活动压板（406）与固定压板（416）的相互配合，可实现抓取面的自适应，从而避免线接触。

进一步地，所述一种物料搬运机器人的执行装置（4），还包括：

用于对夹紧的物料进行防坠保护的护勾（409），所述护勾（409）受气缸二（408）驱动，2套护勾（409）和气缸二（408）左右对称地安装在执行装置主架（402）上，其中护勾（409）安装在双耳环安装座二（407）上，并可绕其安装轴旋转，护勾（409）的前端为勾状，安装后高度低于活动压板（406），从被夹紧的物料底端勾住物料，实现防坠保护；

用于对护勾（409）进行机械限位的气缸三和插销（411），2套气缸三和插销（411）安装在插销安装座（410）上，位于左右两侧的护勾的中间，在护勾（409）勾住物料后，气缸三驱动插销插入护勾（409）的插销孔（4091），2套气缸三和插销（411）分别实现对2个护勾（409）的机械限位；

气缸二（408）、护勾（409）、气缸三和插销（411），对物料进行机械限位，防止物料中途坠落，提高安全性。

进一步地，所述一种物料搬运机器人的执行装置（4），还包括：

用于确定物料的具体摆放位置的相机和光源（413），相机和光源（413）使用相机护罩（412）盖住保护，安装在执行装置主架（402）的后端空隙位置，执行装置主架（402）采用金属杆焊接而成，留有相机和光源（413）透过的空隙；

增加相机和光源（机器视觉）确定物料的空间位置和摆放角度，从而实现执行装置抓取姿态的自适应。

进一步地，所述一种物料搬运机器人的执行装置（4），还包括：

用于实时反馈执行装置（4）的夹紧部位与物料之间的距离的测距传感器（414），所述测距传感器（414）安装到执行装置主架（402）上；测距传感器（414）使用激光测距传感器；

增加激光测距传感器是测量即时距离，判断有无，从而防止对物料的抓空、抓漏和碰撞。

进一步地，所述一种物料搬运机器人的执行装置（4），还包括：

用于确认物料的夹紧状态的接近传感器（415），所述接近传感器（415）安装在固定压板（416）的预留安装孔位上，当活动压板（406）推动物料接近固定压板（416）时，接近传感器（415）检测固定压板（416）与物料的接触，反馈物料被夹紧的状态；接近传感器（415）可使用电感式接近传感器和/或电容式接近传感器；

增加接近传感器判断有无，从而实现物料的抓牢。

以上各部分分别通过安装到安装板上，然后使用螺钉连接等方法，连接到执行装置主架（402）上，各传感器检测和确定物料的具体位置，并将信息反馈给plc，plc同时控制执行各个动作，完成对物料的搬运。

本实用新型采取的技术方案之二是：

一种机器人物料搬运系统，包括：如上所述的执行装置（4），所述执行装置（4）安装在所述工业机器人（3）的末端，主要功能在于检测和确定物料的具体位置并反馈给plc，同时执行各个动作，完成对物料的搬运。

进一步地，所述一种机器人物料搬运系统，所述工业机器人（3）采用6轴伺服驱动工业机器人。

进一步地，所述一种机器人物料搬运系统，还包括：电气控制柜（1）、气动控制柜（2）；所述电气控制柜（1）为所述一种机器人物料搬运系统的控制系统，包括工控机、plc、控制软件，主要功能在于实现设备的功能控制，参数调整，数据统计与分析，实现plc与生产线的通讯和信号交互；所述气动控制柜（2）主要由气动三联件、电磁阀组成，主要功能在于接收plc信号并控制执行装置（4）上各气缸的动作。

进一步地，所述一种机器人物料搬运系统，还包括：辅助装置、防护系统（8）；所述辅助装置主要由机器人底座、安置底座、托盘及辅助工装组成，主要负责固定机器人和安置物料；所述防护系统（8）主要由护栏、区域防护传感器、安全指示灯组成，主要负责为产品提供必要的安全操作区域，并防止产品对人员造成伤害。

本实用新型还提供一种上述一种机器人物料搬运系统的控制系统，所述控制系统用于控制如上所述的机器人物料搬运系统的工作流程，该控制系统包括：

以plc为控制中心，接收现场检测元件的检测信号，所述plc与现场检测元件采用硬线连接，所述现场检测元件即包括相机和光源（413）、测距传感器（414）、接近传感器（415）；

plc与kf通讯互锁信号硬线连接，kf通讯互锁信号用于采集现场设备信号，并发送控制信号给现场设备；

plc与现场工业机器人（3）通过以太网通讯，控制工业机器人（3）的动作；

plc与视觉系统、触摸屏通过232通讯连接，通过视觉系统显示工业机器人（3）执行物料搬运工作的状况，通过触摸屏实现人机交互、应急处理等功能。

本实用新型的技术方案之三是：

一种机器人物料搬运方法，包括如下流程步骤：

s1、通过托盘及托盘辅助工装（6）完成物料的初步码放，并通过行车将托盘及物料（7）吊装至相应区域；

s2、防护系统（8）确定工作环境安全后，工业机器人（3）驱动执行装置（4）移动至物料安置区域并停止；

s3、相机和光源（413）确定物料的具体摆放位置，并反馈给plc，工业机器人（3）做出相应调整；

s4、工业机器人（3）驱动执行装置（4）接近物料，测距传感器（414）实时反馈距离，到达预设位置后，工业机器人（3）停止动作；

s5、执行装置（4）上的气缸一（404）驱动活动臂（405）和活动压板（406）完成对物料的夹紧，接近传感器（415）确认物料的夹紧状态；

s6、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料提起一段距离并停止；

s7、执行装置（4）上的气缸二（408）驱动护勾（409）完成对物料的防坠保护，并通过气缸三驱动插销对护勾（409）进行机械限位；

s8、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料移动至摆放区域并停止；

s9、执行装置（4）上的气缸三驱动插销解除对护勾（409）的机械限位，气缸二（408）驱动护勾（409）解除对物料的防坠保护；

s10、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料摆放至对应摆放位置并停止，气缸一（404）驱动活动臂（405）和活动压板（406）完成对物料的释放；

s11、工业机器人（3）再次驱动执行装置（4）移动至物料安置区域并停止；

s12、重复s3～s11步骤直至完成所有物料的搬运；

s13、工业机器人（3）回到原位，等待下一次搬运任务。

进一步地，所述一种机器人物料搬运方法，还包括如下步骤：

如所述一种机器人物料搬运系统遇到故障停止工作且执行装置（4）正处于搬运过程中，则需人工干预，控制工业机器人（3）将物料放置于故障处理工位（5）上，待排除故障后重新启动所述一种机器人物料搬运系统即可。

本实用新型的有益效果包括：所述工业机器人采用6轴伺服驱动工业机器人，重复定位精度高，响应速度快，具体可达到如下效果：1、自动寻找并准确定位标识物料位置，系统定位精度可达±1mm；2、可以替代人工完成作业，自动搬运过程不需要人工干预，可连续运行；3、搬运速度快，可达40秒/个；4、另外还具备各种统计功能和报错预警功能。

附图说明

图1是本实用新型系统总体布置图；

图2是本实用新型执行装置组装图；

图3是本实用新型执行装置分解图；

图4是本实用新型系统原理图；

图中：1、电气控制柜；2、气动控制柜；3、工业机器人；4、执行装置；5、故障处理工位；6、托盘辅助工装；7、托盘及物料；8、防护系统；401、机器人连接件；402、执行装置主架；403、双耳环安装座一；404、气缸一；405、活动臂；406、活动压板；407、双耳环安装座二；408、气缸二；409、护勾；410、插销安装座；411、气缸三和插销；412、相机护罩；413、相机和光源；414、测距传感器；415、接近传感器；416、固定压板；4091、插销孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步的说明，以便于本领域技术人员理解本实用新型。

本实用新型首先可提供如图2和3所示的一种用于物料搬运系统的、安装于机器人末端、直接用于夹紧和搬运物料的执行装置（4），该执行装置（4）包括：

用于连接机器人末端的机器人连接件（401）；

用于集成安装个执行部件的执行装置主架（402）；

用于夹紧物料的活动臂（405）和活动压板（406），所述活动臂（405）和活动压板（406）受气缸一（404）驱动，2套活动臂（405）、活动压板（40/6）和气缸一（404）左右对称地安装在执行装置主架（402）上，其中活动臂（405）和活动压板（406）安装在双耳环安装座一（403）上，并可以其安装轴旋转，活动臂（405）和活动压板（406）的前端通过平面接触压紧物料，与固定在执行装置主架（402）上的固定压板（416）配合，实现对物料的夹紧；

用于对夹紧的物料进行防坠保护的护勾（409），所述护勾（409）受气缸二（408）驱动，2套护勾（409）和气缸二（408）左右对称地安装在执行装置主架（402）上，其中护勾（409）安装在双耳环安装座二（407）上，并可以其安装轴旋转，护勾（409）的前端为勾状，从被夹紧的物料底端勾住物料，实现防坠保护；

用于对护勾（409）进行机械限位的气缸三和插销（411），2套气缸三和插销（411）安装在插销安装座（410）上，位于左右两侧的护勾（409）的中间，护勾（409）勾住物料后，气缸三驱动插销插入护勾（409）的插销孔（4091），2套气缸三和插销（411）分别实现对2个护勾（409）的机械限位；

用于确定物料的具体摆放位置的相机和光源（413），相机和光源（413）使用相机护罩（412）盖住保护，安装在执行装置主架（402）的后端空隙位置，执行装置主架（402）采用金属杆焊接而成，留有相机和光源（413）透过的空隙；

用于实时反馈执行装置（4）的夹紧部位与物料之间的距离的测距传感器（414），所述测距传感器（414）安装到执行装置主架（402）上，测距传感器（414）使用激光测距原理，选用激光测距传感器；

用于确认物料的夹紧状态的接近传感器（415），所述接近传感器（415）安装在固定压板（416）的预留安装孔位上，当活动臂和活动压板（405）的前端推动物料时，接近传感器（415）检测固定压板（416）与物料的接触压力，反馈物料被夹紧的状态，接近传感器（415）的类型有电感式接近传感器和电容式接近传感器两种选择；

本实用新型继而提供一种机器人物料搬运系统，其组成如图1所示，它包括：电气控制柜（1）、气动控制柜（2）、工业机器人（3）、执行装置（4）、辅助装置、防护系统（8）；其中：

所述电气控制柜（1）为所述一种机器人物料搬运系统的控制系统，包括工控机、plc、控制软件，主要功能在于实现设备的功能控制，参数调整，数据统计与分析，实现plc与生产线的通讯和信号交互；

所述气动控制柜（2）主要由气动三联件、电磁阀组成，主要功能在于接收plc信号并控制执行装置上各气缸的动作；

所述工业机器人（3）采用6轴伺服驱动工业机器人；

所述执行装置（4）安装在所述工业机器人的末端，为图2和图3所示的执行装置，主要功能在于检测和确定物料的具体位置并反馈给plc，同时执行各个动作，完成对物料的搬运；

所述辅助装置主要由机器人底座、安置底座、故障处理工位（5）、托盘辅助工装（6）、托盘及物料（7）组成，主要负责固定机器人和安置物料；

所述防护系统（8）主要由护栏、区域防护传感器、安全指示灯组成，主要负责为产品提供必要的安全操作区域，并防止产品对人员造成伤害。

本实用新型还提供一种上述一种机器人物料搬运系统的控制系统，所述控制系统用于控制如上所述的机器人物料搬运系统的工作流程，该控制系统包括：

以plc为控制中心，接收现场检测元件的检测信号，所述plc与现场检测元件采用硬线连接，所述现场检测元件即包括相机和光源（413）、测距传感器（414）、接近传感器（415）；

plc与kf通讯互锁信号硬线连接，kf通讯互锁信号用于采集现场设备信号，并发送控制信号给现场设备；

plc与现场工业机器人（3）通过以太网通讯，控制工业机器人（3）的动作；

plc与视觉系统、触摸屏通过232通讯连接，通过视觉系统显示工业机器人（3）执行物料搬运工作的状况，通过触摸屏实现人机交互、应急处理等功能。

本实用新型还提供一种如上所述的机器人物料搬运系统的物料搬运方法，包括如下流程步骤：

s1、通过托盘及托盘辅助工装（6）完成物料的初步码放，并通过行车将托盘及物料（7）吊装至相应区域；

s2、防护系统（8）确定工作环境安全后，工业机器人（3）驱动执行装置（4）移动至物料安置区域并停止；

s3、相机和光源（413）确定物料的具体摆放位置，并反馈给plc，工业机器人（3）做出相应调整；

s4、工业机器人（3）驱动执行装置（4）接近物料，测距传感器（414）实时反馈距离，到达预设位置后，工业机器人（3）停止动作；

s5、执行装置（4）上的气缸一（404）驱动活动臂（405）和活动压板（406）完成对物料的夹紧，接近传感器（415）确认物料的夹紧状态；

s6、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料提起一段距离并停止；

s7、执行装置（4）上的气缸二（408）驱动护勾（409）完成对物料的防坠保护，并通过气缸三驱动插销对护勾（409）进行机械限位；

s8、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料移动至摆放区域并停止；

s9、执行装置（4）上的气缸三驱动插销解除对护勾（409）的机械限位，气缸二（408）驱动护勾（409）解除对物料的防坠保护；

s10、工业机器人（3）驱动执行装置（4）将被夹紧的物料摆放至对应摆放位置并停止，气缸一（404）驱动活动臂（405）和活动压板（406）完成对物料的释放；

s11、工业机器人（3）再次驱动执行装置（4）移动至物料安置区域并停止；

s12、重复s3～s11步骤直至完成所有物料的搬运；

s13、工业机器人（3）回到原位，等待下一次搬运任务。

进一步地，所述一种机器人物料搬运方法，还包括如下步骤：

如所述一种机器人物料搬运系统遇到故障停止工作且执行装置（4）正处于搬运过程中，则需人工干预，控制工业机器人（3）将物料放置于故障处理工位（5）上，待排除故障后重新启动所述一种机器人物料搬运系统即可。

实施例中所述前后上下左右等方位名词根据视角不同可以不同，其只用于表征部件安装特点，不应理解为对具体安装位置的限定。

以上实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式，而不是用于限定本实用新型，本实用新型所要求保护的范围以权利要求书所述为准。