上下料系统的制作方法

1.本技术涉及物料输送技术领域，特别涉及一种上下料系统。


背景技术：

2.pcb插件作业中，常使用人工插件和人工上料。人工插件效率和可靠性低，而且成本也越来越高，人工插件逐渐被机器人插件代替。
3.机器人插件效率较高，传统的人工上料逐渐无法满足机器人插件对上料效率的需求，而且机器人插件后的空托盘也需要得到及时回收。


技术实现要素：

4.为解决相关方案中传统的人工上料逐渐无法满足机器人插件对上料效率的需求，本技术提供一种能够满足机器人插件对上料效率的需求，而且能够及时回收空托盘的上下料系统。
5.本技术所提供的上下料系统，包括上料单元、提升单元和下料总成；
6.上料单元，用于带动盛有物料的托盘沿输入路径移动；所述输入路径呈大致水平状态；
7.提升单元，包括平移承接模块和第一升降驱动模块；所述第一升降驱动模块传动连接所述平移承接模块，以带动所述平移承接模块上升至待取料工位或下降至输入转移工位；所述平移承接模块下降至所述输入转移工位时，可将所述上料单元输送来的盛有物料的托盘移动至所述平移承接模块上；
8.下料总成，连接所述提升单元，用于将完成取料的空托盘转移出去。
9.进一步地，所述提升单元还包括提升机架；
10.所述第一升降驱动模块包括第一升降架和第一升降驱动机构；所述第一升降架可升降地设于所述提升机架上；所述第一升降驱动机构传动连接所述第一升降架，以驱动所述第一升降架升降移动；
11.所述平移承接模块设于所述第一升降架上；所述平移承接模块可随所述第一升降架上升至所述待取料工位或下降至输入转移工位。
12.进一步地，所述平移承接模块包括承接滚筒和承接驱动电机；
13.所述承接滚筒可转动地设于所述第一升降架上，所述承接滚筒转动时可将所述上料单元输送来的物料转移至所述输入转移工位；
14.所述承接驱动电机的输出轴与所述承接滚筒传动连接，以带动所述承接滚筒转动。
15.进一步地，所述下料总成包括搬运单元、下降单元和输出单元；
16.所述搬运单元连接所述提升单元，用于将位于所述待取料工位的空托盘转移至所述下降单元；
17.所述下降单元连接于所述搬运单元和所述输出单元之间，用于将所述搬运单元转
移来的空托盘降低高度后转移到所述输出单元上；
18.所述输出单元用于将所述下降单元转移来的空托盘转输送出去。
19.进一步地，所述搬运单元包括导轨、平移驱动机构、滑动座和吸盘组件；
20.所述滑动座可沿所述导轨移动地设于所述导轨上；
21.所述平移驱动机构传动连接所述滑动座，用于驱动所述滑动座沿所述导轨移动；
22.所述吸盘组件设于所述滑动座上，用于吸取所述提升单元上的空托盘，并随所述滑动座移动至所述下降单元的上方，以将所述空托盘放置于所述下降单元上。
23.进一步地，所述搬运单元还包括伸缩缸；
24.所述伸缩缸的缸体固定于所述滑动座上；
25.所述吸盘组件设于所述伸缩缸的伸缩杆上，随所述伸缩杆的伸缩而上升或下降。
26.进一步地，所述下降单元包括平移转接模块和第二升降驱动模块；所述第二升降驱动模块传动连接所述平移转接模块，以带动所述平移转接模块上升至待下料工位或下降至输出转移工位；所述平移转接模块下降至所述输出转移工位时，可将所述空托盘移动至所述输出单元上。
27.进一步地，所述下降单元还包括下降机架；
28.所述第二升降驱动模块包括第二升降架和第二升降驱动机构；所述第二升降架可升降地设于所述下降机架上；所述第二升降驱动机构传动连接所述第二升降架，以驱动所述第二升降架升降移动；
29.所述平移转接模块设于所述第二升降架上；所述平移转接模块可随所述第二升降架上升至所述待下料工位或下降至输出转移工位。
30.进一步地，所述上料单元包括多个平移输入模块，所述多个平移输入模块沿所述输入路径依次可拆卸连接。
31.进一步地，还包括控制系统；
32.所述上料单元、所述提升单元和所述下料总成均与所述控制系统电信号连接，以在所述控制系统的控制下协同运行。
33.由上述技术方案可知，本技术至少具有如下优点和积极效果：
34.本技术提供了一种上下料系统，通过设置相互连接的上料单元、提升单元和下料总成能够对机器人进行pcb插件作业自动供应物料，能够满足足机器人插件对上料效率的需求，节省人力成本，而且能够将空托盘及时自动回收，避免占用较多空间，便于重复利用；其中，提升单元包括平移承接模块和第一升降驱动模块，从而可实现将上料单元水平输送过来的物料举升至待取料工位，以供机器人抓取使用。
附图说明
35.图1是本技术一实施例中上下料系统的立体结构示意图。
36.图2是本技术一实施例中控制系统的控制网络示意图。
37.图3是本技术一实施例中上料伺服子系统电气原理示意图。
38.图4是本技术一实施例中下料伺服子系统电气原理示意图。
39.图5是本技术一实施例中上料伺服子系统的控制流程示意图。
40.图6是本技术一实施例中下料伺服子系统的控制流程示意图。
41.附图标记说明如下：
42.1、上料单元；11、平移输入模块；12、感应器；13、待上料模块；
43.2、提升单元；21、提升机架；22、承接滚筒；23、第一升降架；
44.3、下料总成；31、搬运单元；311、导轨；312、滑动座；32、下降单元；321、下降机架；322、第二升降架；33、输出单元；331、平移输出模块；
45.4、托盘；
46.5、控制系统；51、plc；52、工控机；53、显示器；54、视觉相机。
具体实施方式
47.体现本技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本技术。
48.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
50.本技术文件中出现的“和/或”表示既可以“和”的关系，也可以是“或”的关系，例如，“a和/或b”表示“a和b”或“a或b”两种情况，对应“a”、“b”或“a和b”三种可能的结果。
51.近些年，随着人工成本的不断上升，很多企业进行自动化产业升级，尤其大型制造型企业更是迫切需要节省人工成本。在这些制造型企业中，尤其涉及电子行业这样的企业，用工数量比较多，工时较长。随着机器人技术与视觉技术的发展，越来越多的企业通过机器人来替代人工。
52.在pcb插件项目中，可通过机器人加视觉识别定位的方式进行插件动作，但是这种方式是需要其它自动化设备配合完成，整个插件项目涉及到物料输送、物料上下料、机器人抓取、视觉定位、物料检测等环节。
53.当前市面上涉及的插件机，基本上只是实现其中部分功能，比如人工进行上下料作业，机器人进行抓取和视觉定位进行插件，这样人工和机器人在同一个工作区域，安全性无法得到保证，而且人工上下料搬运能力有限无法提高生产效率。同时，出于成本考虑，对于机器人抓取动作往往是通过示教方式作业的，这就对于上料托盘位置的摆放要求较高。
54.通过人工上下料，无法保证人工上料托盘放置的位置精度达到机器人的抓取要
求。而且机器人的工作区域与人工放料区域重合，存在安全问题。人工需要不停的观察当前插件数量来上料，这样需要投入很多人工成本，而且效率较低。
55.参照图1，本技术实施例提供一种上下料系统，包括上料单元1、提升单元2、下料总成3和控制系统。
56.上料单元1是上下料系统的前段，用于将盛放有物料的托盘4沿大致水平的路径输送给提升单元2。本方案中的物料尤其是指待插到pc板上的电子元件，如电容、电感等。
57.上料单元1具体可以是由多个平移输入模块11前后依次可拆卸连接形成的输送平台。每个平移输入模块11均可以是由电机带动的滚筒输送机构，每个平移输入模块11上均设有能够与控制系统快速建立电信号连接的扩展接口。扩展接口可以是可插拔的电连接接口。
58.上料单元1上，沿输入路径设置有感应器12。感应器12用于感应上料单元1上是否有物料以及物料是否到位。感应器12具体可设于每个平移输入模块11上。
59.在一些实施例中，上料单元1还包括设于最前端的待上料模块13，待上料模块13用于暂放物料，并在平移输入模块11上需要物料补充时将暂放的物料传输给平移输入模块11以供平移输入模块11继续向后输送。
60.待上料模块13具体也可以是由架体、滚筒、电机等形成，电机带动滚筒转动进而拖动位于滚筒上的物料移动至平移输入模块11上。
61.提升单元2连接于上料单元1的后端，用于将上料单元1输送过来的物料提升至待取料工位供机器人抓取使用。
62.提升单元2包括第一升降驱动模块(图中未全部示出)、提升机架21和平移承接模块(图中未全部示出)。
63.第一升降驱动模块包括第一升降架23和第一升降驱动机构(图中未示出)。第一升降架23在提升机架21上设置的升降导向机构的导向作用下可升降地设于提升机架21上。
64.第一升降驱动机构具体可以是由电机带动的丝杆螺母机构或同步带传动机构等结构形式。第一升降驱动机构传动连接第一升降架23，从而可驱动第一升降架23在提升机架21上升降移动。为保证第一升降架23升降的位置精度，第一升降驱动机构可采用伺服电机带动的丝杆螺母机构。
65.平移承接模块包括多个承接滚筒22和承接驱动电机(图中未示出)。
66.多个承接滚筒22分别可转动地并列设置于第一升降架23上，多个承接滚筒22均与承接驱动电机的输出轴直接或间接地传动连接。从而，承接驱动电机可驱动承接滚筒22均同步地转动。
67.平移承接模块位于输入转移工位对应的位置时，平移承接模块上的承接滚筒22的顶部高度与上料单元1输送来物料的底部高度大致相等，从而在上料单元1的输送作用以及平移承接模块上承接滚筒22转动的承接作用的共同作用下将盛装有物料的托盘4转移到平移承接模块上。进而，平移承接模块可随提升机架21上升至待取料工位，为机器人从待取料工位处取料做好准备。
68.下料总成3包括搬运单元31、下降单元32和输出单元33，用于将提升单元2上完成取料的空托盘转移出去。
69.搬运单元31连接于提升单元2的上部分，连接高度大致位于提升单元2的待取料工
位处。搬运单元31用于将位于待取料工位的空托盘转移出来并放至下降单元32上。
70.搬运单元31包括导轨311、平移驱动机构、滑动座312、伸缩缸(图中未示出)和吸盘组件(图中未示出)。
71.导轨311呈大致水平状态。滑动座312可沿导轨311移动地设于导轨311上。平移驱动机构传动连接于滑动座312，用于推动滑动座312沿导轨311移动。
72.平移驱动机构具体可以是由电机带动的丝杆螺母机构等平移推动机构。为保证滑动座312的移动位置精度，具体实施中，平移驱动机构可选用由伺服电机带动的丝杆螺母机构。
73.伸缩缸的缸体固定于滑动座312上，伸缩缸的伸缩杆朝下。伸缩缸具体可以是气缸。
74.吸盘组件设置于伸缩缸的伸缩杆上，从而伸缩杆伸缩移动可带动吸盘组件上升或下降。
75.当吸盘组件滑移至提升单元2上的待取料工位上方时，伸缩缸的伸缩杆向下伸出带动吸盘组件下降可吸取待取料工位上的空托盘。当吸盘组件滑移至下降单元32的待下料工位上方时，伸缩缸的伸缩杆向下伸出带动吸盘组件下降可将吸附的空托盘释放至待下料工位上。
76.下降单元32的结构与提升单元2的结构大致相同。
77.下降单元32包括下降机架321、平移转接模块(图中未示出)和第二升降驱动模块(图中未全部示出)。
78.第二升降驱动模块包括第二升降架322和第二升降驱动机构。第二升降架322在导向机构的导向作用下可升降地设于下降机架321上。
79.第二升降驱动机构传动连接第二升降架322，从而驱动第二升降架322升降移动。第二升降驱动机构具体可以是由电机带动的丝杆螺母机构或者其他同功能传动机构。具体实施中，为保证平移转接模块升降的准确位置，第二升降驱动机构可选用伺服电机带动的丝杆螺母机构。
80.平移转接模块包括多个转接滚筒(图中未示出)和转接驱动电机(图中未示出)。
81.多个转接滚筒分别可转动地并列设置于第二升降架322上，多个转接滚筒均与转接驱动电机的输出轴直接或间接地传动连接。从而，转接驱动电机可驱动转接滚筒均同步地转动，第二升降架322升降移动也带动设于其上的转接滚筒升降移动。
82.平移转接模块位于输出转移工位对应的位置时，平移转接模块上的转接滚筒的顶部高度与输出单元33上滚筒的高度大致相等，从而在平移转接模块上承接滚筒22转动的推送作用以及输出单元33上的滚筒的拉动作用的共同作用下将空托盘转移到输出单元33上。
83.输出单元33连接于下降单元32，输出单元33位于上下料系统的最后段，输出单元33用于将下降单元32传输过来空托盘输送出去以进行回收。
84.输出单元33与上料单元1是相似的结构原理。输出单元33可以是由多个平移输出模块331前后依次可拆卸连接形成的输送平台。每个平移输出模块331均可以是由电机带动的滚筒输送机构，每个平移输出模块331上均设有能够与控制系统快速建立电信号连接的扩展接口。扩展接口可以是可插拔的电连接接口。
85.输出单元33上，沿输出路径设置有感应器。感应器用于感应输出单元33上是否有
物料以及物料是否到位。感应器具体可设于每个平移输出模块331上。
86.在上下料工作中，系统各部分如何有序进行关乎整个系统生产效率。
87.例如，每次上料共六托盘的物料层叠在一起，当机器人执行取料任务时候，需要提升托盘4到准确位置，否则机器人无法准确抓取。由于是上料时是多个托盘4堆叠在一起，当搬运单元31搬运上一个空托盘的时候，容易造成下层托盘出现位置偏差，导致机器人抓取下层托盘4上的物料时无法准确定位。搬运单元31通过气控的吸盘组件，来吸附空托盘转移到下降单元32上方，然后放下托盘，这过程中需要搬运单元31能准确定位到搬运位置和放托盘位置。而且在搬运过程中需要对搬运状态进行监控，搬运机构的状态直接影响系统各部分的运行。搬运单元31每搬来一个空托盘，下降单元32都会带动空托盘向下移动一个托盘的高度，从而给下一个空托盘预留放置空间。距离精度要慢慢调节控制。如果距离太小，六个托盘堆叠在一起容易造成总高度过高，搬运单元31就会与托盘发生碰撞。如果距离太大，搬运单元31放下空托盘时容易砸坏下一层的托盘。因而，控制系统在整个上下料系统中发挥着重要的作用。
88.控制系统分别与上料单元1、提升单元2和下料总成3电信号连接，以控制上料单元1、提升单元2和下料总成3协同运行。
89.参照图2，控制系统5包括plc51、工控机52、显示器53、视觉相机54、多种感应器(如光电开关)等。
90.在图2所示的控制网络图中，包括用于控制上下料的两个子系统，由于均采用了伺服位置控制，因而两个字控制系统可分别称为上料伺服子系统和下料伺服子系统。plc51与上料伺服子系统和下料伺服子系统通过硬接线控制，触摸屏与plc51之间通过以太网通讯，同时通过cc
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link与机器人之间通讯。出于成本考虑伺服电机均采用增量式编码器，同时plc51与伺服之间采用脉冲+方向的方式控制。在每次系统启动的时候上料伺服电机和下料伺服电机自动寻零点，每个伺服子系统均包括限位信号和零点信号，每个信号均由pnp型光电开关检测。hmi主要采集和控制现场位置信息，同时对伺服报警进行处理等工作。plc51将伺服位置到位信号通过cc
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link通讯传输至机器人控制系统，同时机器人一些状态信号也通过cc
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link通讯传输至plc51。
91.继续参照图1，一次性能上料六个托盘4，相互层叠在一起。上料和下料的相关控制中，托盘4的平移和升降由两部分控制，一部分是由步进电机控制的电动滚筒转动以实现托盘4水平移动，另一部分由伺服电机控制的机构带动托盘4上升降移动。上下料的相关机构的设计中，出于成本考虑采用的是增量型编码器反馈位置，每个机构上安装了上限位，零点、下限位、托盘到位检测传感器。由于上料机构的控制逻辑和下料机构是相反的，所以在传感器安装位置上会有区别。
92.参照图3和图4，在上料伺服控制子系统电气原理示意图和下料伺服控制子系统电气原理示意图中，伺服子系统采用脉冲+方向的控制方式。当系统出现报错和急停的状态下相关延迟继电器动作，执行闭合抱闸动作。如果在电机高速运行的情况下，直接松抱闸会损坏电机。延迟继电器能够在电磁制动后，延迟一定时间闭合抱闸，这样有利于保护电机。通过脉冲+方向的控制方式控制伺服电机能够节省成本，plc端只需要加一个位置模块便能执行相关的动作。
93.参照图5，在上料伺服子系统控制流程图中，系统正常启动后，判断提升单元上有
没有托盘。若提升单元上没有托盘，平移承接模块随第一升降架下降到输入转移工位，此时上料单元开始运行，将托盘(六个一叠)输送至平移承接模块上。检测到托盘到位后，第一升降架带动平移承接模块向上移动至待取料工位。scara机器人系统检测到到位信号后，开始执行插件程序。当机器人完成最上层的一个托盘上的电子元件插件后，最上层的托盘为空托盘。搬运单元开始搬运位于最上层的一个空托盘到下降单元。第一升降架带动其余盛有电子元件的托盘再次向上移动，使盛有电子元件的托盘上升至待取料工位。scara机器人系统检测到到位信号再次开始插件，直至再次用完一个托盘上的电子元件。搬运单元继续搬运空托盘，依此类推，完剩余五个托盘上的物料插件和空托盘转移工作。当提升单元检测到没有托盘时，第一升降架带动平移承接模块向下移动至输入转移工位，等待上料单元输送盛装有待插电子元件的托盘。
94.参照图6，在下料伺服子系统控制流程图中，系统正常启动后，判断下降单元上有没有空托盘。如果下降单元上没有空托盘，第二升降架带动平移转接模块向上移动到待下料工位等待搬运单元搬运空托盘。当下降单元上检测到有空托盘时，第二升降架带动平移转接模块向下移动一个托盘的高度，等待搬运单元再次搬运空托盘。以此类推，直到计数器检测到六个空托盘全部在下降单元上，第二升降架带动平移转接模块向下移动到输出转移工位，等待输出单元将空托盘输送出去。在下一个运行周期中，如果平移转接模块不在待下料工位，不允许搬运单元执行搬运动作。系统正常启动后，如果判断平移转接模块上有空托盘，平移转接模块纵向向下运行至输出转移工位，等待输出单元将空托盘输送至下料区。
95.整个上下料系统在上电启动后，均有自诊断的功能。本技术上下料系统通过大批量自动上料，有效的提高了生产效率，不需要投入过多的人工，人工只需将装有物料的托盘放入上料单元中，上料单元将物料输送至提升单元中，提升单元将物料自动提升至机器人抓取位置。抓完物料的托盘被搬运单元自动搬运至下降单元中，下降单元开始运行。整个流程控制无人干预，同时每个空间环节均有相应的状态监控，保证了系统安全稳定的运行，实现了高度自动化控制。该上下料系统工作过程中，人与机器人工作范围无任何重叠，保证了人员的安全，在每个控制部分均有相应的故障处理机制，保证了设备的安全可靠运行。
96.虽然已参照几个典型实施方式描述了本技术，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本技术能够以多种形式具体实施而不脱离本技术的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。