CN112978169B - 棒材精整线物料搬运机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种棒材精整线物料搬运机器人系统，主要发明为标准化、信息化的棒料库，起重机用棒材捆吊带式自动吊具，属于冶金设备技术领域。包括标准化、信息化的棒料库，智能天车，棒料捆吊带式自动吊具和物料识别装置。利用本发明可实现棒材库储量的最大化、信息化，由视觉系统引导天车自动取放棒料捆，替代人工进行操作，可有效降低劳动强度和生产成本、提高精整线自动化程度和工作效率、改善工业生产环境、消除生产过程安全隐患。

Description

棒材精整线物料搬运机器人系统

技术领域

本发明涉及棒材精整线棒料库以及物料搬运系统，尤其涉及棒料生产线标准化、信息化物料库、棒料捆自动取放和起重机用棒材捆吊带式自动吊具。

背景技术

本发明以棒材为例进行说明。棒材作为型材的一种，被广泛用于建筑、机械、汽车、船舶等工业领域。棒材生产过程需在多条生产线进行加工。在进行这些工艺转换、车间转换、出厂等过程中多次涉及起重机吊运。

随着“中国制造2025”制造强国战略的实施，使用机器人提高生产效率、降低生产成本势必成为企业提升竞争力的必然选择。我国已开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。然而，棒材生产车间材料重量大，仍以起重机吊运为主。目前，棒材轧制、矫直车间上下料过程仍由人工驾驶天车搬运棒料，取料时天车运行原料位，由地面的操作工人将吊具的吊带套挂于棒材捆两端，然后天车提取棒料捆转运；放料时天车运行至放料位后，由地面的操作工人取下套挂于棒材两端的吊带，自动化程度低，人工上下料效率低，劳动强度大，且存在安全隐患。原料库及产品库垛位码放由工人根据现场实际按“#”字垛码放，信息化程度不高，难以实现自动化物料追踪。

发明内容

本发明旨在提供一种棒料生产线物料自动码放、自动搬运系统，主要是棒料库标准化、信息化和起重机用棒材捆吊带式自动吊具，可有效克服生产现场存在的劳动强度大、工作效率低、人员多，安全隐患大、生产成本高等不足。

本发明是这样实现的：棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征在于：包括标准化、信息化的棒料库，智能天车，棒料捆带式自动吊具和物料识别装置；所述棒料库的结构是：棒料库区地面画等间距棋盘网格，库区等间距布置枕木，枕木上等间距开隔离柱插孔，插上隔离柱后，按间隙“#”字形码放棒料垛，垛位信息记录于计算机数据库系统；所述智能天车的结构是：大车、小车、回转、起升机构同普通双钩回转式桥式起重机，设机械防摇装置及电气防摇装置，行车调速选用伺服驱动器和编码器实现速度和位置控制功能；所述棒材捆吊带式自动吊具的结构是：由吊梁、移动吊架、吊杆组和驱动装置组成，驱动装置驱动移动吊架沿吊梁反向或对象移动，实现棒料捆的自动挂吊带，吊杆组在棒料捆重力作用下随天车起升实现对棒料包覆及安全吊运。所述物料识别装置的结构是：由安装于小车下方的三维线激光扫描器及控制室的计算机和三维图像处理软件组成，实现对棒料垛位及棒料捆位置的精确定位，并对控制系统调用的数据库信息进行校准。

本发明优点及积极效果是：棒料库垛位码放灵活，空间利用率高；在对棒材捆进行起重机转运时，可自动对单根、单捆或多捆材料自动挂吊带取料，放料后可自动使吊带与材料脱离，可由视觉系统引导起重机自动取、放料，替代人工进行操作，可有效降低劳动强度和生产成本、提高精整线自动化程度和工作效率、改善工业生产环境、消除生产过程安全隐患。

附图说明

图1：棒料库整体布置图；

其中：1-棋盘网格，2-枕木，3-隔离柱，4-6m棒料“井”字垛，5-9m棒料“井”字垛

图2：棒料库垛位图

图3：棋盘网格图；

图4：枕木主视图；

图5：枕木等轴测视图；

图6：隔离柱图；

图7：起重机用棒材吊带式自动吊具空载图；

其中：6-吊梁，7-轴承座，8-移动吊架，9-吊杆组，10-正螺旋滚珠丝杠，11-轴承，12-连接轴，13-反螺旋滚珠丝杠，14-电机，15-滚珠丝杠螺母；

图8：起重机用棒材捆吊带式自动吊具带载图；

图9：移动吊架；

其中：16-移动吊架座，17-滑轮，18-销轴；

图10：吊杆组空载图；

其中：19-吊杆座，20-销轴，21-吊杆，22-滑块，23-销轴，24-吊带，25-滚轮，26-拉簧，27-扭簧；

图11：吊杆组带载图；

图12：视觉识别装置系统图

具体实施方式

下面，结合附图对使用本发明做进一步详细说明：

本发明旨在提供棒料生产线物料自动码放、自动搬运系统，首先是使棒料库标准化，信息化；其次是实现天车自动运行并精确定位功能；然后是给天车安装自动抓取棒料捆的抓具，实现自动搬运功能；最后是给天车安装视觉识别装置，具备一定的人工智能，能够识别棒料库棒材捆位置。

本发明的棒料库如图1、图2所示，棒料库包括棋盘网格、枕木、隔离柱。如图3所示在库区地面纵向和横向等间距画棋盘网格，库区一角设为坐标原点，纵线和横线分别顺序编号；棋盘纵横线每一个交点对应一个独立纵横编号，也对应坐标系一个固定坐标。将棋盘网格交点编号和坐标信息对应录入棒料库数据库管理系统。如图1、图2所示库区以固定间距摆放枕木，间距为1吊棒料宽度，棒料以“井”字垛码放于枕木上，每1吊之间以隔离柱分隔。隔离柱锥头插入枕木锥孔。通过公式a＝(L-(n-1)*l-b)/2(其中L为棒料长度，n为所压枕木数量，l为枕木间距，b为枕木宽度，a为棒料端部伸出长度)计算调整棒料伸出枕木距离，棒料码放时端部距离任一枕木至少250mm，预留吊具套索空间。垛位与垛位之间不起作用的隔离柱由行车吊离，以免影响自动吊具运行。垛位靠近坐标系原点方向角对应的网格编号作为垛位编号，棒料垛每层沿纵向或横向增大方向按隔离柱划分吊号，将包括垛位编号、棒料层号、吊号、棒料规格等的垛位信息录入计算机棒料数据库管理系统。通过以上措施，能够实现棒料库信息化，每一个垛位有对应的角点坐标信息、尺寸信息，每一吊棒料有对应的垛位编号、层号、吊号等信息。对棒料库区进行信息化，建立棒料库区信息数据库，便于安装了三维线激光扫描仪、具备定位、回转、防摇功能的行车在扫描仪的引导下，通过自动吊具对单捆或多捆棒料进行自动吊装搬运。

所述枕木如图4、图5所示，等间距开锥形隔离柱插孔，所述隔离柱如图6所示，隔离柱下端为锥形头，上端设吊耳，方便根据需要拆卸和安装隔离柱。

本发明所用天车为大车、小车、回转机构及起升机构均配置了编码器，能够实现空间位置自动定位控制的行车。

本发明的起重机用棒材捆吊带式自动吊具如图7、图8所示，其特征是它包括有吊梁、移动吊架、吊杆组和驱动装置。

所述吊梁如图7中的构件6所示：横梁上部规定吊耳，用于连接起重机吊钩；横梁下部设有导轨，悬挂可移动吊架，并设有驱动装置安装座，用于安装传动装置；

所述移动吊架如图7部件8及图9所示：两个吊架分别通过滑轮17或滑块在吊梁导轨上运行，每个吊架底部连接一组吊杆组9，同时吊架与驱动装置的直线运动单元如图滚珠丝杠机构的螺母15连接，由驱动装置带动水平运行；

所述吊杆组如图7中的部件9及图10所示：吊杆座19用于连接移动吊架8，两根吊杆21通过销轴20悬挂在吊杆座两侧，滑块22沿吊杆滑槽可上下滑动；吊带24两端绕过吊杆下端滚轴25沿吊杆中心悬挂在滑块上，同时滑块通过拉簧26与吊杆上端连接；吊杆与吊架连接销轴处安装扭簧27，提供两侧吊杆端部分开张力。

所述驱动装置如图7所示：电机14、轴承座7固定安装在吊梁下部，通过正螺旋滚珠丝杠10、反螺旋滚珠丝杠13、连接轴12将电机旋转运动转变为直线运动拖动两端可移动吊架沿导轨向中间靠拢或分开。

本发明的棒料捆吊带式自动吊具悬挂在起重机吊绳下，如图7所示，由吊梁、移动吊架、吊杆组和驱动装置组成。吊运前，通过驱动电机14驱动两组吊杆组向两侧分开，间距大于调棒材长度，然后通过起重机的移动、回转和升降，将本发明吊具中心垂直方向正对物料中心，吊杆组正对材料两端，吊绳略低于材料底面。驱动电机14驱动两组吊杆组向中心靠拢，直至材料两端伸入吊带包裹范围一定长度；此时，起重机起升吊具，吊带24在材料重力作用下拉动滑块22下移，吊带伸出吊杆，同时吊杆21绕转轴20向中心靠拢，吊带包覆物料如图8所示；继续起升吊具，直至物料至转运高度；之后，起重机回转，移动至目标放置位置正上方；接下来，起重机下放吊具，材料至放置位置后，继续下降吊具，直至吊带脱离材料接触，吊杆及吊带在拉簧及扭簧力量作用下恢复初始状态如图7；最后通过驱动电机14驱动吊杆组向两端分离，直至离开材料端面，然后起升吊具，可移动起重机进行下一次吊运。

所述视觉识别装置如图12所示：激光扫描仪与工业相机安装于天车小车下，随天车运行扫描下方库区图像信息；视觉计算机实时采集激光扫描仪、工业相机返回的图像信息以及天车控制系统返回的大小车位置数据，三维重建生成库区棒料垛位分布模型，并与生产管理系统数据库信息比对，修正并得到棒料垛位精确三维位置信息。本发明通过视觉识别装置引导行车按生产任务指令自动运行至指定垛位吊取棒料捆。天车控制系统通过伺服驱动器、位置编码器实现天车在车间坐标系的精确定位功能，通过导向杆硬防摇或软件防摇实现天车运行过程防摆。天车按生产指令及系统数据库信息移动至指定棒料垛位附近，然后三维线激光扫描器随天车移动完成对垛位三维坐标信息测量，通过计算机三维图像软件完成三维图像重建，并与系统数据库信息进行比对矫正，以测量信息为准控制天车和吊具实现对棒料捆的自动吊运。

Claims (5)

1.棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征在于：包括棒料库、智能天车、棒材捆吊带式自动吊具和物料识别装置；所述棒料库的结构是：棒料库区地面画等间距棋盘网格，库区等间距布置枕木，枕木上等间距开隔离柱插孔，插上隔离柱后，按间隙“#”字形码放棒料垛，垛位信息记录于计算机数据库系统，其中，棒料库包括棋盘网格、枕木、隔离柱；

在库区地面纵向和横向等间距画棋盘网格，库区一角设为坐标原点，纵线和横线分别顺序编号；棋盘纵横线每一个交点对应一个独立纵横编号，也对应坐标系一个固定坐标；

将棋盘网格交点编号和坐标信息对应录入棒料库数据库管理系统；

库区以固定间距摆放枕木，间距为1吊棒料宽度，棒料以“井”字垛码放于枕木上，每1吊之间以隔离柱分隔，隔离柱锥头插入枕木锥孔；

通过公式a=(L-（n-1）*l-b)/2，其中L为棒料长度，n为所压枕木数量，l为枕木间距，b为枕木宽度，a为棒料端部伸出长度，计算调整棒料伸出枕木距离，棒料码放时端部距离任一枕木至少250mm，预留吊具套索空间；

垛位靠近坐标系原点方向角对应的网格编号作为垛位编号，棒料垛每层沿纵向或横向增大方向按隔离柱划分吊号，将包括垛位编号、棒料层号、吊号、棒料规格的垛位信息录入计算机棒料数据库管理系统；

所述智能天车的结构是：大车、小车、回转机构、起升机构，以及普通双钩回转式桥式起重机，行车调速选用伺服驱动器和编码器实现速度和位置控制功能；

所述棒材捆吊带式自动吊具的结构是：由吊梁、移动吊架、吊杆组和驱动装置组成，驱动装置驱动移动吊架沿吊梁反向或正向移动，实现棒料捆的自动挂吊带，吊杆组在棒料捆重力作用下随天车起升实现对棒料包覆及安全吊运，

其中，所述吊梁的横梁上部固定吊耳，用于连接起重机吊钩；横梁下部设有导轨，悬挂可移动吊架，并设有驱动装置安装座，用于安装传动装置；

所述移动吊架包括两个吊架，分别通过滑轮或滑块在吊梁导轨上运行，每个吊架底部连接一组吊杆组，同时吊架与驱动装置的直线运动单元通过滚珠丝杠机构的螺母连接，吊架由驱动装置带动水平运行；

所述吊杆组包括，吊杆座，用于连接移动吊架，两根吊杆通过销轴悬挂在吊杆座两侧，滑块沿吊杆滑槽可上下滑动；吊带两端绕过吊杆下端滚轴沿吊杆中心悬挂在滑块上，同时滑块通过拉簧与吊杆上端连接；吊杆与吊架连接销轴处安装扭簧，提供两侧吊杆端部分开张力；

所述驱动装置包括，电机和轴承座，电机、轴承座固定安装在吊梁下部，通过正螺旋滚珠丝杠、反螺旋滚珠丝杠、连接轴将电机旋转运动转变为直线运动拖动两端可移动吊架沿导轨向中间靠拢或分开；

所述物料识别装置的结构是：由安装于小车下方的三维线激光扫描器及控制室的计算机和三维图像处理软件组成。

2.根据权利要求1所述的棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征为：无吊物时，扭簧张力使两吊杆端部向两侧分开，同时拉簧使滑块上移，吊带缩入吊杆内，使底部吊带张紧。

3.根据权利要求1所述的棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征为：有吊物时，吊带拉力克服拉簧拉力，使滑块下移，吊带伸出吊杆，吊杆端部受力克服扭簧扭矩，吊杆端部向中间靠拢，吊带在重物重力作用下自然弯曲，包覆重物。

4.根据权利要求1所述的棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征为：三维线激光扫描器固定安装于天车小车下方，向下照射，三维激光扫描器随天车运动采集激光线高程信息，三维图像处理软件依据天车位置信息和激光扫描器获取的信息，重建生成棒料库的三维图形，与数据库信息比对，修正棒料垛位精确三维位置信息。

5.根据权利要求1所述的棒材精整线物料搬运机器人系统，其特征为：通过视觉识别装置引导行车按生产任务指令自动运行至指定垛位吊取棒料捆；天车控制系统通过伺服驱动器、位置编码器实现天车在车间坐标系的精确定位功能，通过导向杆硬防摇和软件防摇实现天车运行过程防摆，天车按生产指令及系统数据库信息移动至指定棒料垛位附近，然后三维线激光扫描器随天车移动完成对垛位三维坐标信息测量，通过计算机三维图像软件完成三维图像重建，并与系统数据库信息进行比对矫正，以测量信息为准控制天车和吊具实现对棒料捆的精确位自动吊运。

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