CN115365998B - 一种自动备料系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化生产技术领域，具体为一种自动备料系统，包括机架，搬运机械手，物料台，备料载具,所述搬运机械手、物料台和备料载具均设置在机架上，所述物料台和备料载具均用于盛放物料，所述搬运机械手用于将物料台上的物料搬运到备料载具上,还包括位移补偿装置，所述备料载具与搬运机械手上共同设置有位移补偿装置，当搬运机械手发生倾斜时，位移补偿装置自动补偿由于该倾斜而导致的，物料在水平方向上的位置偏差。本发明通过设置导柱、引导孔、底座、滑台以及多个弹簧，当搬运机械手倾斜时，导柱在插入引导孔的过程中，使滑台克服多个弹簧的弹力而发生水平方向上的位移，进而补偿了物料的水平位置偏移。

Description

一种自动备料系统

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，具体为一种自动备料系统。

背景技术

精磨作为一种精密加工方式，其加工余量通常在0.2mm～0.8mm之间。

在自动化生产线上，为精磨机备料的机械设备一般由搬运机械手、物料车、备料载具三部分组成，该设备的工作过程具体为：待精磨物料预先码放在物料台上，由搬运机械手夹取物料台上的待精磨物料并搬运至备料载具上检测尺寸数据，检测通过后，完成备料,并等待后续的上料设备将待精磨物料放入自动化精磨机械内。

在自动化生产的备料过程中，搬运机械手需要将物料准确对接到备料载具上，而出于节省安装空间的考虑，搬运机械手通常采用悬臂式的安装方式。但是，此种安装方式的机械手，由于在工作时持续地受到机械振动和倾覆力矩的作用，因而在长期的使用过程中，可能导致机械手产生倾斜，进而降低机械手的定位精度，使得被搬运的物料在水平方向上具备位置偏移，又因为现有的备料载具，在搬运机械手工作的过程中，通常是固定的，不具备对搬运机械手定位精度的补偿作用，所以，搬运机械手定位精度的降低可能导致物料在被搬运的过程中与备料载具产生碰撞和挤压，使得加工余量本就较小的待精磨物料可能被损伤，进而无法在后续的加工中满足精度要求，尤其地，在备料载具中采用了金属导柱等金属定位构件的情况下，这种情况更容易发生，如此一来，将可能直接导致该物料报废。

为此，提供一种自动备料系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动备料系统，通过位移补偿装置自动补偿物料在水平方向上的位置偏差的方式，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动备料系统，包括：

机架，搬运机械手，物料台，备料载具；

所述搬运机械手、物料台和备料载具均设置在机架上，所述物料台和备料载具均用于盛放物料，所述搬运机械手用于将物料台上的物料搬运到备料载具上；

还包括：

位移补偿装置，所述备料载具与搬运机械手上共同设置有位移补偿装置，当搬运机械手发生倾斜时，位移补偿装置自动补偿由于该倾斜而导致的，物料在水平方向上的位置偏差。

所述位移补偿装置包括设置在机架上的底座，所述底座内活动安装有滑台以及多个弹簧，且每个弹簧的两端均分别与滑台以及底座连接，所述备料载具安装在滑台顶端，所述滑台顶端安装有多个导柱，所述搬运机械手上安装有对接台，所述对接台上设置有多个与导柱相互配合的引导孔。

基于此方案，本发明的基本工作原理为：首先，物料预先码放在物料台上，再由搬运机械手将物料台上的物料搬运至备料载具上，在搬运机械手将物料放置到备料载具上的过程中，导柱沿竖直方向插入引导孔中，进而引导备料载具补偿物料的水平位移偏差；补偿的方法具体为，当搬运机械手发生倾斜时，物料的水平位置偏移存在，且此时对接台亦存在倾斜而与其初始工作位置形成了一个角度，因此，引导孔的轴线也与轴线的原方向形成了一个角度，此时导柱在插入引导孔时，先是导柱的顶端接触到引导孔的孔壁，于是在后续的插入过程中，引导孔与导柱之间将形成一个相互的挤压力，一方面，导柱通过引导孔给搬运机械手施加了一个抵抗倾斜的支撑力，进而部分纠正搬运机械手的倾斜程度，另一方面，搬运机械手通过引导孔、导柱以及滑台的配合关系，给滑台施加了一个推力，于是滑台将克服多个弹簧的弹力而发生水平方向上的位移，且该位移方向为倾向于使导柱更容易插入引导孔的方向，该方向恰好与物料发生水平位置偏移的方向相同，进而补偿了物料的水平位置偏移。

更具体而言，以对接台的初始工作位置为水平平面，引导孔的轴线方向为竖直方向的情况为例，当搬运机械手倾斜时，对接台将与水平平面形成一个夹角，于是引导孔的轴线与竖直方向形成了一个夹角，因此，在导柱插入引导孔时，引导孔的孔壁与导柱发生相互挤压，进而使得滑台克服弹簧弹力发生位移，滑台再带动备料载具发生位移，搬运机械手自身的倾斜也将得到一定的矫正，于是实现对物料水平位置偏移的补偿。

需要特别说明的是，多个所述通孔沿直线排列，且该直线的方向同时垂直于竖直方向和搬运机械手具有的倾斜趋势的方向。其原因在于，当搬运机械手倾斜时，由于对接台也将发生倾斜，此时，任何与上述方向不同的排列方向，都会导致多个通孔之间的距离减小，又因为导柱的间距是固定的，因此，通孔间距的减小将影响导柱与通孔的配合，进而影响导柱与引导孔的配合。只有当多个通孔均沿上述方向排列时，通孔之间的距离才不会发生变化，进而保护导柱与引导孔之间的配合关系，保证设备的可靠性和稳定性。

作为本发明的一种优选方案，所述对接台内开设有通孔，所述通孔内安装有半棘轮，所述引导孔开设在半棘轮上，且引导孔不经过半棘轮的旋转轴线，所述通孔的壁面上开设有凹槽三，所述凹槽三内安装有与半棘轮相互配合的棘爪，所述棘爪横截面形状为L形，且棘爪与凹槽三底端配合。

本优选方案中，棘爪的的转动支点安装在L形的拐点处，并且，棘爪以L形的拐点为分界分为两部分，分别为用于啮合半棘轮棘齿的爪臂部分和用于配合凹槽三的支撑臂部分。其中，支撑臂部分与凹槽三的配合方式为，支撑臂靠近凹槽三底端的侧壁面，与凹槽三接触，于是，借由棘爪L形的形状，即可以实现棘爪的单向转动。例如，当棘爪的爪臂水平向左设置，支撑臂竖直向下设置，且支撑臂的右侧壁与凹槽三底端接触时，若棘爪试图发生绕其支点的逆时针的转动，则支撑臂将抵住凹槽三底端而使该转动无法发生，反之，若棘爪试图发生顺时针转动，则转动不受阻碍而可以发生，进而实现了棘爪的单向转动，即实现了半棘轮的单向转动。

基于本优选方案，当导柱在搬运机械手倾斜的状况下插入引导孔中时，导柱的顶端将挤压引导孔的孔壁，使得半棘轮发生单向的旋转，直到引导孔的轴线方向与竖直方向平行，这时候，导柱顶端不再挤压引导孔的孔壁，于是导柱能够顺利的穿设到引导孔内。

此方案的有益之处在于，能够随着搬运机械手在工作过程中所逐渐产生的倾斜，而逐渐地调整引导孔的轴线方向，使得引导孔的轴线方向始终与竖直方向平行，因而有利于导柱插入引导孔中并穿设到引导孔内。若不采取此种设计，当引导孔轴线方向因搬运机械手倾斜而发生变化时，由于导柱的轴线方向始终为竖直方向，使得引导孔的轴线与导柱的轴线之间存在一个角度，而非平行关系，进而导致导柱在插入引导孔的过程中始终具有一个插入角度，影响导柱与引导孔的配合。

值得说明的是，为使棘爪能够在半棘轮转动后能够复位，以再次实现对半棘轮的限位作用，可在棘爪底端安装上用于使其复位的配重块。配重块的具体安装位置为棘爪的支撑臂远离L形拐点的一端，于是，在配重块自身的重力作用之下，棘爪的爪臂部分将与半棘轮的棘齿啮合，并限制半棘轮的转动，同时，当半棘轮在导柱的作用下发生转动后，棘爪的亦发生了转动，此时，同样是通过配重块的重力作用，棘爪将回落到发生转动前的位置，进而实现复位。例如，半棘轮转动一个棘齿的距离的过程中，棘爪先被顶开，于是配重块通过旋转而升高高度，积蓄重力势能，而当半棘轮转动停止后，配重块的重力势能驱使其下落，进而带动棘爪恢复原位。

为解释以配重块作为复位装置的可行性，需要补充说明的是，搬运机械手的倾斜过程是逐渐发生的，该过程是缓慢而连续的，因此，半棘轮在被导柱作用而发生转动的动作，在时间上是具备一定间隔的，并非是频繁的动作，而棘爪的复位，显然地，必然发生在导柱穿设在引导孔内时，在搬运机械手将物料放置到备料载具的过程中，为保证放置的准确性，搬运机械手通常需要在放置物料后，仍在备料载具上方停留一小段时间，此时，导柱仍穿设在引导孔内，这个停留时间约有1～2秒，该时间完全足够配重块在重力作用下回落，因而实现棘爪的复位。

另外，棘爪的复位亦可通过扭转弹簧实现，此时，扭转弹簧套设安装在棘爪的转动支点处，且扭转弹簧的两端分别连接在凹槽三底端和棘爪上，由此使得棘爪被半棘轮推动而发生转动时，扭转弹簧将积蓄弹性势能，当半棘轮转动一个齿的距离后，棘爪将在扭转弹簧的弹性势能影响下回弹，以实现复位。

所述棘爪上安装有拨杆，所述对接台上开设有与拨杆相互配合的凹槽一，所述凹槽一底端与凹槽三连通。

通过设置拨杆，提供了一种手动解除棘爪限位的方式，此时，通过拨动拨杆，棘爪将发生转动，进而不再限制半棘轮的旋转，此时半棘轮能够在其自身重力作用或是操作人员手动操作的情况下，实现半棘轮的复位，方便设备的调整和维护。

作为本发明的一种优选方案，所述导柱顶端采用倒圆角设计。

所述导柱的外表面以及引导孔的壁面采取冷作硬化工艺处理。

对于导柱和引导孔而言，它们的配合方式决定了其表面必然需要频繁的承受摩擦，特别是当导柱通过引导孔推动半棘轮旋转时，推动的过程中还将在导柱与引导孔的接触区域内产生集中且更大的摩擦力，这个集中的摩擦力可能导致导柱外表面和引导孔孔壁的表面质量受到损害，当导柱与，进而影响导柱与引导孔的配合精度，致使本发明设备的寿命缩短，更会致使本发明设备对水平位置偏移的补偿的精度下降，降低设备的工作效果。

因此，在导柱的顶端采用倒角设计，一方面，使导柱能够更容易与引导孔配合，另一方面，倒角的设计可避免导柱在通过挤压引导孔而推动半棘轮旋转的过程中，对引导孔孔壁产生的切削效果。与此同时，还通过对导柱以及引导孔采用冷作硬化处理，提高了导柱外表面以及引导孔孔壁的强度，使它们二者能够在频繁的摩擦配合过程中，获得更长的使用寿命。

在本优选方案中，还需进一步介绍的在于，通过倒圆角的设计，当搬运机械手倾斜时，导柱的顶端在挤压引导孔的过程中，导柱与引导孔孔壁之间的挤压力的方向，与引导孔孔壁垂直，而不会对引导孔孔壁产生其它方向的力，因此避免了切削现象的产生。

值得补充的是，虽然在以上技术方案的支持下，由搬运机械手的倾斜所导致的，物料在水平方向上的位移偏差，能够得到补偿，但是，出于对设备使用寿命、工作效果的考量，搬运机械手的倾斜量不能超出特定的范围，即不能允许搬运机械手的倾斜量无限制的增大。为此，在所述通孔内侧壁上开设有凹槽二，所述凹槽二内设置有报警开关，所述半棘轮上安装有与报警开关相互配合的触发杆，所述报警开关与控制系统电性连接。

通过设置触发杆与报警开关，当半棘轮在导柱的作用下转动的角度超过设定值时，触发杆触发报警开关，此时，报警开关向控制系统传递信号，再通过控制系统向工作人员进行报警，以提示工作人员前来对搬运机械手进行维护，通过人工方式矫正搬运机械手的倾斜状况。

相较于现有设备而言，本发明具有以下优越性：

1、通过设置导柱、引导孔、底座、滑台以及多个弹簧，当搬运机械手倾斜时，导柱在插入引导孔的过程中，先是导柱的顶端接触到引导孔的孔壁，于是在后续的插入过程中，引导孔与导柱之间将形成一个相互的挤压力，一方面，导柱通过引导孔给搬运机械手施加了一个抵抗倾斜的支撑力，进而部分纠正搬运机械手的倾斜程度，另一方面，搬运机械手通过引导孔、导柱以及滑台的配合关系，给滑台施加了一个推力，于是滑台将克服多个弹簧的弹力而发生水平方向上的位移，进而补偿了物料的水平位置偏移。

2、通过设置半棘轮和棘爪，本发明能够随着搬运机械手在工作过程中所逐渐产生的倾斜，而逐渐地调整引导孔的轴线方向，使得引导孔的轴线方向始终与竖直方向平行，因而有利于导柱插入引导孔中并穿设到引导孔内。

3、通过倒圆角的设计，当导柱的顶端在挤压引导孔的过程中，导柱与引导孔孔壁之间的挤压力的方向，与引导孔孔壁垂直，而不会对引导孔孔壁产生其它方向的力，因此避免了导柱顶端对引导孔孔壁产生切削现象，延长设备的寿命，进一步的，再通过对导柱以及引导孔采用冷作硬化处理，提高了导柱外表面以及引导孔孔壁的强度，使它们二者能够在频繁的摩擦配合过程中，获得更长的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明平面主视图；

图3为图1中A部分的放大图；

图4为图1中B部分的放大图；

图5为图2中C部分的第一种具体实施方式放大剖视图；

图6为图2中C部分的第二种具体实施方式放大剖视图；

图7为本发明第一种具体实施方式的观察记录表；

图8为本发明第三种具体实施方式的数据记录图。

图中：1、搬运机械手；2、物料台；3、备料载具；4、导柱；5、底座；6、弹簧；7、对接台；51、滑台；71、棘爪；72、凹槽一；73、配重块；74、半棘轮；75、凹槽二；76、通孔；77、扭转弹簧；711、拨杆；712、凹槽三；741、引导孔；742、触发杆；751、报警开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图5所示，展示了本发明的第一种具体实施方式。

在介绍本发明安装方式前，需说明的几点在于：其一，搬运机械手1采用现有的三轴悬臂工业机器人，物料台2采用现有的物料手推车；其二，搬运机械手1、物料台2以及备料载具3的安装位置依据实际生产的需求进行布置，具体为，以搬运机械手1能够将物料从物料台2搬运到备料载具3为准，进行布置；其三，以下的介绍方式中，除特别限定的固定安装方式之外，所采用的固定安装方式均为螺纹连接；其四，为方便安装，底座5上开设有用于安装多个弹簧6和滑台51的安装槽；其五，对接台7采用分体式设计，分为盖体和主体两大部分，且分离处位于通孔76处，盖体的数量根据通孔76的数量进行确定，本实施例中，盖体数量与通孔76的数量相同，当盖体与主体分离时，通孔76、凹槽一72、凹槽二75以及凹槽三712均发生分离而将内部空间暴露出来，以便于安装半棘轮74、棘爪71以及报警开关751，另外，半棘轮74和棘爪71的安装支座均预先分别制造在通孔76和凹槽三712内；其六，触发杆742预先通过焊接的方式安装到半棘轮74上，拨杆711与棘爪71一同制造；其七，本实施例中用于驱使棘爪71复位的装置采用配重块73，且配重块73预先固定安装在棘爪71上。

当本发明安装时，首先，机架预先安装在地面上，然后，将搬运机械手1固定安装到机架上，将物料台2推至使搬运机械手1能够夹取物料的工作位置，再将底座5固定安装到机架上，再将多个弹簧6均匀对称安装在底座5上的安装槽侧壁面上，再将滑台51与多个弹簧6位于底座5连接的另一端固定连接，随后，将备料载具3固定连接到滑台51顶端，再将两个导柱4固定连接到底座5上，并使两个导柱4分别位于备料载具3的两侧，至此完成本发明除对接台7外的安装。

对于对接台7，将对接台7的主体盖体分离，接着，将报警开关751安装到凹槽二75内，再将棘爪71和半棘轮74分别安装到它们对应的安装支座上，将以上操作分别在每个通孔76处重复进行，以完成对每个通孔76及其内部构件的安装，至此，完成对接台7的安装，最后，将对接台7固定安装到搬运机械手1上，至此，完成本发明的全部安装。

当本发明的整体工作流程为，首先，搬运机械手1向下伸出至物料台2上，随后，在将物料台2上的物料夹持稳定后，搬运机械手1向上回缩一定高度，接着，搬运机械手1再在水平方向上移动到备料载具3上方之后，再向下伸出，将所夹持的物料放置到备料载具3上，在此次搬运机械手1的下伸过程中，导柱4插入引导孔741内，进而使滑台51自动补偿物料的水平位置偏移，最终使搬运机械手1将物料准确的放置到备料载具3上，在完成以上所有操作后，搬运机械手1回到最初的位置，为下一个工作循环做准备。

本实施例的目的在于观察配重块73对棘爪71产生的复位效果，因此，为方便观察棘爪71的复位过程，对接台7的所有盖体部分均以透明的塑料材质制造，同时，预先对搬运机械手1主动进行了倾斜设置，倾斜角度分别设置为2°、3°以及4°，以保证半棘轮74和棘爪71在实验过程中能够产生转动，另外，分别在不同倾斜角度情况下连续进行多次物料的搬运工作，以使观察记录结果不受偶然因素影响。搬运机械手1的竖直臂长为1500mm。

实验的观察记录结果如图7所示，图中各符号的含义为：

α——搬运机械手1的倾斜角度；

x——物料在水平方向上的位置偏移量；

k——半棘轮74在导柱4插入引导孔741的过程中所转动的齿数。

由图7中的记录可知，不论α取2°、3°或4°，棘爪71均能够顺利复位，但当α＝4°时，x＝2.5mm，此时物料的水平位移，达到了本发明所预设的位移补偿极限，于是设备报警以提醒维修。

需要说明的是，配重块73由于仅靠重力驱使棘爪71复位，因此回落时间长，复位的速度慢，其原因在于，配重块73下落时的加速度方向于棘爪71的旋转速度方向之间存在夹角，使得配重块73驱动棘爪71加速的效率不高。

如图1至图4以及图6所示，展示了本发明的第二种具体实施方式。本实施例与第一种具体实施方式的区别在于，本实施例中用于驱使棘爪71复位的装置采用扭转弹簧77，扭转弹簧77套设安装在棘爪71的转动支点处，且扭转弹簧77的两端分别连接在凹槽三712底端和棘爪71上。

因其它实验参数并未改变，因此实验的观察记录结果与第一种具体实施方式相同，但是，相比于采用配重块73的复位方案，本实施例中，得益于扭转弹簧77积蓄弹性势能的特性，且因为在棘爪71的复位过程中，扭转弹簧77给棘爪71提供的加速度方向，始终与棘爪71的旋转方向相同，因此，扭转弹簧77驱动棘爪71加速的效率高，于是棘爪71的复位速度更快，同时，通过选用弹性模量不同的扭转弹簧77，还可对棘爪71的复位速度进行设置。

本发明的第三种具体实施方式，意图为探究本发明的复位方案中，采用扭转弹簧77的方案与采用配重块73的方案之间的区别，因此对倾斜角度采用更精细的划分，分别取2°、2.5°、3°、3.5°以及4°，分别对两种复位方案进行实验。

实验中分别采用第一种具体实施方式以及第二种具体实施方式中的两个设备，将第一种具体实施方式中的设备作为实验组一，将第二种具体实施方式中的设备作为实验组二，分别进行实验，针对每个不同倾斜角度的取值，均进行多次实验取平均值，以减小实验的偶然性，然后记录数据并整理。整理所得图表如图8所示，图中符号的含义参照本发明的第一种具体实施方式。

由图8可知，当α＝2.5°时，实验组一中已有k＝3，而实验组二中k＝2，这说明实验组一的设备，即使用配重块73作为复位方案的设备，其触发的难度较低。其原因在于，实验组一中，在凹槽三712有限的空间内，配重块73的体积是有限的，因此，配重块73所能提供的重力也是有限的，于是，半棘轮74克服棘爪71而发生转动的难度较低；而扭转弹簧77的优点便是体积小、扭力大，能够在凹槽三712的有限空间内提供更大的扭力，于是，实验组二中，半棘轮74克服棘爪71而发生转动的难度将相应的提高。

如此一来，可以发现，实验组一响应搬运机械手1倾斜的灵敏度更高，因此，实验组一的设备适用于对搬运机械手1位姿要求严格，即搬运机械手1的许用倾斜角度较小的场景。而对于那些对搬运机械手1位姿要求并不严格的场景，可选用实验组二的设备。

Claims (8)

1.一种自动备料系统，包括：

机架，搬运机械手(1)，物料台(2)，备料载具(3)；

所述搬运机械手(1)、物料台(2)和备料载具(3)均设置在机架上，所述物料台(2)和备料载具(3)均用于盛放物料，所述搬运机械手(1)用于将物料台(2)上的物料搬运到备料载具(3)上；

其特征在于，还包括：

位移补偿装置，所述备料载具(3)与搬运机械手(1)上共同设置有位移补偿装置，当搬运机械手(1)发生倾斜时，位移补偿装置自动补偿由于该倾斜而导致的，物料在水平方向上的位置偏差；

所述位移补偿装置包括设置在机架上的底座(5)，所述底座(5)内活动安装有滑台(51)以及多个弹簧(6)，且每个弹簧(6)的两端均分别与滑台(51)以及底座(5)连接，所述备料载具(3)安装在滑台(51)顶端，所述滑台(51)顶端安装有多个导柱(4)，所述搬运机械手(1)上安装有对接台(7)，所述对接台(7)上设置有多个与导柱(4)相互配合的引导孔(741)；

所述对接台(7)内开设有通孔(76)，所述通孔(76)内安装有半棘轮(74)，所述引导孔(741)开设在半棘轮(74)上，且引导孔(741)不经过半棘轮(74)的旋转轴线，所述通孔(76)的壁面上开设有凹槽三(712)，所述凹槽三(712)内安装有与半棘轮(74)相互配合的棘爪(71)，所述棘爪(71)横截面形状为L形，且棘爪(71)与凹槽三(712)底端配合。

2.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：多个所述通孔(76)沿直线排列，且该直线的方向同时垂直于竖直方向和搬运机械手(1)具有的倾斜趋势的方向。

3.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述棘爪(71)底端安装有用于使其复位的配重块(73)。

4.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述棘爪(71)上安装有用于使其复位的扭转弹簧(77)。

5.根据权利要求3或4所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述棘爪(71)上安装有拨杆(711)，所述对接台(7)上开设有与拨杆(711)相互配合的凹槽一(72)，所述凹槽一(72)底端与凹槽三(712)连通。

6.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述通孔(76)内侧壁上开设有凹槽二(75)，所述凹槽二(75)内设置有报警开关(751)，所述半棘轮(74)上安装有与报警开关(751)相互配合的触发杆(742)，所述报警开关(751)与控制系统电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述导柱(4)的外表面以及引导孔(741)的壁面采取冷作硬化工艺处理。

8.根据权利要求1所述的一种自动备料系统，其特征在于：所述导柱(4)顶端采用倒圆角设计。

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