一种用于装卸料卷的系统及其末端工装 |
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| 申请号 | CN202410027272.4 | 申请日 | 2024-01-09 | 公开(公告)号 | CN117945228A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 余姚市机器人研究中心; 浙江湾区机器人技术有限公司; | 发明人 | 杨冠军; 王力程; 娄亚儿; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于装卸料卷的系统及其末端工装，系统包括设置于向导装置上的工业 机器人 、控 制模 块 和末端工装，末端工装包括视觉模块、固定机构和横向夹具，固定机构上设置一组横向夹具，固定机构的一侧设有视觉模块，横向夹具包括 气缸 和夹臂，基于视觉模块检测料卷状态，根据料件状态触发控制 信号 ，使气缸驱动夹臂夹取料卷，以进行料卷的装卸； 工业机器人 包括控制 阀 组，固定机构与工业机器人末端连接，横向夹具与 控制阀 组气路连接， 控制模块 分别与视觉模块和控制阀组连接，根据料卷状态对控制阀组进行控制；向导装置基于获取的料卷 框架 位置 ，移动到相应工作区域；由工业机器人基于获取的料卷位置，移动末端工装至相应装卸位置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于装卸料卷的末端工装，包括视觉模块（11）、固定机构和横向夹具，其特征在于：所述固定机构上设置一组横向夹具，固定机构的一侧设有视觉模块（11），横向夹具包括气缸（9）和夹臂（8），基于视觉模块（11）检测料卷（2）状态，根据料件状态触发控制信号，使气缸（9）驱动夹臂（8）夹取料卷（2），以进行料卷（2）的装卸。 |
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| 说明书全文 | 一种用于装卸料卷的系统及其末端工装技术领域[0001] 本发明属于智能料卷装卸、视觉检测技术领域，具体涉及一种用于装卸料卷的系统及其末端工装。 背景技术[0002] 在纱布生产的过程中，纱线料卷会放置于框架上，在纱线耗尽后就需要更换新的料卷，由于料卷无法用标准夹具装卸，因此目前的上下料需要人工手动搬运，并且需要人工检查并连接两个料卷的纱线。在该应用场景中，由于料卷数量多，且自重较大，手动拆卸极为不便，人工搬运效率非常低，人工检查工作量大。 发明内容[0003] 为解决现有技术的不足，实现纱线料卷自动、高效搬运的目的，本发明采用如下的技术方案：一种用于装卸料卷的末端工装，包括视觉模块、固定机构和横向夹具，所述固定机构上设置一组横向夹具，固定机构的一侧设有视觉模块，横向夹具包括气缸和夹臂，基于视觉模块检测料卷状态，根据料件状态触发控制信号，使气缸驱动夹臂夹取料卷，以进行料卷的装卸。 [0004] 进一步地，所述一组横向夹具至少有两个以上，并列排布于固定机构上，为了提高装卸效率，可以在第一轮装卸过程中，预留至少一个横向夹具用于卸下空料卷，剩余横向夹具将夹持的满料卷进行安装并卸下其他空料卷，从而使一组横向夹具能够满载空料卷而归，在后续轮装卸过程中，一组横向夹具满载满料卷进行装卸。 [0005] 进一步地，所述一组横向夹具自左向右包括依次并列排布的至少两个第一横向夹具和至少一个第二横向夹具，第一横向夹具包括由气缸驱动的一对夹臂，第二横向夹具包括由气缸驱动的一根夹臂，第一横向夹具的一对夹臂之间、相邻第一横向夹具的夹臂之间、相邻第一、第二横向夹具的夹臂之间配合设置，从料卷两侧向内进行夹持，从而用尽量少的横向夹具和夹臂，完成料卷的满装满卸，以保证料卷框架上满料卷运行。 [0006] 进一步地，所述最左侧第一横向夹具的左夹臂伸入料卷卷筒，右夹臂在料卷右侧外沿，通过向内夹持，对料卷进行夹取；所述第二横向夹具的左夹臂在料卷左侧外沿，右夹臂伸入料卷卷筒，通过向内夹持，对料卷进行夹取，相较于从料卷两侧外沿进行夹持，可以减少横向排布的总长度。 [0007] 进一步地，所述固定机构为多变形结构和/或以中心点向外的多分支结构，并为其设置相应数量的横向夹具，由于大多料卷框架是以矩阵式排列的，在固定板上并排设置横向夹具时，由于框架上的料卷间隙较小，装卸过程中，固定板上其他的料卷容易与料卷框架上的其他料卷发生碰撞，通过多边形或多分支结构，能够尽量减小一组横向夹具所占的空间。 [0008] 进一步地，所述固定机构为以中心点向外的三条分支结构，其中两条分支相撇和形成一条直线，第三条分支垂直于该直线，该结构能够更好的与矩阵式的料卷框架相配合，当装卸其中一个料卷时，其余料卷能够在料卷框架的料卷空隙之间，并且，横向夹具之间通过夹臂的配合设置，还能起到三个料卷中再夹持一个空料卷的作用。 [0009] 一种用于装卸料卷的系统，包括向导装置及设置于向导装置上的工业机器人、控制模块和末端工装，所述末端工装为所述的一种用于装卸料卷的末端工装，所述工业机器人包括控制阀组，固定机构与工业机器人末端连接，横向夹具与控制阀组气路连接，控制模块分别与视觉模块和控制阀组连接，根据料卷状态对控制阀组进行控制；所述向导装置，基于获取的料卷框架位置，移动到相应工作区域，系统提供权限可进行快速修改位置参数，系统也可以根据历史数据进行调整，获取料卷框架的准确位置； 所述工业机器人，基于获取的料卷位置，移动末端工装至相应装卸位置，系统提供权限可进行快速修改位置参数，系统也可以根据历史数据进行调整，获取料卷的准确位置。 [0010] 进一步地，所述系统还包括与视觉模块连接的安全模块，安全模块通过其重量传感器获取末端工装的负载重量，并结合视觉模块的图像数据，判断料卷是否安装到位，当料卷掉落时，视觉模块可以捕捉到掉落过程，若由于角度关系未捕捉到，也可以基于料卷框架上是否有安装好的料卷，以及重量传感器采集的负载重量，来确认料卷是否安装到位。 [0011] 进一步地，所述控制模块包括控制面板，控制面板上设有启动按钮、停止按钮、急停开关、控制手柄和可视化界面，启动按钮用于系统启动及运行，停止按钮用于停止系统运行，急停开关用于紧急制动，保证设备及人员安全，控制手柄用于手动调整和/或遥控料卷装卸，由于手动模式通常可以进行精细调整，其提供的装卸数据较为精准，可以作为历史数据提供系统进行自动装卸使用，可视化界面用于显示系统信息以及基于安全块触发的报警信息。 [0012] 进一步地，所述系统通过视觉模块对料卷进行检测，检测包括纱线连接情况、料卷用量，并做出相应提示，系统基于检测的料卷用量、料卷更换时间，计算下次更换料卷的时间，并进行料卷的装卸。 [0013] 本发明的优势和有益效果在于：本发明的一种用于装卸料卷的系统及其末端工装，通过末端工装的视觉模块进行 检测，对需要更换的料卷，通过横向夹具对料卷进行快速抓取并替换，解决了人工搬运料卷效率低、装卸困难的问题，提高了生产效率，通过与末端工装配合设置的工业机器人、自动导向小车对夹取的料卷进行多自由度移动，提升了灵活性和全自动化程度，通过视觉模块和重量传感器的配合设置，实现了监测防坠落、空料检测、断线检测等功能，保障了生产安全。 附图说明 [0014] 图1是本发明实施例中系统的结构示意图。 [0015] 图2是本发明实施例中末端工装的结构示意图。 [0016] 图3是本发明实施例中横向夹具夹持料卷的截面示意图。 [0017] 图4是本发明实施例中固定机构结构示意图之一。 [0018] 图5是本发明实施例中固定机构结构示意图之二。 [0019] 图6是本发明实施例中固定机构结构示意图之三。 [0020] 图中：1、料卷框架，2、料卷，3、控制模块，4、自动导向小车，5、重量传感器，6、工业机器人，7、末端工装，8、夹臂，9、气缸，10、安装固定板，11、视觉模块，12、第二横向夹具，13、第一横向夹具。 具体实施方式[0021] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0022] 如图1所示，本发明的一种用于装卸料卷的系统，包括末端工装7、工业机器人6、控制模块3、自动导向小车4、安全模块，以及对应的料卷框架1和料卷2，末端工装7包括气缸9、安装固定板10和横向夹具，如图2所示，工业机器人6内部设有控制阀组，通过气路连接横向夹具，控制其张开动作，一次可以拾取3个料卷2，安装固定板10与工业机器人6末端连接，视觉模块11安装于侧面，控制模块3包括控制面板；视觉模块11安装与末端工装7上，通过螺丝固定于末端工装7侧面，末端工装7安装于工业机器人6末端，通过法兰盘连接，工业机器人6安装于自动导向小车4顶部，与自动导向小车4顶部安装板的螺纹相连接，自动导向小车4放置于规定的工作区域。 [0023] 自动向导小车，用于承载移动工业机器人6及负载，并基于固定存储于系统中的料架、料卷位置定位到指定工作位置，系统提供权限可进行快速修改位置参数；工业机器人6，提供机器人手部可以到达的工作范围，基于固定存储于系统中的料架、料卷位置，移动末端工装7至指定料卷位置，其中料架、料卷位置提供权限可进行快速参数修改；再通过视觉模块11检测料卷状态（料卷空料）及纱线连接状态（纱线断线）；根据视觉模块11的检测结果，对相应的料卷2进行装卸，装卸包括抓取料卷、拆卸空料卷、放置新料卷操作； 控制阀组，用于操控横向夹具中气缸9的动作； 横向夹具包括一对横向气缸9，先将一对夹臂8伸入料卷卷筒，再通过气缸9撑开夹臂8，从而对料卷2进行固定、夹取； 安全模块，包括重量传感器5，用于监测末端工装7的负载（料卷）重量，并与视觉模块11连接，基于视觉模块11辅助判断末端工装7是否安装到位，以及料卷掉落情况，根据视觉模块11检测的料卷掉落情况和实际负载重量，进行安全监测； 控制面板上装有1个启动按钮、1个停止按钮、1个急停开关及1个可视化界面，启动按钮用于系统启动并自动运行，停止按钮用于停止系统运行，急停开关用于紧急制动，保证设备及人员安全；可视化界面用于显示当前系统的信息以及报警信息等； 系统自动记录更换料卷2的时间，自动计算下次更换料卷2的时间并自动到位更 换。 [0024] 以两个第一横向夹13具一个第二横向夹具12为例，两根夹臂8可以从料卷两侧外沿由外向内进行夹持，也可以伸入料卷卷筒，由内向外扩张夹持料卷2，但这样有一个问题，在第一轮装卸过程中，需要预留一个横向夹持装置，以卸下料卷框架1上的空料卷，另外为了提高装卸效率，在装完料卷后，还会多带走一个空料卷，使得末端工装7能够满空料卷而归，但此时料卷框架1上便少了一个在运行的料卷2（即为了提高装卸效率，需要等待一个料卷2用完后才能实现满空料卷而归），如图3所示，在装卸过程中，左侧第一横向夹具的左夹臂伸入左侧料卷卷筒，其右夹臂在左侧料卷的右侧外沿，通过其左、右夹臂的配合，夹持左侧料卷；左侧第一横向夹具的右夹臂与右侧第一横向夹具的左夹臂之间相互配合；右侧第一横向夹具的左、右夹臂之间相互配合，从右侧料卷的左右外沿由外向内进行夹持；使得在第一轮装卸过程中，只需四根夹臂8的配合，便能够满载三个满料卷，而最右侧的第二横向夹具12的夹臂，通过与右侧第一横向夹具的右夹臂配合，能够夹持并卸下一个空料卷，即第二横向夹具12的夹臂伸入空料卷卷筒，右侧第一横向夹具的右夹臂在空料卷的左侧外沿，由外向内进行夹持。具体料卷装卸顺序可以为：先通过右侧第一横向夹具的右夹臂与第二横向夹具12的夹臂配合，从料卷框架1中夹取一个空料卷，再依次向左，将满料卷装入料卷框架1的相应位置并移动到下一个位置夹取另一个空料，另一方面，最左侧的满料卷在安装完毕后，可以不再卸载空料卷，即末端工装7满载三个满料卷出发，装卸完成后，满载三个空料卷而归，这样在只用了五根夹臂8，且无需等待第三个料卷2用完，便能返回，在提高装卸效率的同时，也提高了料卷框架1的料卷运行效率。 [0025] 固定机构为多变形结构和/或以中心点向外的多分支结构，并为其设置相应数量的横向夹具，如图4、图5所示，由于大多料卷框架1是以矩阵式排列的，在固定板上并排设置横向夹具时，由于框架上的料卷间隙较小，装卸过程中，固定板上其他的料卷容易与料卷框架1上的其他料卷发生碰撞，因此，通过将固定机构设置为多变形结构或以中心点向外的多分支结构，并为其设置相应数量的横向夹具，能够尽量减小一组横向夹具所占的空间。 [0026] 如图6所示，将固定机构设置为以中心点向外的三条分支结构，其中两条分支相撇和形成一条直线，第三条分支垂直于该直线，该结构能够更好的与矩阵式的料卷框架1相配合，当装卸其中一个料卷时，其余料卷能够在料卷框架1的料卷空隙之间，并且，横向夹具之间通过夹臂8的配合设置，还能起到三个料卷中再夹持一个空料卷的作用。 [0027] 具体操作步骤：工作时，操作人员首先需要检查系统是否正常，确认工装在工作区域，按下启动按钮系统开始运行，系统根据历史数据计算自动排序需要更换的空料卷，并规划路径。自动导向小车4移动到原料区，工业机器人6移动末端工装7至满料料卷中心孔内，收到到位信号后横向夹具气缸9带动夹臂8向外撑开固定料卷2，依次拾取2个满料料卷，自动导向小车4移动到替换位置，工业机器人6移动末端工装7至1个空料卷的料筒中心孔内，收到到位信号后横向夹具气缸9带动夹臂8向外撑开固定料卷2，将空料卷卸下并夹取其中1个满料料卷放置于对应位置，满料料卷放置到位后提示操作人员进行纱线连接。连续放置完成2个满料卷后，再找到并拾取第3个空料卷，使三对夹臂8都夹持有空料卷，自动导向小车4移动到空料卷放置区，将空料卷全部卸下，拾取3个满料卷依次放置和替换，以此循环。 [0028] 该系统间隔一段时间，将进行纱线检测流程，工业机器人6依次将视觉模块11移动到检测位，检测纱线是否连接并提示操作人员，间隔可通过操作面板进行设置和更改。以上为智能机器人自动运行模式。 [0029] 智能机器人还可以切换为手动模式，通过按下切换模式按钮进行切换，在手动模式下，可以直接通过手持遥控器对机器人进行操作，控制手柄发送通讯指令控制相应的驱动模块以执行动作，并且可以通过控制面板对驱动参数进行设置，手动模式下，操作员可以慢速调整工装的位置，精确地对准安装位置。 [0030] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。 |
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