阅读说明：本技术 协同式理料机构及协同式理料方法 (Cooperative material arranging mechanism and cooperative material arranging method ) 是由 朱海鸿 于 2018-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种协同式理料机构,包括支撑装置、料盒、传送装置及控制装置。所述支撑装置用于支撑所述料盒；所述料盒用于放置物料；所述传送装置包括送料带、位于所述送料带上的理料位及多个机器人；所述控制装置用于控制所述机器人将物料从所述料盒转移至所述理料位。相较于现有技术,本发明的协同式理料机构,利用多个机器人协同作业,将物料从料盒转移至理料位,不仅可以对大量的、材质各异的物料进行自动分拣,而且具有低成本、高效率的优点,可应用于多个行业,实现产线的全自动化。(The invention provides a cooperative material arranging mechanism which comprises a supporting device, a material box, a conveying device and a control device. The supporting device is used for supporting the material box; the material box is used for placing materials; the conveying device comprises a feeding belt, a material arranging position and a plurality of robots, wherein the material arranging position is positioned on the feeding belt; the control device is used for controlling the robot to transfer the materials from the material box to the material arranging position. Compared with the prior art, the cooperative material arranging mechanism provided by the invention has the advantages that the plurality of robots are cooperatively operated to transfer materials from the material box to the material arranging position, so that a large number of materials with different materials can be automatically sorted, the cost is low, the efficiency is high, the cooperative material arranging mechanism can be applied to a plurality of industries, and the full automation of a production line is realized.)

协同式理料机构及协同式理料方法

技术领域

本发明涉及一种协同式理料机构及协同式理料方法，属于自动化控制领域。

背景技术

在《中国制造2025》背景下，各行业生产线都在改造升级，向自动化生产发展。在目前的发展阶段，还未实现产线的全套全自动化。比如：加工、包装等产线，需加工或包装的物料间隔一定距离经传送带送至自动设备进料口，再从出料口送出，实现自动加工或包装等操作。但是面对成千上万的原始物料，设备无法自动整理成适合加工的形式，一般需要借助人工分拣之后再放至传送带，进行上料、理料。

为了保证生产效率，一条自动加工或包装产线的人力成本居高不下，这种半自动化的生产线并不符合产业升级改造的需求。另外，如果是食品行业，人工上料可能会对食品造成二次污染。

针对上述问题，对于少量的物料，采取振动盘作为辅助送料设备，通过振动将无序物料自动有序的定向排列整齐、准确地输送到下道工序，呈统一状态自动进入加工或包装位置，可以解决一部分问题，但是当物料过多，或物料含油、含水时，振动盘容易出现故障，不再适用。

有鉴于此，有必要提供一种低成本、高效率的自动理料机构，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协同式理料机构，该协同式理料机构可以解决各个行业不同物料自动分拣的问题，且具有低成本、高效率的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种协同式理料机构，包括支撑装置、料盒、传送装置及控制装置，所述支撑装置用于支撑所述料盒，所述料盒用于放置物料，所述传送装置包括送料带、位于所述送料带上的理料位及多个机器人，所述控制装置用于控制所述机器人将物料从所述料盒转移至所述理料位。

作为本发明的进一步改进，所述机器人包括第一电机、与所述第一电机相连的微型运动控制器、摆臂及抓取件，所述微型运动控制器经由CAN总线与所述控制装置相连，且多个机器人的微型运动控制器以菊花链路式连接在CAN总线上，所述摆臂与所述第一电机的电机轴相连，以在所述第一电机转动时带动所述摆臂绕所述电机轴旋转，所述抓取件垂直于所述摆臂设置，且可相对于所述摆臂上下移动。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机固定在所述支撑装置上，且所述第一电机与所述微型运动控制器一体化安装，所述抓取件包括第一气缸和抓取部，所述第一气缸通过电磁阀与所述微型运动控制器相连。

作为本发明的进一步改进，所述送料带上设有若干隔板，相邻两个隔板之间的距离相等，所述理料位即形成于相邻两个隔板之间。

作为本发明的进一步改进，所述传送装置还包括设置在所述支撑装置上且对应于所述送料带起始位置处的传感器，所述传感器与所述机器人相连，所述传感器用于检测所述送料带上第一个隔板出现的时间。

作为本发明的进一步改进，所述协同式理料机构还包括匀料结构，所述匀料结构包括第二电机、与所述第二电机相连的减速机及与所述减速机相连的摆杆，所述第二电机与所述控制装置相连，所述料盒与所述摆杆相连，以在所述第二电机转动时，所述摆杆在所述减速机的带动下运动，所述料盒在所述摆杆的带动下振动。

作为本发明的进一步改进，所述匀料结构还包括与所述控制装置相连的第二气缸，所述第二气缸的一端与所述支撑装置固定、另一端与所述料盒相连，以在所述第二气缸做压缩和推伸运动时，带动所述料盒振动。

作为本发明的进一步改进，所述支撑装置包括台架和固定在所述台架上的支架，所述送料带位于所述支撑装置的一侧，所述料盒设于所述支架与所述台架之间且与所述送料带相对设置，所述机器人固定安装在所述支架上且位于所述料盒的上方并靠近所述送料带设置。

本发明的目的还在于提供一种协同式理料方法，该协同式理料方法可以解决各个行业不同物料自动分拣的问题，且操作简单。

为实现上述目的，本发明提供了一种协同式理料方法，包括料盒、传送装置及控制装置，所述料盒用于放置物料，所述传送装置包括送料带、位于所述送料带上的理料位及多个机器人，所述机器人包括抓取件，协同式理料方法主要包括以下步骤：

S1、控制装置发送指令给机器人；

S2、机器人根据接收到的指令，控制抓取件从初始位置移动至料盒的上方，该初始位置为抓取件位于送料带的上方；

S3、抓取件下降并抓取物料；

S4、抓取件上升，并判断是否成功抓取物料，若是，则抓取件回到初始位置，若否，则进入步骤S3；

S5、判断物料是否掉落，若是，则进入步骤S2，若否，则继续；

S6、判断送料带上是否有空余的理料位，若是，则抓取件下降并将物料放置到对应的理料位，若否，则进入步骤S5；

S7、抓取件上升，循环进入步骤S2，直至将所有物料全部分拣完毕。

作为本发明的进一步改进，所述机器人还包括第一电机和与所述第一电机相连的微型运动控制器，所述微型运动控制器经由CAN总线与所述控制装置相连，且多个机器人的微型运动控制器以菊花链路式连接在CAN总线上，所述抓取件的移动、下降及上升均由所述微型运动控制器控制。

作为本发明的进一步改进，所述机器人还包括摆臂，所述摆臂与所述第一电机的电机轴相连，以在所述第一电机转动时带动所述摆臂绕所述电机轴旋转，所述抓取件垂直于所述摆臂设置且可相对于所述摆臂上下移动。

作为本发明的进一步改进，步骤S2具体为：微型运动控制器控制摆臂带动抓取件从初始位置移动至料盒的上方，该初始位置为摆臂垂直于送料带且抓取件位于送料带的上方。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中，若抓取件抓取物料的次数达到设定值且仍未抓取成功，则判定料盒的该位置无物料，移动抓取件，换个方向继续抓取。

本发明的有益效果是：本发明的协同式理料机构，利用多个机器人协同作业，将物料从料盒转移至理料位，不仅可以对大量的、材质各异的物料进行分拣，而且具有低成本、高效率的优点，可应用于多个行业，实现产线的全自动化。

附图说明

图1是本发明协同式理料机构的整体结构示意图。

图2是图1所示协同式理料机构的俯视图。

图3是图1中机器人的具体结构示意图。

图4是图1中匀料结构的具体结构示意图。

图5是本发明协同式理料方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

请参阅图1与图2所示，本发明揭示了一种协同式理料机构，包括支撑装置1、料盒2、传送装置3及控制装置(未图示)。所述支撑装置1用于支撑所述料盒2；所述料盒2用于放置物料(未图示)；所述传送装置3包括送料带30、位于所述送料带30上的理料位31及多个机器人32。所述控制装置用于控制所述机器人32将物料从所述料盒2转移至所述理料位31，以便后续通过所述送料带30将物料送至下道工序；较佳地，所述控制装置为上位机，主要通过发送指令给机器人32，从而命令机器人32完成物料的转移。

所述支撑装置1包括台架10和固定在所述台架10上的支架11，所述台架10与桌子的结构大体相同，包括相互平行的第一安装臂101和第二安装臂(未标号)及连接所述第一安装臂101与第二安装臂的第三安装臂(未标号)和第四安装臂102，第一安装臂101、第二安装臂、第三安装臂及第四安装臂102组合形成矩形状，且第一安装臂101和第二安装臂形成矩形的长边、第三安装臂和第四安装臂102形成矩形的短边。

所述支架11与所述第一安装臂101和第二安装臂固定连接，所述支架11包括相互平行的第一固定臂111和第二固定臂112及连接所述第一固定臂111与第二固定臂112的连接臂113，所述第一固定臂111的一端与第一安装臂101固定连接、另一端与连接臂113相连，所述第二固定臂112的一端与第二安装臂固定连接、另一端与连接臂113相连，如此，所述支架11整体呈倒U型设置在所述台架10上。

所述送料带30位于所述支撑装置1的一侧，所述料盒2设于所述支架11与所述台架10之间且与所述送料带30相对设置。所述支架11还包括自所述连接臂113向外延伸的延伸臂114，所述机器人32固定安装在所述延伸臂114上，且位于所述料盒2的上方并靠近所述送料带30设置，如此，方便机器人32将料盒2内的物料分拣转移至送料带30上。所述送料带30优选为与所述料盒2相平齐，即送料带30与料盒2的厚度及与水平面之间的高度均相同(即位于同一水平面上)。

具体地，所述料盒2放置在所述支架11的连接臂113的下方、所述台架10的上方、且位于所述支架11的第一固定臂111的内侧。所述料盒2的长度可以设置为小于、等于或大于第三安装臂与第四安装臂102之间的间距，所述料盒2的宽度可以设置为小于或等于第一安装臂101与第二安装臂之间的间距；较佳的，所述料盒2的长度小于第三安装臂与第四安装臂102之间的间距，所述料盒2的宽度小于第一安装臂101与第二安装臂之间的间距，方便机器人32对物料进行分拣。

所述送料带30上设有若干隔板33，相邻两个隔板33之间的距离相等，所述理料位31即形成于相邻两个隔板33之间。机器人32用于将料盒2中的无序的物料分拣并转移至送料带30的理料位31上，且有序、定向排列整齐，以便准确地输送到下道工序，呈统一状态自动进入加工或包装位置。

所述传送装置包括设置在所述支架11且对应于所述送料带30起始位置处的传感器(未图示)，所述传感器与所述机器人32相连，所述传感器用于检测所述送料带30上第一个隔板33出现的时间，形成信号，并将信号输送给机器人32，机器人32根据接收到的信号，可以判断出第一个理料位31的初始时间。根据理料位31的间距(即相邻两隔板33之间的距离)、送料带30的运行速度以及机器人32的设置位置等信息，每个机器人32都能够计算出每一个理料位31到达其自身位置处的时间，继而方便控制送料带30及机器人32有序的工作。

本发明是通过概率实现抓取的，单个机器人32抓取物料的成功率并非100％，存在一定概率，所以为了保证成功抓取物料，一个协同式理料机构需设置多个机器人32，多个机器人32通过CAN总线相连后与控制装置连接，实现分布式控制，控制装置统一发布任务流程，每个机器人32独立工作但又可以相互通讯，协同作业，代替人工完成大量物料的分拣。具体的，所述机器人32通过CAN总线与所述控制装置相连，且多个机器人32以菊花链路式连接在CAN总线上。

机器人32单次抓取成功也有一定概率，所以设置其多抓取几次，抓取次数可按实际情况设置，总有一次能够抓取成功，若多次抓取未成功则说明该位置根本就没有物料，可以换个方向继续抓取。

请参阅图3并结合图1与图2所示，所述机器人32包括第一电机320、与所述第一电机320相连的微型运动控制器321、摆臂322及抓取件323。所述微型运动控制器321也属于所述控制装置的一部分，所述传感器与所述微型运动控制器321相连。所述第一电机320固定在所述延伸臂114上，且所述第一电机320与所述微型运动控制器321一体化安装。所述摆臂322与所述第一电机320的电机轴(未图示)相连，从而在所述第一电机320转动时，可带动所述摆臂322绕所述电机轴旋转(即在平行于水平面的平面上旋转)。

所述微型运动控制器321经由CAN总线与所述控制装置相连，且多个机器人32的微型运动控制器321以菊花链路式连接在CAN总线上，从而使得多个机器人32之间可以通过CAN总线进行相互通讯。

所述第一电机320设有电机线缆3201，该电机线缆3201的一端与第一电机320相连、另一端与微型运动控制器321相连，以实现第一电机320与微型运动控制器321的电性连接。所述微型运动控制器321上设有控制线缆3211，所述控制线缆3211的一端与微型运动控制器321相连、另一端与电源、CAN总线及传感器分别相连，所述CAN总线与所述控制装置相连；较佳地，所述控制线缆3211为多芯线缆，且所述控制线缆3211另一端的其中一部分芯线与电源相连、一部分芯线与CAN总线相连、剩余芯线与传感器相连。

所述抓取件323垂直于所述摆臂322设置，且所述抓取件323可相对于所述摆臂322上下移动。所述抓取件323包括第一气缸324和位于所述第一气缸324末端的抓取部325，所述第一气缸324通过电磁阀(未图示)与所述微型运动控制器321相连，所述第一气缸324通过自身的伸缩运动，来带动所述抓取件323相对于所述摆臂322整体上下移动。所述摆臂322沿水平方向延伸，所述抓取件323垂直于所述料盒2设置，且位于所述料盒2的上方，从而在摆臂322绕所述电机轴旋转时，可通过所述抓取件323对料盒2内的物料进行抓取。

所述抓取部325可以是吸盘，也可以是抓手，具体可根据不同物料的性质来确定是采用抓手还是吸盘。图3所示的抓取部325为吸盘，且吸盘设置有3个，故以下将以吸盘作为较佳实施例进行举例说明，但不应以此为限，任何能够实现抓取动作的结构都属于所述抓取部325的保护范围。

当其中一个机器人32抓取物料并成功放置到相应的理料位31后，因为多个机器人32之间可以通过CAN总线进行相互通讯，因此，其它机器人32都可以知道该理料位31已有物料，从而根据每个理料位31到达自己所在位置处的时间，判断到达自己所在位置的理料位31是否为空。具体的，当某机器人32成功抓取物料后，其对应的微型运动控制器321会控制抓取部325移动至送料带30的上方，并判断当前的理料位31是否为空；若当前的理料位31为空，则微型运动控制器321控制抓取部325将抓取的物料放至相应的理料位31；若当前的理料位31已有物料，则继续等待直至空位出现再将物料放下。

请参阅图1与图4所示，所述协同式理料机构还包括匀料结构(未标号)，所述匀料结构包括第二电机40、与所述第二电机40相连的减速机41及与所述减速机41相连的摆杆42。所述第二电机40与所述控制装置相连，所述减速机41安装在所述第二电机40上，所述料盒2与所述摆杆42相连，从而在所述第二电机40转动时，所述摆杆42会在所述减速机41的带动下运动，继而所述料盒2在所述摆杆42的带动下振动。具体来讲：所述摆杆42的一端通过轴头(未图示)与所述减速机41相连、另一端通过轴头与料盒2底部的滑块21相连。所述台架10还设有导轨103，所述滑块21套设在所述导轨103上并可沿所述导轨103前后滑动，从而在所述第二电机40转动时，所述减速机41会带动轴头转动，从而使所述摆杆42运动，所述摆杆42再带动所述滑块21沿所述导轨103前后滑动，继而带动所述料盒2前后振动，使料盒2上的物料时刻保持均匀分布。

所述匀料结构还包括第二气缸43，所述第二气缸43与所述控制装置相连，所述第二气缸43的一端与所述第二安装臂固定、另一端与所述料盒2相连，从而在所述第二气缸43做压缩和推伸运动时，会带动所述第二气缸43的另一端作往复运动，继而带动所述料盒2左右振动，使料盒2上的物料时刻保持均匀分布。

所述控制装置还可用于控制所述第二电机40的转动与所述第二气缸43的运动交替进行，从而保证所述料盒2在前后、左右方向做交叉往复运动，实现匀料功能。具体地，所述控制装置通过发送指令来控制所述第二电机40的转动与所述第二气缸43的运动交替进行。

请参阅图5所示，为本发明协同式理料机构的理料方法，主要包括以下步骤：

S1、控制装置发送指令给机器人32；

S2、机器人32根据接收到的指令，控制抓取件323从初始位置移动至料盒2的上方，该初始位置为抓取件323位于送料带30的上方；

S3、抓取件323下降并抓取物料；

S4、抓取件323上升，并判断是否成功抓取物料，若是，则抓取件323回到初始位置，若否，则进入步骤S3；

S5、判断物料是否掉落，若是，则进入步骤S2，若否，则继续；

S6、判断送料带30上是否有空余的理料位31，若是，则抓取件323下降并将物料放置到对应的理料位31，若否，则进入步骤S5；

S7、抓取件323上升，循环进入步骤S2，直至将所有物料全部分拣完毕。

因步骤S2、S3、S4、S6、S7中，所述抓取件323的移动、下降及上升均由所述微型运动控制器321控制，因此步骤S2可以具体为：微型运动控制器321控制摆臂322带动抓取件323从初始位置移动至料盒2的上方，该初始位置为摆臂322垂直于送料带30且抓取件323位于送料带30的上方。

步骤S3具体为：微型运动控制器321控制抓取件323下降并抓取物料。

步骤S4具体为：微型运动控制器321控制抓取件323上升，并判断是否成功抓取物料，若是，则微型运动控制器321控制摆臂322带动抓取件323回到初始位置，若否，则进入步骤S3。需要注意的是：步骤S4中，若抓取件323抓取物料的次数达到设定值且仍未抓取成功，则判定料盒2的该位置无物料，微型运动控制器321控制抓取件323移动，换个方向继续抓取。

步骤S6具体为：判断送料带30上是否有空余的理料位31，若是，则微型运动控制器321控制抓取件323下降并将物料放置到对应的理料位31，若否，则进入步骤S5。

步骤S7具体为：微型运动控制器321控制抓取件323上升，循环进入步骤S2，直至所有物料全部分拣完毕。

结合图1至图3所示，以吸盘作为抓取部325进行举例说明：吸盘325上设有弹簧(未图示)，第一气缸324带动吸盘325动作，吸盘325碰到物料后弹簧被压缩，若物料堆得相对高，则弹簧压缩程度相对较大，这样可保证吸盘325具有足够的动力抓取多层物料，效率更高。机器人32的抓取件323的初始位置为：摆臂322垂直于送料带30，吸盘325位于送料带30的上方。

理料过程：微型运动控制器321控制摆臂322移动，使吸盘325移动至料盒2的上方，第一气缸324带动吸盘325下降一定高度，所述吸盘325一直处于吸附状态，当吸盘325吸附到物料后立马上升，并且抖一抖(这是因为：在大量的不规则物料中抓取一个物料，很可能会将旁边的物料带起，这样抖一抖的动作可使多余物料回到料盒2)，第一气缸324的气缸检测仪时刻检测吸盘325的气道是否被堵，以此来判断是否成功抓取到物料，并将检测结果反馈给微型运动控制器321。若检测结果为抓取成功，则微型运动控制器321控制摆臂322回到初始位置，等待送料带30上有空的理料位31，再控制第一气缸324带动吸盘325下降一定高度，吸盘325结束吸附并将物料放置于对应的理料位31，由送料带30将物料送至下道工序；若检测结果为抓取失败，则重复上述动作，再抓取几次；若达到设置的抓取次数后仍未抓取成功，则认为料盒2的该位置无物料，则微型运动控制器321控制摆臂322随机转动角度，以换个方向继续抓取，过程同上。

吸盘325在送料带30上方等待空的理料位31时，气缸检测仪始终检测物料是否掉落，并将检测结果反馈至微型运动控制器321；一旦检测到吸盘325的气道打开，则判断物料掉落，此时微型运动控制器321再次控制摆臂322移动至料盒2上方，并按照上述流程进行动作。

当然，当所述抓取部325为抓手时，可通过设置压力传感器来检测抓手的压力值，以此来判断是否抓取成功，于此不再详细描述。

综上所述，本发明的协同式理料机构，利用多个机器人32协同作业，配合匀料机构，采用CAN总线分布式控制，通过概率实现物料抓取，从而将物料从料盒2转移至理料位31，不仅可以对大量的、材质各异的物料进行自动分拣，而且具有低成本、高效率的优点，可应用于多个行业，实现产线的全自动化。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。