自动上料装置及方法

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，特别是涉及一种自动上料装置及方法。

背景技术

汽车发动机作为汽车提供动力的重要部件，直接决定汽车的安全性能、稳定性能等。在工业化生产的过程中，缸盖毛坯采用人工上料的方式。为了降低上料劳动强度和提高效率，采用缸盖毛坯全自动上料系统。

随着机器人的快速发展，工业机器人因其高稳定性、高灵活性等，被广泛的应用于各种生产线。在生产的过程中，机器人与手爪进行配对，以抓取缸盖毛坯。通常地，机器人与手爪采用插入接触式连接的方式，这样方式存在磨损、进水、进油、短路等情况造成的故障，出现成本高昂的停机，并且也会出现干涉，自由度不足影响手爪的交换。

发明内容

基于此，有必要提供一种自动上料装置及方法，能够避免出现成本高昂的停止，并且避免运动干涉，提高换爪效率。

一种自动上料装置，包括：

第一输送机构，所述第一输送机构设有第一上料区；

桁架机器人，所述桁架机器人设有第一电感式耦合器；及

手爪库，所述手爪库内存放有至少两个手爪，至少两个所述手爪设有第二电感器耦合器，所述第一电感式耦合器与第二电感器耦合器相配合，使所述桁架机器人与手爪间的电源及信号互通，以抓取所述第一上料区的工件。

在其中一个实施例中，所述自动上料装置还包括用于识别工件形状及位置的第一视觉识别机构，所述第一视觉识别机构对应所述第一上料区设置，所述第一视觉识别机构与所述桁架机器人连接。

在其中一个实施例中，所述自动上料装置还包括上料机器人及设于所述第一输送机构至少一侧的第二输送机构，所述第二输送机构设有第二上料区，所述上料机器人对应所述第二上料区设置，所述上料机器人用于将所述第二上料区的工件转运至所述第一输送机构。

在其中一个实施例中，所述自动上料装置还包括用于获取所述工件三维信息的第二视觉识别机构，所述第二视觉识别机构对应所述第二上料区设置，所述第二视觉识别机构与所述上料机器人连接。

在其中一个实施例中，所述第二视觉识别机构包括处理器、投影仪及至少两个相机，所述投影仪与所述相机朝向所述第二上料区设置，至少两个所述相机能够从不同角度采集所述工件的图像；所述处理器与所述相机连接，用于生成所述工件的三维图像；所述相机具有多重反射抑制功能及HDR拍摄功能。

在其中一个实施例中所述第二输送机构包括上料输送台、换笼输送台及设于所述上料输送台与所述换笼输送台之间的仓库，所述仓库包括储料输送台及位于所述储料输送台上方的回转输送台；所述上料输送台能够做升降运动，使所述上料输送台与所述储料输送台位于同一高度，及使所述上料输送台与所述回转输送台位于同一高度；所述换笼输送台能够做升降运动，使所述换笼输送台与所述储料输送台位于同一高度，及使所述换笼输送台与所述回转输送台位于同一高度。

在其中一个实施例中，所述上料输送台、储料输送台、回转输送台及换笼输送台均包括动力滚道，各所述动力滚道独立设置；所述第二输送机构还包括上料提升机及换笼提升机，所述上料输送台固定于所述上料提升机，所述换笼输送台固定于所述换笼提升机。

在其中一个实施例中，所述上料机器人设有扫码器，所述扫码器用于扫取工件的二维码，所述扫码器用于连接生产管理系统。

在其中一个实施例中，所述第一输送机构包括备用滚道、上料滚道及升降滚道，所述升降滚道设于所述备用滚道与上料滚道之间，用于使所述工件从所述备用滚道流向所述上料滚道；所述第一输送机构还包括下料滚道，所述下料滚道设于所述备用滚道的侧部。

一种自动上料方法，提供所述的自动上料装置，包括步骤：

输送工件至第一上料区；

识别第一上料区工件的形状及位置信息；

根据工件的形状，桁架机器人与对应的手爪无接触对接；

桁架机器人根据工件的位置运动至第一上料区，并抓取工件。

上述的自动上料装置及方法，该自动上料装置包括第一输送机构、桁架机器人及手爪库。第一输送机构将工件输送至第一上料区，桁架机器人根据工件的形状选择相应的手爪。由于桁架机器人设有第一电感式耦合器，手爪设有与第一电感式耦合器配合的第二电感器耦合器，这样当桁架机器人向靠近手爪的方向运动至手爪的上方时，第一电感式耦合器及第二电感式耦合器通过空间高频交变磁场实现电感耦合，使得桁架机器人与对应的手爪间电源和信号互通，即桁架机器人与手爪以非接触的方式传输电源及信号，有利于桁架机器人快速地更换手爪，提高手爪换型效率，同时还能够实现全机种自动兼容。并且，桁架机器人采用非接触的方式与手爪互通，这样能够避免桁架机器人及手爪磨损、进水、进油等情况造成的故障，防止出现成本高昂的停止。另外，桁架机器人无需电缆便可与手爪的电源和信号互通，有效避免运动干涉，保证桁架机器人能够顺利地更换手爪。待桁架机器人与手爪无接触式对接后，桁架机器人根据工件的位置信息运动，并抓取工件。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本发明一实施例的自动上料装置的结构示意图；

图2为图1所示的自动上料装置的布局图；

图3为本发明一实施例的料笼运作流程图一；

图4为本发明一实施例的料笼运作流程图二；

图5为本发明一实施例的料笼运作流程图三；

图6为本发明一实施例的料笼运作流程图四；

图7为本发明一实施例的料笼运作流程图五。

附图标号：10、第一输送机构；11、上料滚道；111、第一上料区；12、备用滚道；13、升降滚道；14、缓存滚道；15、下料滚道；20、桁架机器人；30、手爪库；40、第一视觉识别机构；50、第二输送机构；51、上料输送台；511、第二上料区；52、仓库；521、储料输送台；522、回转输送台；53、换笼输送台；54、上料提升机；60、上料机器人；70、第二视觉识别机构；80、料笼。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1和图2，本发明一实施例的自动上料装置，包括第一输送机构10、桁架机器人20及手爪库30。第一输送机构10设有第一上料区111。桁架机器人20设有第一电感式耦合器。所述手爪库30内存放有至少两个不同的手爪，至少两个所述手爪设有第二电感器耦合器，所述第一电感式耦合器与第二电感器耦合器相配合，使所述桁架机器人20与手爪间的电源及信号互通，以抓取第一上料区111的工件。

需要说明的是，该自动上料装置适用于多机型共线生产，根据工件种类的不同，桁架机器人20与手爪库30内对应的手爪进行配对，从而抓取不同种类的工件。通常地，桁架机器人20与手爪采用插入接触式连接的方式，这样方式存在磨损、进水、进油、短路等情况造成的故障，出现成本高昂的停机。并且，也会出现干涉，自由度不足影响手爪的交换。

在本实施例中，该自动上料装置包括第一输送机构10、桁架机器人20及手爪库30。第一输送机构10将工件输送至第一上料区111，桁架机器人20根据工件的形状选择相应的手爪。由于桁架机器人20设有第一电感式耦合器，手爪设有与第一电感式耦合器配合的第二电感器耦合器，这样当桁架机器人20向靠近手爪的方向运动至手爪的上方时，第一电感式耦合器及第二电感式耦合器通过空间高频交变磁场实现电感耦合，使得桁架机器人20与对应的手爪间电源和信号互通，即桁架机器人20与手爪以非接触的方式传输电源及信号，有利于桁架机器人20快速地更换手爪，提高手爪换型效率，同时还能够实现全机种自动兼容。并且，桁架机器人20采用非接触的方式与手爪互通，这样能够避免桁架机器人20及手爪磨损、进水、进油等情况造成的故障，防止出现成本高昂的停止。另外，桁架机器人20无需电缆便可与手爪的电源和信号互通，有效避免运动干涉，保证桁架机器人20能够顺利地更换手爪。待桁架机器人20与手爪无接触式对接后，桁架机器人20根据工件的位置信息运动，并抓取工件。此外，该自动上料装置能够适用于多机型共线生产，抓取不同种类的工件。

在一个实施例中，参阅图2，所述自动上料装置还包括用于识别工件形状及位置的第一视觉识别机构40，所述第一视觉识别机构40对应所述第一上料区111设置，所述第一视觉识别机构40与所述桁架机器人20连接。如此，工件输送至第一上料区111后，第一视觉识别机构40识别工件的形状并确定该工件的位置信息，并将工件的形状及位置信息发送至桁架机器人20，桁架机器人20根据形状信息在手爪库30选择对应的手爪进行配对连接，根据该工件的位置信息运动至第一上料区111抓取工件，并将工件转运至加工区。

可选地，上述的第一视觉识别机构40为2D视觉识别机构。当然，在其它实施例中，为了更准确地识别工件的位置，第一视觉识别机构40也可为3D视觉识别机构。

在一个实施例中，参阅图1和图2，所述自动上料装置还包括上料机器人60及设于所述第一输送机构10至少一侧的第二输送机构50。所述第二输送机构50设有第二上料区511，所述上料机器人60对应所述第二上料区511设置，所述上料机器人60用于将所述第二上料区511的工件转运至所述第一输送机构10。需要上料时，将工件放置于第二输送机构50，第二输送机构50将工件输送至第二上料区511；上料机器人60将第二上料区511的工件转送至第一输送机构10，实现上料作业。

在一个实施例中，参阅图1和图2，该自动上料装置可适用于缸盖毛坯的上料；然而，由于缸盖毛坯的结构较复杂，并且不同机型缸盖毛坯的外形差异较大，要求多机型共线快节拍生产，则如何快速且准确地识别缸盖毛坯是一个难点。所述自动上料装置还包括用于获取所述工件三维信息的第二视觉识别机构70，所述第二视觉识别机构70对应所述第二上料区511设置，所述第二视觉识别机构70与所述上料机器人60连接。需要上料时，将工件放置于第二输送机构50，第二输送机构50将工件输送至第二上料区511，第二视觉识别机构70获取工件的三维图像，自动生成匹配上料机器人60运动的路径，并将该路径发送至上料机器人60，上料机器人60根据该路径运动，这样上料机器人60能够避开周边的障碍物，并且上料机器人60的手臂不会干涉料笼80，有效避免出现运动干涉。

可选地，第二视觉识别机构70包括处理器、投影仪及至少两个相机。所述投影仪与所述相机朝向所述第二上料区511设置，至少两个所述相机能够从不同角度采集所述工件的图像。所述处理器与所述相机连接，用于生成所述工件的三维图像。具体地，相机为3D相机。工件输送至第二上料区511后，投影仪向工件投射光栅，至少两个相机从不同的角度来采集投影仪投射的光栅，并将采集的图片发送给处理器，处理器从相机拍摄的图片中生成一张三维图像。利用该三维图像能够生成匹配上料机器人60运动的路径，并将该路径发送至上料机器人60，上料机器人60根据该路径运动，这样上料机器人60能够避开周边的障碍物，并且上料机器人60的手臂不会干涉料笼80，有效避免出现运动干涉。当然，在其它实施例中，第二视觉识别机构70也可包括处理器、一个相机及两个投影仪。

需要说明的是，上述第二视觉识别机构70的检测原理包括两种，第一种，模式投影式。具体地，对多张条纹模式进行投影，通过相机和处理器实时分析来自工件的反射光，从而生成三维图像。第二种，搭载双轴投光算法，通过对方向差异为90°的投影模式进行投影和分析，减轻由光泽带来的多重反射的影响。

具体到本实施例中，相机设有四个，投影仪设于四个相机围成区域的中部。如此，采用四个相机从不同角度进行拍摄，使生成的三维图无死角，且不受工件位置或朝向的影响，实现稳定检测。当然，在其它实施例中，相机也可设有两个。

更进一步地，上述的相机具有多重反射抑制功能。具体地，使用特殊的透光模式，能够抑制来自光泽强的工件、装有工件的料笼80底部和内表面的多重反射的影响。并且，相机还具有HDR拍摄功能。具体地，在内部切换曝光时间进行拍摄，能够同时识别容易发白的部位和黑色的部位。

在一个实施例中，参阅图2至图7，所述第二输送机构50包括上料输送台51、换笼输送台53及仓库52，仓库52设于所述上料输送台51与所述换笼输送台53之间。所述仓库52包括储料输送台521及位于所述储料输送台521上方的回转输送台522。所述上料输送台51能够做升降运动，使所述上料输送台51与所述储料输送台521位于同一高度，及使所述上料输送台51与所述回转输送台522位于同一高度。所述换笼输送台53能够做升降运动，使所述换笼输送台53与所述储料输送台521位于同一高度，及使所述换笼输送台53与所述回转输送台522位于同一高度。具体地，所述上料输送台51及换笼输送台53能够上升至所述回转输送台522所在的高度，用于将所述上料输送台51的空料笼80经所述回转输送台522运送至所述换笼输送台53。所述上料输送台51及所述换笼输送台53还能够下降至所述储料输送台521所在的高度，用于将所述换笼输送台53的满料笼80经所述储料输送台521运送至所述上料输送台51。如此，通过上料输送台51、回转输送台522、换笼输送台53及储料输送台521，能够完成循环送料。

进一步地，参阅图1和图2，所述上料输送台51、回转输送台522、换笼输送台53及储料输送台521均包括动力滚道，各动力滚道独立设置。所述第二输送机构50还包括上料提升机54及换笼提升机，所述上料输送台51固定于所述上料提升机54，用于驱动所述上料输送台51升降。所述换笼输送台53固定于所述换笼提升机，用于驱动所述换笼输送台53升降。如此，能够完成循环送料。

可选地，上料提升机54及换笼提升机均包括驱动电机、传动轮及绕设于传动轮的传动链。上料输送台51固定于上料提升机54的传动链，换笼输送台53固定于换笼提升机的传动链。如此，驱动电机驱动传动轮转动，进而带动传动链同步运动，实现上料输送台51及换笼输送台53的升降。当然，在其它实施例中，上料提升机54及换笼提升机也可为升降气缸，不以此为限。

在一个实施例中，上述的上料机器人60的手爪采用柔性化单手爪。如此，该手爪不仅能够兼容所有机型，还能够满足隔板或隔条的抓取。

在一个实施例中，所述上料机器人60设有扫码器，所述扫码器用于扫取工件的二维码，所述扫码器用于连接生产管理系统。具体地，工件上还设有二维码。上料机器人60将工件搬运至第一输送机构10之前，通过扫码器对工件的二维码进行扫描，并将二维码信息上传至生产管理系统，生产管理系统记录工件的生产状态，便于实现工件的管理。

在一个实施例中，参阅图1和图2，所述第一输送机构10包括备用滚道12及上料滚道11，所述上料滚道11与所述备用滚道12对接。具体地，备用滚道12用于人工对应搬运工件上料使用，且备用滚道12与上料滚道11的输送方向一致。如此，上料机器人60拾取工件后，将工件放置于备用滚道12，工件从备用滚道12输送至上料滚道11，便于上料。

进一步地，参阅图1和图2，所述第一输送机构10还包括升降滚道13，所述升降滚道13设于所述上料滚道11与备用滚道12之间，用于使所述工件从所述备用滚道12流向所述上料滚道11。具体地，升降滚道13的输送方向与上料滚道11及备用滚道12的输送方向一致。如此，通过设置升降滚道13，便于备用滚道12的工件快速地输送至上料滚道11，提高工作效率。

进一步地，参阅图1和图2，所述第一输送机构10还包括缓存滚道14，所述缓存滚道14设于升降滚道13及上料滚道11之间。具体地，缓存滚道14的输送方向与备用滚道12、升降滚道13及上料滚道11的输送方向一致。如此，通过设置缓存滚道14，缓存滚道14能够暂时储存工件；待上料滚道11没有工件后，缓存滚道14将工件输送至上料滚道11。

进一步地，参阅图1和图2，所述第一输送机构10还包括下料滚道15，所述下料滚道15设于所述备用滚道12的侧部。具体地，下料滚道15用于上料机器人60抓取工件时扫描二维码不成功下料使用。如此，上料机器人60抓取工件时，若扫码器未能成功扫取二维码，则上料机器人60便将该工件转运至该下料滚道15。

具体到本实施例中，该自动上料装置包括两条上料线，两条上料线并列设置。

本发明一实施例的自动上料方法，提供上述任一实施例的自动上料装置，包括步骤：

输送工件至第一上料区111；

识别第一上料区111工件的形状及位置信息；

根据工件的形状，桁架机器人20与对应的手爪无接触对接；

桁架机器人20根据工件的位置运动至第一上料区111，并抓取工件。

上述的自动上料方法，桁架机器人20与手爪无接触对接，便于桁架机器人20快速地更换手爪，提高手爪换型效率，同时还能够实现全机种自动兼容。并且，还能够避免桁架机器人20及手爪磨损、进水、进油等情况造成的故障，防止出现成本高昂的停止。另外，桁架机器人20无需电缆便可与手爪的电源和信号互通，有效避免运动干涉，保证桁架机器人20能够顺利地更换手爪。

在本发明的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。