一种可升降式纸箱货物自动化码垛设备

1.本发明涉及码垛设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种可升降式纸箱货物自动化码垛设备。


背景技术：

2.纸箱在运输领域是非常重要和常见的包装材料，很多货物如食品等，都需要纸箱包装来保证在运输过程中其完整性。而在对传送带运送的纸箱货物进行码垛，以方便接下来的运输，是不可缺少的一步。
3.目前，纸箱码垛设备最常见的就是码垛机器人，但是码垛机器人存在以下问题：首先码垛机器人的成本高：码垛机器人的设计、制造是费时费力的工程，同时大部分的码垛机器人维修的费用都很高。其次就是码垛机器人的可靠性、稳定性都比较低：一般码垛机器人在较为恶劣的条件下工作很短的时间后就会发生故障甚至有零部件报废的情况发生，很难进行长时间的服役。最后就是对操作人员的专业性要求比较高，这会增加企业培训相关人才的支出。


技术实现要素：

4.根据上述提出现有纸箱码垛设备费用高、稳定性差和需要人员操作的技术问题，而提供一种可升降式纸箱货物自动化码垛设备。本发明要设计一种自动化程度高、结构简单和码放效率高的可升降自动码垛设备。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种可升降式纸箱货物自动化码垛设备，包括：基础座、平面移动系统、固定托辊、抓取机构升降系统、抓取机构、货物夹紧装置；其中：
7.所述基础座安装于地面或工作平台上，所述平面移动系统安装于基础座上，所述平面移动系统实现抓取机构在工作范围内的x轴与y轴移动，所述固定托辊安装于基础座的前端，所述抓取机构升降系统安装于平面移动系统上，所述抓取机构升降系统实现抓取机构在工作范围内的z轴移动，所述抓取机构安装于基础座内部并与抓取机构升降系统相连，所述货物夹紧装置安装于基础座内部侧面，所述货物夹紧装置对码垛后的货物进行夹紧。
8.进一步地，所述平面移动系统包括平面移动系统安装板、第一减速器、x向齿轮驱动电机、y向齿轮驱动电机、x向移动滑块组、y向移动滑块组、x向移动导轨组、y向移动导轨组、x向驱动齿轮、y向驱动齿轮、x向齿条、y向齿条；其中：
9.所述基础座的上部安装有x向移动导轨组，所述第一减速器通过支架安装于平面移动系统安装板底面的一端，所述x向齿轮驱动电机安装于第一减速器的输入端，所述平面移动系统安装板底面上对称设置有两组第一凸台，每组第一凸台有两个，所述x向移动滑块组包括四个安装于第一凸台上的滑块，所述平面移动系统安装板通过x向移动滑块组滑动连接于x向移动导轨组上部，所述y向齿轮驱动电机安装于抓取机构升降系统中的y轴移动安装板上，所述y向移动滑块组包括四个安装于第二凸台上的滑块，所述x向移动导轨组固
定于基础座的上端面，所述y向移动导轨组安装在平面移动系统安装板的顶面，所述y向移动导轨组与抓取机构升降系统中的y轴移动安装板底面的y向移动滑块组滑动连接，所述x向驱动齿轮安装于第一减速器的输出端，所述y向驱动齿轮安装在y向齿轮驱动电机的输出端，所述x向齿条安装于基础座上端的凹槽内，所述x向齿条与x轴驱动齿轮相啮合，所述y向齿条安装于平面移动系统安装板的底面，所述y向驱动齿轮与y向齿轮相啮合。
10.进一步地，所述固定托辊包括固定机架、挡板、光电传感器和传送滚轮；其中：
11.所述传送滚轮等间距安装在固定机架的中部，所述挡板安装在固定机架靠近基础座一端的中部，所述挡板前段安装有光电传感器。
12.进一步地，所述抓取机构升降系统通过y轴移动安装板安装在平面移动系统中的y向移动导轨组上，所述抓取机构升降系统包括y轴移动安装板、刚性链、刚性链驱动电机、第二减速器、抓取机构连接板、旋转齿轮；其中：
13.所述刚性链安装于在y轴移动安装板的上表面，所述刚性链驱动电机安装于第二减速器的输入端，所述第二减速器固定于y轴移动安装板上，所述第二减速器的输出端连接刚性链的输入轴，所述抓取机构连接板安装于刚性链的伸缩端，所述旋转齿轮固定于在抓取机构连接板的底部，所述抓取机构升降系统通过刚性链驱动电机驱动第二减速器从而驱动刚性链的伸缩端伸长缩短来实现抓取机构在工作范围内的z轴移动。
14.进一步地，所述抓取机构安装于抓取机构升降系统的抓取机构安装板上，所述抓取机构包括抓取机构安装板、旋转驱动电机、旋转驱动齿轮、主动杆、驱动齿轮、联动齿轮、从动杆、连杆、抓取机构夹板；其中：
15.所述抓取机构安装板上设置有用于安装主动杆、连杆的第三凸台，所述旋转驱动电机安装与抓取机构安装板的侧面，所述旋转驱动齿轮安装于旋转驱动电机的输出端且与抓取机构升降系统中的旋转齿轮相啮合，所述主动杆共两个且均安装于第三凸台上，所述驱动齿轮与一个主动杆相连，所述联动齿轮与另一个主动杆相连，所述从动杆安装于抓取机构安装板上，所述连杆与主动杆和从动杆相连接并组成平行四边形的平面连杆机构，所述抓取机构夹板安装于连杆的末端。
16.进一步地，所述货物夹紧装置包括电动推杆和夹板，所述电动推杆的数量为四，四个所述电动推杆安装于基础座内侧的对角线上，所述夹板与电动推杆相连。
17.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
18.本发明抓取机构在x向、y向采用齿轮齿条驱动机构，在z向采用刚性链驱动机构，分别实现了水平、垂直方向上的快速移动。因而对于集装箱货物的码垛作业，在货物托盘固定不动的情况下，本发明可以快速地实现码垛作业，并且具有制造与维修成本低、可靠性高的特点。
19.本发明使用刚性链来实现抓取机构的快速升降，具有占用空间小、响应速度快、高负载的特点，适用于多种货物的快速抓取与运送。
20.本发明基于刚性链机构实现货物的码放，具有设备结构简单、货物码放位置精度高的特点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明可升降自动码垛设备结构示意图。
23.图2为本发明平面移动系统结构示意图。
24.图3为本发明固定托辊结构示意图。
25.图4为本发明抓取机构升降系统结构示意图。
26.图5为本发明抓取机构结构示意图。
27.图中：1、基础座；2、平面移动系统；3、固定托辊；4、抓取机构升降系统；5、抓取机构；6、货物夹紧装置；21、平面移动系统安装板；22、第一减速器；23、x向齿轮驱动电机；24、y向齿轮驱动电机；25、x向移动滑块组；26、y向移动滑块组；27、x向移动导轨组；28、y向移动导轨组；29、x向驱动齿轮；210、y向驱动齿轮；211、x向齿条；212、y向齿条；31、固定机架；32、挡板；33、光电传感器；34、传送滚轮；35、电机；41、y轴移动安装板；42、刚性链；43、刚性链驱动电机；44、第二减速器；45、抓取机构连接板；46、旋转齿轮；51、抓取机构安装板；52、旋转驱动电机；53、旋转驱动齿轮；54、主动杆；55、驱动齿轮；56、联动齿轮；57、从动杆；58、连杆；59、抓取机构夹板；61、电动推杆；62、夹板。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、
垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
33.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
34.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
35.如图1-5所示，本发明提供了一种可升降式纸箱货物自动化码垛设备，包括基础座1、平面移动系统2、固定托辊3、抓取机构升降系统4、抓取机构5、货物夹紧装置6。以平面移动系统安装板21的短边方向为x轴，以平面移动系统安装板21的长边方向为y轴，以刚性链伸缩端运动方向为z轴。
36.所述基础座1安装于地面或工作平台上。基础座1实现对其他系统与结构的支撑以及安装。
37.所述平面移动系统2通过x向移动导轨组27安装于基础座1的上部。所述平面移动系统2包括平面移动系统安装板21、第一减速器22、x向齿轮驱动电机23、y向齿轮驱动电机24、x向移动滑块组25、y向移动滑块组26、x向移动导轨组27、y向移动导轨组28、x向驱动齿轮29、y向驱动齿轮210、x向齿条211、y向齿条212。所述平面移动系统安装板21底面上共有四个第一凸台，为两个第一凸台为一组对称设置。所述第一减速器22通过支架安装于平面移动系统安装板21底面的一端。所述x向齿轮驱动电机23安装于第一减速器22的输入端。所述y向齿轮驱动电机24安装于抓取机构升降系统4中的y轴移动安装板41上。所述x向移动滑块组25共有四个滑块，其分别安装于平面移动系统安装板21底面的四个第一凸台上。所述y向移动滑块组26共有四个滑块，其分别安装于抓取机构升降系统4中y轴移动安装板41底面的四个第二凸台上。所述x向移动导轨组27通过螺栓固定在基础座1的上端面。所述x向移动导轨组27和平面移动系统安装板21上的x向移动滑块组25相连接。所述y向移动导轨组28安装于平面移动系统安装板21的顶面。所述y向移动导轨组28和抓取机构升降系统4中的y轴移动安装板41底面的y向移动滑块组26相连接。所述x向驱动齿轮29安装于第一减速器22的输出端。所述y向驱动齿轮210安装在y向齿轮驱动电机24的输出端，所述y向驱动齿轮210安装于y向齿轮驱动电机24的输出端。所述x向齿条211安装于基础座1上端的凹槽内。所述x轴驱动齿轮29与x向齿条211相啮合。所述y向齿条212安装于平面移动系统安装板21的底面。所述y向驱动齿轮210与y向齿轮212相啮合。所述平面移动系统2实现抓取机构5在工作范围内的x轴与y轴移动。所述平面移动系统2通过x向齿轮驱动电机23驱动第一减速器22进而驱
动由x向驱动齿轮29和x向齿条211组成的齿轮齿条副运动，从而实现抓取机构5沿x轴的运动，通过y向齿轮驱动电机24驱动由y向驱动齿轮210和y向齿条212组成的齿轮齿条副运动，从而实现抓取机构5沿y轴的运动。
38.所述固定托辊3，安装于基础座1的前端。所述固定托辊3包括固定机架31、挡板32、光电传感器33和传送滚轮34。所述传送滚轮34等间距安装于固定机架31的中间。所述挡板32安装于固定机架31靠近基础座1一端的中间。所述固定托辊3由电机35带动的皮带进行驱动响应速度快。同时在挡板32前段安装光电传感器33，当挡板32处已经有货物等待码垛时，适当减慢固定托辊3的运行速度，防止货物堆积。
39.所述抓取机构升降系统4通过y轴移动安装板41安装于平面移动系统2中的导向杆212上。所述抓取机构升降系统4包括y轴移动安装板41、刚性链42、刚性链驱动电机43、第二减速器44、抓取机构连接板45、旋转齿轮46。所述刚性链42通过螺栓连接在y轴移动安装板41的上表面。所述刚性链驱动电机43安装于第二减速器44的输入端。所述第二减速器44固定在y轴移动安装板41上，且输出端连接刚性链42的输入轴。所述抓取机构连接板45安装于刚性链42伸缩端。所述旋转齿轮46固定安装于抓取机构连接板45底部。所述抓取机构升降系统4通过刚性链驱动电机43驱动第二减速器44从而驱动刚性链42的伸缩端伸长缩短来实现抓取机构5在工作范围内的z轴移动。
40.所述抓取机构5安装于抓取机构升降系统4的抓取机构安装板41上。所述抓取机构5包括抓取机构安装板51、旋转驱动电机52、旋转驱动齿轮53、主动杆54、驱动齿轮55、联动齿轮56、从动杆57、连杆58、抓取机构夹板59。所述抓取机构安装板51上有用于安装主动杆54、连杆58的第三凸台。所述旋转驱动电机52安装于抓取机构安装板51的侧面。所述旋转驱动齿轮53安装于旋转驱动电机52的输出端且与抓取机构升降系统4中的旋转齿轮46啮合。所述主动杆54共两个，均安装于抓取机构安装板的第三凸台上。所述驱动齿轮55与其中之一的主动杆54固连在一起。所述联动齿轮56与另一个主动杆54固连在一起。所述从动杆57安装于抓取机构安装板51上。所述连杆58与主动杆54和从动杆57相连接并组成平行四边形的平面连杆机构。所述抓取机构夹板59安装于连杆58的末端。所述抓取机构5夹取货物时，驱动齿轮55齿轮旋转，同时由于驱动齿轮55和联动齿轮56存在啮合关系，所以联动齿轮56同时开始旋转，旋转方向与驱动齿轮55相反。所述驱动齿轮55、联动齿轮56分别与两个主动杆相连，带动主动杆54以及主动杆54、连杆58、从动杆58组成的平行四边形平面连杆机构运动，安装于连杆58末端的两个抓取机构夹板59同时合拢，夹紧货物进行码垛。所述抓取机构5需要旋转时，旋转驱动电机52驱动旋转驱动齿轮53转动，由于旋转驱动齿轮53与抓取机构升降系统4中的旋转齿轮46啮合，且旋转齿轮46固定在抓取机构连接板45的底部，所以旋转驱动齿轮53会带动抓取机构5围绕旋转齿轮46转动来调整抓取机构5码垛货物时的方向。
41.所述货物夹紧装置6安装于基础座1的侧面。所述货物夹紧装置6由电动推杆61和夹板62组成。所述电动推杆61共四个，均匀安装于基础座1内侧的对角线上。所述夹板62安装于四个电动推杆61上。所述货物夹紧装置6实现对码垛后的货物进行夹紧的功能。
42.本发明的工作过程如下：
43.1、启动设备，前端传送带或托辊运送货物至固定托辊3上，货物到达挡板32后，光电传感器33接收信号使固定托辊3的运行速度降低。
44.2、抓取机构5从原位启动，x向齿轮驱动电机23和y向齿轮驱动电机24协同运动将
抓取机构5移动至固定托辊3靠近托板的上方，随后刚性链驱动电机43驱动刚性链42使得抓取机构5下降，同时，驱动齿轮55驱动平行四边形平面连杆机构使得抓取机构5张开。
45.3、抓取机构5下降到与货物相同高度后，驱动齿轮55驱动平行四边形平面连杆机构使得抓取机构5闭合，夹住货物。
46.4、夹住货物后，刚性链驱动电机43驱动刚性链42使得抓取机构5上升，上升至当前已码垛货物总高度后，x向齿轮驱动电机23和y向齿轮驱动电机24协同运动将抓取机构5移动至该次放置位置上方。
47.5、刚性链驱动电机43驱动刚性链42使得抓取机构5下降，货物接触到下方货物后，驱动齿轮55驱动平行四边形平面连杆机构使得抓取机构5张开，与货物分开很小的距离后停止张开。
48.6、随后，刚性链驱动电机43驱动刚性链42使得抓取机构5上升，上升至当前已码垛货物总高度后，x向齿轮驱动电机23和y向齿轮驱动电机24协同运动再次将抓取机构5移动至固定托辊3靠近托板的上方。
49.7、在一个托盘码垛完成后，抓取机构5暂停工作，电动推杆61根据码垛货物的宽度推动夹板62行进一定的距离对码垛后的货物进行夹紧。
50.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的范围。