一种单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法
一种单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动码转机，尤其是关于一种用于中小型砖厂的单砖高频自动码转机。
【背景技术】
[0002]随着环保要求的提高，免烧砖逐渐兴起，中小型砖厂广泛采用圆盘式免烧砖机。码砖是砖厂工作中非常重要的环节，现阶段有两种码砖方式，即人工码砖和自动码砖。中小型砖厂的码砖大部分是由人工完成的，由于免烧的粉煤灰水泥砖出砖是一块一块出的，出砖速度较快，人工码砖需要工人能够快速准确地拿起出砖口的砖并放置，由于操作系统是连续的，故需要工人也连续劳作，非常消耗人力，不仅操作过程繁琐复杂，而且效率低下，砖块的码放效率成为制约工厂扩大生产的一项重要因素。
[0003]现有的自动码转机存在如下缺陷:1、码砖机械手不适合中小型砖厂的单砖高频作业，2、采用垛砖机械手将砖坯堆垛于传送带的一侧时，当堆垛到目标高度后，需要工人快速将砖垛移走，保证连续作业的垛砖机械手下次放砖时，目标位置可放置，增加了工人的工作强度；3、堆垛机械手的垛砖方法很多，但针对中小型砖厂的粉煤灰水泥砖一块一块出砖的情况，还没有适合的自动码转机及码砖、垛砖方法。为了解决上述现有的自动码转机存在的问题，本发明人设计了一种新的单砖高频自动码转机，是未来中小型砖厂码砖技术发展的一个重要方向，对实现砖厂的全自动化生产具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于，提供一种新的单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法，所要解决的技术问题是实现:1、码转机械手单砖高频码放砖块到传送带，2、龙门架的垛砖机械手夹取传送带上成排紧密排列的砖坯，3、在传送带两侧分别堆垛出金字塔型的砖垛，提高中小型砖厂的生产效率，非常适于实用。
[0005]本发明是采用以下技术方案及技术措施来实现的。
[0006]本发明提出的一种单砖高频自动码转机，包括码砖机械手、步进传送带以及堆垛龙门架，所述步进传送带的头端靠近制砖设备的出砖口处，所述码转机械手在制砖设备的出砖口与步进传送带之间旋转，将出砖口处水平放置的砖块竖直置于步进传送带上，所述步进传送带与步进电机连接以驱动其从头端向尾端间断运行，每次移动的距离是一块砖的厚度，配合码砖机械手使砖块码放成排紧密排列，所述堆垛龙门架位于步进传送带的z轴正方向，
所述码砖机械手包括升降旋转机构、垂直连接该升降旋转机构的机械手臂以及与该机械手臂前端相连的机械手爪，升降旋转机构是由螺旋斜面啮合以实现升降和旋转同步进行的上下两部分组成，升降旋转机构的底部设有可驱动升降旋转机构绕其轴向旋转进而带动机械手臂及机械手爪随之旋转的第一舵机；机械手爪的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，所述机械手臂末端上设置有驱动机械手爪绕机械手臂轴向旋转90°的第二舵机，在升降旋转机构绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪绕机械手臂轴向旋转90° ;
所述堆垛龙门架包括位于龙门架上的平移机构、架设在平移机构上的升降机构以及垛砖机械手，所述平移机构包括沿I方向平行设置的两个I轴导轨和驱动升降机构在I轴导轨上移动的两个同步带，同步带由第一电机驱动；所述升降机构包括垂直于y轴导轨并由同步带驱动沿I轴导轨移动的两个X轴导轨及垂直架设于X轴导轨并可沿z轴升降的z轴滑轨，所述Z轴滑轨通过支撑架架设在X轴导轨，支撑架由第二电机驱动在X轴导轨上移动，升降机构的初始位置位于y轴导轨和X轴导轨的中部；所述垛砖机械手固定于Z轴滑轨的Z轴反方向端以夹取向X反方向移动的步进传送带上竖直放置的整排砖坯，垛砖机械手由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯，该垛砖机械手通过钢丝绳连接第三电机，钢丝绳拉动其随着Z轴滑轨升降，使垛砖机械手可在x、y、z三个方向移动，将步进传送带上的砖还移至y方向两侧中任一侧的指定位置，升降机构处于初始位置时，垛砖机械手位于自动码转机的步进传送带上。
[0007]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，其中所述码砖机械手的机械手臂的末端设有用于增加其重量的配重。
[0008]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖机械手的两个侧面抓板对称设有均匀的间隙，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。
[0009]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述y轴导轨和X轴导轨上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，用于定位升降机构的初始位置。
[0010]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖机械手的y方向两侧分别设有垛砖位置自适应检测机构，该垛砖位置自适应检测机构包括沿X方向设置的挡板、位于挡板两端并沿Z方向垂直于挡板的两个光杠、分别位于两个光杠上部并套设光杠的两个轴承环及沿垂直光杠方向对称固定在两个轴承环相应位置的两个自适应传感器，该自适应检测机构通过轴承环固定于垛砖机械手，所述光杠顶端是感应传感器的检测平台，两个自适应传感器的感应端相向设置并分别指向两个检测平台，初始状态时，自适应传感器的感应端恰能感应到检测平台。
[0011]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构的初始状态是一侧挡板位于步进传送带的y正方向侧且低于垛砖机械手的底端，另一侧挡板位于步进传送带的y反方向侧且高于垛砖机械手的底端，此时，自适应传感器恰能感应到光杠顶端的检测平台。
[0012]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，当砖坯是从I轴正方向向I轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构的初始状态是一侧挡板位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手的底端，另一侧挡板位于步进传送带的y正方向侧且高于垛砖机械手的底端，此时，自适应传感器恰能感应到光杠顶端的检测平台。
[0013]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖位置自适应检测机构的一侧挡板低于垛砖机械手的底端90mm，另一侧挡板高于垛砖机械手的底端30mm。
[0014]本发明还提出一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，包括如下步骤: 步骤1、初始化码转机械手和堆垛龙门架，码砖机械手置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架的升降机构移至初始位置，垛砖机械手的初始位置位于步进传送带上；
步骤2、码砖机械手的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带头端的同时，机械手爪绕机械手臂轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带的头端，然后码转机械手回到制砖设备的出砖位；
步骤3、步进传送带从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手连续两次向步进传送带放砖的时间间隙，步进传送带移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带，使砖块码放成排紧密排列；
步骤4、在步进传送带y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯
(I )、当步进传送带上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手抓取该m个成排砖坯，在步进传送带I方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带一侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构的传感器信号，控制垛砖机械手松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
(2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
步骤5、在步进传送带y方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯
(1)、当步进传送带上的砖坯数量达到(m-Ι)个时，垛砖机械手抓取步进传送带上(m-Ι)个砖还后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至传送带一侧的第一行砖还第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构的传感器信号，控制垛砖机械手松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
(2)、重复步骤5(I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
步骤6、重复步骤5，在步进传送带y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第(V-1)行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第(V-1)行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走；步骤7、重复步骤4至6，在传送带y方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后 将该V行金字塔型砖垛移走，其中，所述m、N、V为正整数。
[0015]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构位于I正方向侧的挡板低于垛砖机械手的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手的底端；当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构位于I正方向侧的挡板高于垛砖机械手的底端，位于y反方向侧的挡板且低于垛砖机械手的底端。
[0016]与现有技术相比，本发明单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法至少具有下列优点及有益效果:
1、本发明的单砖高频自动码转机全程自动，运行稳定可靠，结构简单，操作方便，占用空间较小，能用于中小型砖厂狭小的厂房空间，解决了中小型砖厂因为场地小，技术落后等因素带来的生产效率低、砖厂利润小的问题，将工人从高强度的作业环境中解放出来，提高了中小型砖厂粉煤灰水泥砖的生产效率和码砖质量，增加了生产收益，每套自动码砖机可节省一线工人3-4人，市场前景广阔； 2、码砖机械手将水平放置的单块砖坯竖直码放于步进传送带，其升降旋转机构实现码砖机械手同步上升和旋转的双重功能，提升了性价比，超声波传感器提高了对砖坯的精准定位水平，达到抓砖精准、转动迅速、排砖整齐的要求；
3、步进传送带停止时刻与码转机械手放砖时刻一致，保证传送带上的砖坯成排紧密排列；
4、堆垛龙门架的升降机构位于龙门架的中部，可在步进传送带两侧堆垛砖坯，并且堆垛的砖坯形状为金字塔型，当一侧砖坯堆垛好后，堆垛机械手向步进传送带另一侧堆垛砖坯，方便人工移走已经堆垛好的一侧砖垛，提高工作效率，砖坯堆垛为金字塔形状稳定牢固，不易倒塌，垛砖机械手的外侧设有垛砖位置自适应检测机构，可自适应定位垛砖位置，在I轴导轨和X轴导轨上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，定位升降机构的初始位置。
【附图说明】
[0017]图1是本发明码砖机械手的结构示意图。
[0018]图2是本发明码砖机械手码的砖示意图。
[0019]图3是图2的俯视图。
[0020]图4是本发明单砖高频自动码转机的整体结构示意图。
[0021]图5是图4中A处的放大示意图。
[0022]图6是图5中垛砖位置自适应检测机构的示意图。
[0023]1:码转机械手，11:升降旋转机构，111:螺旋斜面，112:第一舵机，12:机械手臂，121:配重，13:机械手爪，2:步进传送带，3:堆垛龙门架，31:平移机构，311:y轴导轨，312:同步带，313:第一电机，32:升降机构，321:x轴导轨，322:z轴滑轨，323:支撑架，324:第二电机，33:垛砖机械手，34:垛砖位置自适应检测机构，341:挡板，3411:—侧挡板，3412 ??另一侧挡板，342:光杠，343:轴承环，344:自适应传感器，345:检测平台，346:传感器支架，4:砖还，5:出砖圆盘。
【具体实施方式】
[0024]本发明的单砖高频自动码转机主要适用于中小型砖厂，中小型砖厂广泛采用圆盘式免烧砖机，出砖位是在出砖口旋转的出砖圆盘上，如图4所示，该单砖高频自动码转机包括码砖机械手1、步进传送带2以及堆垛龙门架3。所述步进传送带I的头端靠近制砖设备出砖口的出砖圆盘5处，码转机械手I在出砖圆盘5与步进传送带2之间旋转，将出砖圆盘5上水平放置的砖坯4抓起并平稳竖直放置于步进传送带2上，步进传送带2从头端向尾端间断运行，配合码砖机械手I使砖坯4紧密排列码放成排，堆垛龙门架3位于步进传送带2的z轴正方向，当砖还4累积达到指定数目时，垛砖机械手33抓起步进传送带2上的整排砖坯4并堆垛于步进传送带2的y方向两侧中的任一侧固定工位的托盘上，按序列摆放堆垛成型。
[0025]本发明的核心是:1)码砖机械手的高频码砖，2)步进传送带成排紧密排列砖坯，3)垛砖机械手整排抓取砖坯后放置于传送带I方向两侧中任一侧的工位，以及4)垛砖位置自适应检测机构对垛砖时刻的自适应准确控制。
[0026]—、码砖机械手
如图1所示，是本发明码砖机械手的结构示意图。本发明的码砖机械手I包括升降旋转机构11、垂直连接该升降旋转机构11的机械手臂12以及与该机械手臂12前端相连的机械手爪13。所述机械手臂12的末端设有用于增加其重量的配重121。
[0027]该升降旋转机构11包括上下两部分，该上下两部分通过螺旋斜面111啮合以实现升降和旋转同步进行，升降旋转机构11的底部设有第一舵机112，可驱动升降旋转机构11绕其轴向旋转，与此同时，通过螺旋斜面111实现整体的升降，进而带动机械手臂12及机械手爪13随之旋转升降。较佳的，所述第一舵机112可以是大扭力金属齿模拟舵机SM-8330M。
[0028]如图2所示，为本发明码砖机械手码砖示意图。在第一舵机112的驱动下，升降旋转机构11通过螺旋斜面111升降的同时绕其轴向旋转90°，恰能将出砖圆盘5平放的砖坯4竖直置于自动码转机的步进传送带2头端。
[0029]机械手爪13是由第二舵机驱动的曲柄滑块完成夹砖与放砖的动作。机械手爪13的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，机械手臂12末端设置有驱动机械手爪绕机械手臂轴向旋转90°的第三舵机，如图3所示，是图2的俯视图，在升降旋转机构11绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪13绕机械手臂12轴向同步旋转90°。
[0030]二、步进传送带
步进传送带2由步进电机驱动其从头端向尾端间断运行，运行方向是X轴反方向，码砖机械手I放砖时，步进传送带2停止运行，在码砖机械手I连续两次放砖之间的时间间隙里，步进传送带2移动一块砖厚度的距离，当下一次放砖时，步进传送带2又停止转动，使两次放砖砖坯4在步进传送带2上紧密排列，配合码砖机械手I使砖块紧密排列码放成排。
[0031]三、堆垛龙门架
如图4，是本发明单砖高频自动码转机的整体结构示意图。堆垛龙门架3采用xyz三轴直角坐标系，堆垛龙门架3包括位于龙门架上的平移机构31、架设在平移机构31上的升降机构32以及垛砖机械手33。堆垛龙门架的各部分都与控制系统连接，由控制系统对其进行控制。
[0032]具体的，所述平移机构31包括沿y方向平行设置的两个y轴导轨311和驱动升降机构32在y轴导轨311上移动的两个同步带312，同步带312由第一电机313驱动。由于y方向移动的行程较长，同步带312具有精确同步传动的特点，能精确控制微小距离进给，传动效率高，因此，选用同步带实现垛砖机械手在y方向的来回运动。
[0033]所述升降机构32包括垂直于y轴导轨311并由同步带312驱动沿y轴导轨311移动的两个X轴导轨321及垂直架设于X轴导轨321并可沿Z轴升降的Z轴滑轨322，所述z轴滑轨322通过支撑架323架设在X轴导轨321，支撑架323是用厚为4mm的钢板焊接成的空心长方体，支撑架323由第二电机324驱动在X轴导轨321上移动，通过立式固定架与z轴滑轨322固定连接。升降机构32的初始位置位于y轴导轨311和X轴导轨321的中部，在I轴导轨311和X轴导轨321上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，该两个位置传感器分别与控制系统连接，用于定位升降机构32的初始位置，当升降机构32移动至中部时，第一位置传感器和第二位置传感器将检测到的信号传递到控制系统，由控制系统控制第一电机313和第二电机324停止运行，即同步带312停止运行，使升降机构32停止在X轴导轨321和y轴导轨311的中部。
[0034]所述垛砖机械手33固定于z轴滑轨322的z轴反方向端以夹取步进传送带2上沿X轴反方向依次竖直放置的整排砖坯4，垛砖机械手33由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯4，垛砖机械手33通过钢丝绳连接第三电机控制垛砖机械手33升降运动，第三电机固定于支撑架323中间的空心处。所述与垛砖机械手33连接的z轴滑轨322目的是稳定垛砖机械手33的位置，确保垛砖机械手33不会左右、前后晃动，z轴滑轨可322为4个，钢丝绳拉动垛砖机械手33随着z轴滑轨322升降，同时，升降机构32可以沿x轴导轨321和I轴导轨311移动，使垛砖机械手33可在X、γ、z轴三个方向移动，将步进传送带2上的砖坯4整排移至步进传送带2的y轴正方向或反方向任一侧的指定位置，按序列摆放堆垛成金字塔型，升降机构32处于初始 位置时，垛砖机械手33位于自动码转机的步进传送带2上。
[0035]较佳的，垛砖机械手33的y方向的两个侧面抓板设有均匀的间隙且两个抓板的间隙沿X轴方向对称设置，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。设计成此种有均匀间隙的板面结构是综合考虑了砖的尺寸大小微量变化对抓取效果的影响，可有效防止砖与砖之间的受力不均等问题。
[0036]所述垛砖机械手33的y方向两侧的两个侧面抓板外侧分别设有垛砖位置自适应检测机构34，图5是图4中A处的放大示意图，图6是图5中垛砖位置自适应检测机构的示意图。如图5、图6所示，该垛砖位置自适应检测机构34包括沿X方向设置的挡板341、位于挡板341两端并沿z轴方向垂直于挡板341的两个光杠342、分别位于两个光杠342上部并套设光杠342的两个轴承环343及沿垂直光杠342方向对称固定在两个轴承环343相应位置的两个自适应传感器344，该自适应传感器344通过L型的传感器支架346固定于轴承环，该检测机构34通过轴承环343固定在垛砖机械手33上，所述光杠342的顶端是感应该自适应传感器344的检测平台345，两个自适应传感器344的感应端相向设置并分别指向两个检测平台345，定义初始状态是自适应传感器344的感应端恰能感应到检测平台345。
[0037]在初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411低于垛砖机械手33的底端且自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。当垛砖机械手33移动到目标位置时，挡板3411比垛砖机械手33先接触地面，随着垛砖机械手33向z轴反方向下降，挡板3411带动光杠342沿着轴承环343向z轴正方向移动，中断检测平台345与传感器344感应端的感应信号，通过控制系统控制垛砖机械手33张开以放置砖坯4。
[0038]在初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的另一侧挡板3412高于垛砖机械手33的底端且自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。当垛砖机械手33移动到目标位置时，在垛砖机械手33接触平面之前，挡板3412先接触到相邻位置已经堆垛好的砖坯，随着垛砖机械手33向z轴反方向下降，挡板3412带动光杠342沿着轴承环343向z轴正方向移动，中断检测平台345与传感器344感应端的感应信号，通过控制系统控制垛砖机械手33张开以放置砖坯4。
[0039]在本发明的一个较佳实施例中，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411位于步进传送带的y正方向侧且低于垛砖机械手33的底端，另一侧挡板3412位于步进传送带的y反方向侧且高于垛砖机械手33的底端。当砖还是从y轴正方向向y轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手33的底端，另一侧挡板3412位于步进传送带的I正方向侧且高于垛砖机械手33的底端，此时，自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。
[0040]较佳的，初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的两个挡板3411和3412中，一个挡板低于垛砖机械手33的底端90mm，另一个挡板高于垛砖机械手33的底端30mm。[0041 ] 四、砖坯码放堆垛方法
堆垛龙门架的垛砖机械手33位于龙门架中部时，垛砖机械手33恰好可以抓取步进传送带2上的成排砖坯4，步进传送带2上的整排砖坯4是由码转机械手I从出砖圆盘5上将水平放置的砖坯4依次竖直放置于步进传送带2上的。
[0042]定义m、N、V为正整数，上述单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法如下:
步骤1、初始化码转机械手I和堆垛龙门架3，码砖机械手I置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架3的升降机构32移至初始位置，垛砖机械手33的初始位置位于步进传送带2上；步骤2、码砖机械手I的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手I迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构11绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带2头端的同时，机械手爪13绕机械手臂12轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带2的头端，然后码转机械手I回到制砖设备的出砖位；
步骤3、步进传送带2从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手I连续两次向步进传送带2放砖的时间间隙，步进传送带2移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带2，使砖块码放成排紧密排列；
步骤4、在步进传送带2的y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯(I )、当步进传送带2上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手33抓取该m个成排砖坯，在步进传送带2y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至传步进送带2 —侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构34的传感器信号，控制垛砖机械手33松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
(2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
步骤5、在步进传送带y方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯
(1)、当步进传送带2上的砖坯数量达到(m-Ι)个时，垛砖机械手33抓取步进传送带2上(m-Ι)个砖还后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带2 —侧的第一行砖坯第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构34的传感器信号，控制垛砖机械手33松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
(2)、重复步骤5(I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
步骤6、重复步骤5，在步进传送带2的y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第(V-1)行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第(V-1)行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走；步骤7、重复步骤4至6，在步进传送带2的J方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后将该V行金字塔型砖垛移走。
[0043]较佳的，当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构34位于y正方向侧的挡板低于垛砖机械手33的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手33的底端；当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构34位于y正方向侧的挡板高于垛砖机械手33的底端，位于I反方向侧的挡板且低于垛砖机械手33的底端。
[0044]除了以上描述外，本发明还可以广泛地用在其他实施例中，并且本发明的保护范围并不受实施例的限定，其以权利要求的保护范围为准。任何熟悉本专业的技术人员，依据本发明的技术实质对以上实施例的简单修改，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种单砖高频自动码转机，其特征在于，该单砖高频自动码转机包括码砖机械手(1)、步进传送带(2)以及堆垛龙门架(3)，所述步进传送带(2)的头端靠近制砖设备的出砖口处，所述码转机械手(I)在制砖设备的出砖口与步进传送带(2 )之间旋转，将出砖口处水平放置的砖坯(4)竖直置于步进传送带(2)上，所述步进传送带(2)与步进电机连接以驱动其从头端向尾端间断运行，每次移动的距离是一块砖的厚度，配合码砖机械手(2)使砖坯(4 )码放成排紧密排列，所述堆垛龙门架(3 )位于步进传送带(2 )的z轴正方向， 所述码砖机械手(I)包括升降旋转机构(11 )、垂直连接该升降旋转机构(11)的机械手臂(12)以及与该机械手臂(12)前端相连的机械手爪(13)，升降旋转机构(11)是由螺旋斜面(111)啮合以实现升降和旋转同步进行的上下两部分组成，升降旋转机构(11)的底部设有可驱动升降旋转机构绕其轴向旋转进而带动机械手臂(12)及机械手爪(13)随之旋转的第一舵机(112);机械手爪(13)的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，所述机械手臂(12)末端上设置有驱动机械手爪(13)绕机械手臂(12)轴向旋转90°的第二舵机，在升降旋转机构(11)绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪(13)绕机械手臂(12 )轴向旋转90 ° ; 所述堆垛龙门架(3)包括位于堆垛龙门架上 的平移机构(31)、架设在平移机构(31)上的升降机构(32)以及垛砖机械手(33)，所述平移机构(31)包括沿y方向平行设置的两个y轴导轨(311)和驱动升降机构(32)在y轴导轨(311)上移动的两个同步带(312)，同步带(312)由第一电机(313)驱动；所述升降机构(32)包括垂直于y轴导轨(311)并由同步带(312)驱动沿y轴导轨(311)移动的两个x轴导轨(321)及垂直架设于x轴导轨(321)并可沿z轴升降的z轴滑轨(322)，所述z轴滑轨(322)通过支撑架(323)架设在x轴导轨(321)，支撑架(323)由第二电机(324)驱动在x轴导轨(321)上移动，升降机构(32)的初始位置位于y轴导轨(311)和X轴导轨(321)的中部；所述垛砖机械手(33)固定于z轴滑轨(322)的z轴反方向端以夹取向X反方向移动的步进传送带(2)上竖直放置的整排砖坯(4)，垛砖机械手(33)由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯(4)，该垛砖机械手(33)通过钢丝绳连接第三电机，钢丝绳拉动其随着z轴滑轨(322)升降，使垛砖机械手(33)可在X、y、z三个方向移动，将步进传送带(2)上的砖还(4)移至y方向两侧中任一侧的指定位置，升降机构(32)处于初始位置时，垛砖机械手(33)位于自动码转机的步进传送带(2)上。2.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，其中所述码砖机械手(I)的机械手臂(12)的末端设有用于增加其重量的配重(121)。3.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖机械手(33)的两个侧面抓板对称设有均匀的间隙，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。4.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述y轴导轨(11)和X轴导轨(21)上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，用于定位升降机构(32)的初始位置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖机械手(33)的y方向两侧分别设有垛砖位置自适应检测机构(34)，该垛砖位置自适应检测机构(34)包括沿X方向设置的挡板(341)、位于挡板(341)两端并沿z方向垂直于挡板(341)的两个光杠(342)、分别位于两个光杠(342)上部并套设光杠(342)的两个轴承环(343)及沿垂直光杠(342)方向对称固定在两个轴承环(343)相应位置的两个自适应传感器(344)，该自适应检测机构(34)通过轴承环(343)固定于垛砖机械手(33)，所述光杠(342)顶端是感应传感器的检测平台(345 )，两个自适应传感器(344 )的感应端相向设置并分别指向两个检测平台(345)，初始状态时，自适应传感器(344)的感应端恰能感应到检测平台(345)。6.根据权利要求5所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构(34)的初始状态是一侧挡板(3411)位于步进传送带的I正方向侧且低于垛砖机械手(33)的底端，另一侧挡板(3412)位于步进传送带的I反方向侧且高于垛砖机械手(33)的底端，此时，自适应传感器(344)恰能感应到光杠(342)顶端的检测平台(345)。7.根据权利要求5所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，当砖坯是从y轴正方向向y轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构(34)的初始状态是一侧挡板(3411)位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手(33)的底端，另一侧挡板(3412)位于步进传送带的y正方向侧且高于垛砖机械手(33)的底端，此时，自适应传感器(344)恰能感应到光杠(342)顶端的检测平台(345)。8.根据权利要求6或7所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖位置自适应检测机构(34)的一侧挡板(3411)低于垛砖机械手(33)的底端90mm，另一侧挡板(3412)高于垛砖机械手(33)的底端30mm。9.一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，其特征在于，该砖坯码放堆垛方法包括如下步骤: 步骤1、初始化码转机械手(I)和堆垛龙门架(3)，码砖机械手(I)置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架(3)的升降机构(32)移至初始位置，垛砖机械手(33)的初始位置位于步进传送带(2)上； 步骤2、码砖机械手(I)的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手(I)迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构(11)绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带(2)头端的同时，机械手爪(13)绕机械手臂(12)轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带(2)的头端，然后码转机械手(I)回到制砖设备的出砖位； 步骤3、步进传送带(2)从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手(I)连续两次向步进传送带(2)放砖的时间间隙，步进传送带(2)移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带(2)，使砖块码放成排紧密排列； 步骤4、在步进传送带(2) y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯(I )、当步进传送带(2)上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手(33)抓取该m个成排砖坯，在步进传送带(2) y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带(2)—侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构(34)的传感器信号，控制垛砖机械手(33)松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； (2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； 步骤5、在步进传送带J方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯 (I )、当步进传送带(2)上的砖坯数量达到m-Ι个时，垛砖机械手(33)抓取步进传送带(2)上m-1个砖还后沿z轴正方向上升，再沿Y轴正方向移至步进传送带(2)—侧的第一行砖坯第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构(34)的传感器信号，控制垛砖机械手(33)松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； (2)、重复步骤5( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； 步骤6、重复步骤5，在步进传送带(2)y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第V-1行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第V-1行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走； 步骤7、重复步骤4至6，在步进传送带(2) y方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后将该V行金字塔型砖垛移走，其中，所述m、N、V为正整数。10.根据权利要求9所述的一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，其特征在于，当所述第N列砖坯位于第N-1列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构(34)位于y正方向侧的挡板低于垛砖机械手(33)的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手(33)的底端；当所述第N列砖坯位于第N-1列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构(34)位于y正方向侧的挡板高于垛砖机械手(33)的底端，位于y反方向侧的挡板且低于垛砖机械手(33)的底端。
【专利摘要】本发明公开一种单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法，该码转机包括码砖机械手、步进传送带以及堆垛龙门架，步进传送带的头端靠近制砖设备的出砖口处，码转机械手在制砖设备的出砖口与步进传送带之间旋转，将出砖口处水平放置的砖坯竖直置于步进传送带上，所述堆垛龙门架位于步进传送带的z轴正方向，包括平移机构、架设在平移机构上的升降机构以及垛砖机械手，升降机构的初始位置位于y轴导轨和x轴导轨的中部，本发明全程自动，运行稳定可靠，堆垛龙门架的升降机构位于龙门架的中部，在传送带两侧分别堆垛出金字塔型的砖垛，垛砖机械手的外侧设有垛砖位置自适应检测机构，可自适应定位垛砖位置，提高中小型砖厂的生产效率。
【IPC分类】B65G57/20, B65G61/00
【公开号】CN104891196
【申请号】CN201510311025
【发明人】杨海军, 常云鹏, 张丽洁, 何毅仁, 张志航, 杨德芹
【申请人】洛阳理工学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动码转机，尤其是关于一种用于中小型砖厂的单砖高频自动码转机。
【背景技术】
[0002]随着环保要求的提高，免烧砖逐渐兴起，中小型砖厂广泛采用圆盘式免烧砖机。码砖是砖厂工作中非常重要的环节，现阶段有两种码砖方式，即人工码砖和自动码砖。中小型砖厂的码砖大部分是由人工完成的，由于免烧的粉煤灰水泥砖出砖是一块一块出的，出砖速度较快，人工码砖需要工人能够快速准确地拿起出砖口的砖并放置，由于操作系统是连续的，故需要工人也连续劳作，非常消耗人力，不仅操作过程繁琐复杂，而且效率低下，砖块的码放效率成为制约工厂扩大生产的一项重要因素。
[0003]现有的自动码转机存在如下缺陷:1、码砖机械手不适合中小型砖厂的单砖高频作业，2、采用垛砖机械手将砖坯堆垛于传送带的一侧时，当堆垛到目标高度后，需要工人快速将砖垛移走，保证连续作业的垛砖机械手下次放砖时，目标位置可放置，增加了工人的工作强度；3、堆垛机械手的垛砖方法很多，但针对中小型砖厂的粉煤灰水泥砖一块一块出砖的情况，还没有适合的自动码转机及码砖、垛砖方法。为了解决上述现有的自动码转机存在的问题，本发明人设计了一种新的单砖高频自动码转机，是未来中小型砖厂码砖技术发展的一个重要方向，对实现砖厂的全自动化生产具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于，提供一种新的单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法，所要解决的技术问题是实现:1、码转机械手单砖高频码放砖块到传送带，2、龙门架的垛砖机械手夹取传送带上成排紧密排列的砖坯，3、在传送带两侧分别堆垛出金字塔型的砖垛，提高中小型砖厂的生产效率，非常适于实用。
[0005]本发明是采用以下技术方案及技术措施来实现的。
[0006]本发明提出的一种单砖高频自动码转机，包括码砖机械手、步进传送带以及堆垛龙门架，所述步进传送带的头端靠近制砖设备的出砖口处，所述码转机械手在制砖设备的出砖口与步进传送带之间旋转，将出砖口处水平放置的砖块竖直置于步进传送带上，所述步进传送带与步进电机连接以驱动其从头端向尾端间断运行，每次移动的距离是一块砖的厚度，配合码砖机械手使砖块码放成排紧密排列，所述堆垛龙门架位于步进传送带的z轴正方向，
所述码砖机械手包括升降旋转机构、垂直连接该升降旋转机构的机械手臂以及与该机械手臂前端相连的机械手爪，升降旋转机构是由螺旋斜面啮合以实现升降和旋转同步进行的上下两部分组成，升降旋转机构的底部设有可驱动升降旋转机构绕其轴向旋转进而带动机械手臂及机械手爪随之旋转的第一舵机；机械手爪的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，所述机械手臂末端上设置有驱动机械手爪绕机械手臂轴向旋转90°的第二舵机，在升降旋转机构绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪绕机械手臂轴向旋转90° ;
所述堆垛龙门架包括位于龙门架上的平移机构、架设在平移机构上的升降机构以及垛砖机械手，所述平移机构包括沿I方向平行设置的两个I轴导轨和驱动升降机构在I轴导轨上移动的两个同步带，同步带由第一电机驱动；所述升降机构包括垂直于y轴导轨并由同步带驱动沿I轴导轨移动的两个X轴导轨及垂直架设于X轴导轨并可沿z轴升降的z轴滑轨，所述Z轴滑轨通过支撑架架设在X轴导轨，支撑架由第二电机驱动在X轴导轨上移动，升降机构的初始位置位于y轴导轨和X轴导轨的中部；所述垛砖机械手固定于Z轴滑轨的Z轴反方向端以夹取向X反方向移动的步进传送带上竖直放置的整排砖坯，垛砖机械手由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯，该垛砖机械手通过钢丝绳连接第三电机，钢丝绳拉动其随着Z轴滑轨升降，使垛砖机械手可在x、y、z三个方向移动，将步进传送带上的砖还移至y方向两侧中任一侧的指定位置，升降机构处于初始位置时，垛砖机械手位于自动码转机的步进传送带上。
[0007]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，其中所述码砖机械手的机械手臂的末端设有用于增加其重量的配重。
[0008]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖机械手的两个侧面抓板对称设有均匀的间隙，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。
[0009]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述y轴导轨和X轴导轨上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，用于定位升降机构的初始位置。
[0010]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖机械手的y方向两侧分别设有垛砖位置自适应检测机构，该垛砖位置自适应检测机构包括沿X方向设置的挡板、位于挡板两端并沿Z方向垂直于挡板的两个光杠、分别位于两个光杠上部并套设光杠的两个轴承环及沿垂直光杠方向对称固定在两个轴承环相应位置的两个自适应传感器，该自适应检测机构通过轴承环固定于垛砖机械手，所述光杠顶端是感应传感器的检测平台，两个自适应传感器的感应端相向设置并分别指向两个检测平台，初始状态时，自适应传感器的感应端恰能感应到检测平台。
[0011]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构的初始状态是一侧挡板位于步进传送带的y正方向侧且低于垛砖机械手的底端，另一侧挡板位于步进传送带的y反方向侧且高于垛砖机械手的底端，此时，自适应传感器恰能感应到光杠顶端的检测平台。
[0012]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，当砖坯是从I轴正方向向I轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构的初始状态是一侧挡板位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手的底端，另一侧挡板位于步进传送带的y正方向侧且高于垛砖机械手的底端，此时，自适应传感器恰能感应到光杠顶端的检测平台。
[0013]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机，所述垛砖位置自适应检测机构的一侧挡板低于垛砖机械手的底端90mm，另一侧挡板高于垛砖机械手的底端30mm。
[0014]本发明还提出一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，包括如下步骤: 步骤1、初始化码转机械手和堆垛龙门架，码砖机械手置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架的升降机构移至初始位置，垛砖机械手的初始位置位于步进传送带上；
步骤2、码砖机械手的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带头端的同时，机械手爪绕机械手臂轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带的头端，然后码转机械手回到制砖设备的出砖位；
步骤3、步进传送带从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手连续两次向步进传送带放砖的时间间隙，步进传送带移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带，使砖块码放成排紧密排列；
步骤4、在步进传送带y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯
(I )、当步进传送带上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手抓取该m个成排砖坯，在步进传送带I方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带一侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构的传感器信号，控制垛砖机械手松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
(2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
步骤5、在步进传送带y方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯
(1)、当步进传送带上的砖坯数量达到(m-Ι)个时，垛砖机械手抓取步进传送带上(m-Ι)个砖还后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至传送带一侧的第一行砖还第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构的传感器信号，控制垛砖机械手松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
(2)、重复步骤5(I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构及垛砖机械手回至初始位置；
步骤6、重复步骤5，在步进传送带y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第(V-1)行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第(V-1)行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走；步骤7、重复步骤4至6，在传送带y方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后 将该V行金字塔型砖垛移走，其中，所述m、N、V为正整数。
[0015]较佳的，前述一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构位于I正方向侧的挡板低于垛砖机械手的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手的底端；当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构位于I正方向侧的挡板高于垛砖机械手的底端，位于y反方向侧的挡板且低于垛砖机械手的底端。
[0016]与现有技术相比，本发明单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法至少具有下列优点及有益效果:
1、本发明的单砖高频自动码转机全程自动，运行稳定可靠，结构简单，操作方便，占用空间较小，能用于中小型砖厂狭小的厂房空间，解决了中小型砖厂因为场地小，技术落后等因素带来的生产效率低、砖厂利润小的问题，将工人从高强度的作业环境中解放出来，提高了中小型砖厂粉煤灰水泥砖的生产效率和码砖质量，增加了生产收益，每套自动码砖机可节省一线工人3-4人，市场前景广阔； 2、码砖机械手将水平放置的单块砖坯竖直码放于步进传送带，其升降旋转机构实现码砖机械手同步上升和旋转的双重功能，提升了性价比，超声波传感器提高了对砖坯的精准定位水平，达到抓砖精准、转动迅速、排砖整齐的要求；
3、步进传送带停止时刻与码转机械手放砖时刻一致，保证传送带上的砖坯成排紧密排列；
4、堆垛龙门架的升降机构位于龙门架的中部，可在步进传送带两侧堆垛砖坯，并且堆垛的砖坯形状为金字塔型，当一侧砖坯堆垛好后，堆垛机械手向步进传送带另一侧堆垛砖坯，方便人工移走已经堆垛好的一侧砖垛，提高工作效率，砖坯堆垛为金字塔形状稳定牢固，不易倒塌，垛砖机械手的外侧设有垛砖位置自适应检测机构，可自适应定位垛砖位置，在I轴导轨和X轴导轨上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，定位升降机构的初始位置。
【附图说明】
[0017]图1是本发明码砖机械手的结构示意图。
[0018]图2是本发明码砖机械手码的砖示意图。
[0019]图3是图2的俯视图。
[0020]图4是本发明单砖高频自动码转机的整体结构示意图。
[0021]图5是图4中A处的放大示意图。
[0022]图6是图5中垛砖位置自适应检测机构的示意图。
[0023]1:码转机械手，11:升降旋转机构，111:螺旋斜面，112:第一舵机，12:机械手臂，121:配重，13:机械手爪，2:步进传送带，3:堆垛龙门架，31:平移机构，311:y轴导轨，312:同步带，313:第一电机，32:升降机构，321:x轴导轨，322:z轴滑轨，323:支撑架，324:第二电机，33:垛砖机械手，34:垛砖位置自适应检测机构，341:挡板，3411:—侧挡板，3412 ??另一侧挡板，342:光杠，343:轴承环，344:自适应传感器，345:检测平台，346:传感器支架，4:砖还，5:出砖圆盘。
【具体实施方式】
[0024]本发明的单砖高频自动码转机主要适用于中小型砖厂，中小型砖厂广泛采用圆盘式免烧砖机，出砖位是在出砖口旋转的出砖圆盘上，如图4所示，该单砖高频自动码转机包括码砖机械手1、步进传送带2以及堆垛龙门架3。所述步进传送带I的头端靠近制砖设备出砖口的出砖圆盘5处，码转机械手I在出砖圆盘5与步进传送带2之间旋转，将出砖圆盘5上水平放置的砖坯4抓起并平稳竖直放置于步进传送带2上，步进传送带2从头端向尾端间断运行，配合码砖机械手I使砖坯4紧密排列码放成排，堆垛龙门架3位于步进传送带2的z轴正方向，当砖还4累积达到指定数目时，垛砖机械手33抓起步进传送带2上的整排砖坯4并堆垛于步进传送带2的y方向两侧中的任一侧固定工位的托盘上，按序列摆放堆垛成型。
[0025]本发明的核心是:1)码砖机械手的高频码砖，2)步进传送带成排紧密排列砖坯，3)垛砖机械手整排抓取砖坯后放置于传送带I方向两侧中任一侧的工位，以及4)垛砖位置自适应检测机构对垛砖时刻的自适应准确控制。
[0026]—、码砖机械手
如图1所示，是本发明码砖机械手的结构示意图。本发明的码砖机械手I包括升降旋转机构11、垂直连接该升降旋转机构11的机械手臂12以及与该机械手臂12前端相连的机械手爪13。所述机械手臂12的末端设有用于增加其重量的配重121。
[0027]该升降旋转机构11包括上下两部分，该上下两部分通过螺旋斜面111啮合以实现升降和旋转同步进行，升降旋转机构11的底部设有第一舵机112，可驱动升降旋转机构11绕其轴向旋转，与此同时，通过螺旋斜面111实现整体的升降，进而带动机械手臂12及机械手爪13随之旋转升降。较佳的，所述第一舵机112可以是大扭力金属齿模拟舵机SM-8330M。
[0028]如图2所示，为本发明码砖机械手码砖示意图。在第一舵机112的驱动下，升降旋转机构11通过螺旋斜面111升降的同时绕其轴向旋转90°，恰能将出砖圆盘5平放的砖坯4竖直置于自动码转机的步进传送带2头端。
[0029]机械手爪13是由第二舵机驱动的曲柄滑块完成夹砖与放砖的动作。机械手爪13的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，机械手臂12末端设置有驱动机械手爪绕机械手臂轴向旋转90°的第三舵机，如图3所示，是图2的俯视图，在升降旋转机构11绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪13绕机械手臂12轴向同步旋转90°。
[0030]二、步进传送带
步进传送带2由步进电机驱动其从头端向尾端间断运行，运行方向是X轴反方向，码砖机械手I放砖时，步进传送带2停止运行，在码砖机械手I连续两次放砖之间的时间间隙里，步进传送带2移动一块砖厚度的距离，当下一次放砖时，步进传送带2又停止转动，使两次放砖砖坯4在步进传送带2上紧密排列，配合码砖机械手I使砖块紧密排列码放成排。
[0031]三、堆垛龙门架
如图4，是本发明单砖高频自动码转机的整体结构示意图。堆垛龙门架3采用xyz三轴直角坐标系，堆垛龙门架3包括位于龙门架上的平移机构31、架设在平移机构31上的升降机构32以及垛砖机械手33。堆垛龙门架的各部分都与控制系统连接，由控制系统对其进行控制。
[0032]具体的，所述平移机构31包括沿y方向平行设置的两个y轴导轨311和驱动升降机构32在y轴导轨311上移动的两个同步带312，同步带312由第一电机313驱动。由于y方向移动的行程较长，同步带312具有精确同步传动的特点，能精确控制微小距离进给，传动效率高，因此，选用同步带实现垛砖机械手在y方向的来回运动。
[0033]所述升降机构32包括垂直于y轴导轨311并由同步带312驱动沿y轴导轨311移动的两个X轴导轨321及垂直架设于X轴导轨321并可沿Z轴升降的Z轴滑轨322，所述z轴滑轨322通过支撑架323架设在X轴导轨321，支撑架323是用厚为4mm的钢板焊接成的空心长方体，支撑架323由第二电机324驱动在X轴导轨321上移动，通过立式固定架与z轴滑轨322固定连接。升降机构32的初始位置位于y轴导轨311和X轴导轨321的中部，在I轴导轨311和X轴导轨321上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，该两个位置传感器分别与控制系统连接，用于定位升降机构32的初始位置，当升降机构32移动至中部时，第一位置传感器和第二位置传感器将检测到的信号传递到控制系统，由控制系统控制第一电机313和第二电机324停止运行，即同步带312停止运行，使升降机构32停止在X轴导轨321和y轴导轨311的中部。
[0034]所述垛砖机械手33固定于z轴滑轨322的z轴反方向端以夹取步进传送带2上沿X轴反方向依次竖直放置的整排砖坯4，垛砖机械手33由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯4，垛砖机械手33通过钢丝绳连接第三电机控制垛砖机械手33升降运动，第三电机固定于支撑架323中间的空心处。所述与垛砖机械手33连接的z轴滑轨322目的是稳定垛砖机械手33的位置，确保垛砖机械手33不会左右、前后晃动，z轴滑轨可322为4个，钢丝绳拉动垛砖机械手33随着z轴滑轨322升降，同时，升降机构32可以沿x轴导轨321和I轴导轨311移动，使垛砖机械手33可在X、γ、z轴三个方向移动，将步进传送带2上的砖坯4整排移至步进传送带2的y轴正方向或反方向任一侧的指定位置，按序列摆放堆垛成金字塔型，升降机构32处于初始 位置时，垛砖机械手33位于自动码转机的步进传送带2上。
[0035]较佳的，垛砖机械手33的y方向的两个侧面抓板设有均匀的间隙且两个抓板的间隙沿X轴方向对称设置，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。设计成此种有均匀间隙的板面结构是综合考虑了砖的尺寸大小微量变化对抓取效果的影响，可有效防止砖与砖之间的受力不均等问题。
[0036]所述垛砖机械手33的y方向两侧的两个侧面抓板外侧分别设有垛砖位置自适应检测机构34，图5是图4中A处的放大示意图，图6是图5中垛砖位置自适应检测机构的示意图。如图5、图6所示，该垛砖位置自适应检测机构34包括沿X方向设置的挡板341、位于挡板341两端并沿z轴方向垂直于挡板341的两个光杠342、分别位于两个光杠342上部并套设光杠342的两个轴承环343及沿垂直光杠342方向对称固定在两个轴承环343相应位置的两个自适应传感器344，该自适应传感器344通过L型的传感器支架346固定于轴承环，该检测机构34通过轴承环343固定在垛砖机械手33上，所述光杠342的顶端是感应该自适应传感器344的检测平台345，两个自适应传感器344的感应端相向设置并分别指向两个检测平台345，定义初始状态是自适应传感器344的感应端恰能感应到检测平台345。
[0037]在初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411低于垛砖机械手33的底端且自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。当垛砖机械手33移动到目标位置时，挡板3411比垛砖机械手33先接触地面，随着垛砖机械手33向z轴反方向下降，挡板3411带动光杠342沿着轴承环343向z轴正方向移动，中断检测平台345与传感器344感应端的感应信号，通过控制系统控制垛砖机械手33张开以放置砖坯4。
[0038]在初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的另一侧挡板3412高于垛砖机械手33的底端且自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。当垛砖机械手33移动到目标位置时，在垛砖机械手33接触平面之前，挡板3412先接触到相邻位置已经堆垛好的砖坯，随着垛砖机械手33向z轴反方向下降，挡板3412带动光杠342沿着轴承环343向z轴正方向移动，中断检测平台345与传感器344感应端的感应信号，通过控制系统控制垛砖机械手33张开以放置砖坯4。
[0039]在本发明的一个较佳实施例中，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411位于步进传送带的y正方向侧且低于垛砖机械手33的底端，另一侧挡板3412位于步进传送带的y反方向侧且高于垛砖机械手33的底端。当砖还是从y轴正方向向y轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构34的一侧挡板3411位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手33的底端，另一侧挡板3412位于步进传送带的I正方向侧且高于垛砖机械手33的底端，此时，自适应传感器344恰能感应到光杠342顶端的检测平台345。
[0040]较佳的，初始状态时，该垛砖位置自适应检测机构34的两个挡板3411和3412中，一个挡板低于垛砖机械手33的底端90mm，另一个挡板高于垛砖机械手33的底端30mm。[0041 ] 四、砖坯码放堆垛方法
堆垛龙门架的垛砖机械手33位于龙门架中部时，垛砖机械手33恰好可以抓取步进传送带2上的成排砖坯4，步进传送带2上的整排砖坯4是由码转机械手I从出砖圆盘5上将水平放置的砖坯4依次竖直放置于步进传送带2上的。
[0042]定义m、N、V为正整数，上述单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法如下:
步骤1、初始化码转机械手I和堆垛龙门架3，码砖机械手I置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架3的升降机构32移至初始位置，垛砖机械手33的初始位置位于步进传送带2上；步骤2、码砖机械手I的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手I迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构11绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带2头端的同时，机械手爪13绕机械手臂12轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带2的头端，然后码转机械手I回到制砖设备的出砖位；
步骤3、步进传送带2从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手I连续两次向步进传送带2放砖的时间间隙，步进传送带2移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带2，使砖块码放成排紧密排列；
步骤4、在步进传送带2的y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯(I )、当步进传送带2上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手33抓取该m个成排砖坯，在步进传送带2y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至传步进送带2 —侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构34的传感器信号，控制垛砖机械手33松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
(2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
步骤5、在步进传送带y方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯
(1)、当步进传送带2上的砖坯数量达到(m-Ι)个时，垛砖机械手33抓取步进传送带2上(m-Ι)个砖还后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带2 —侧的第一行砖坯第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构34的传感器信号，控制垛砖机械手33松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
(2)、重复步骤5(I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构32及垛砖机械手33回至初始位置；
步骤6、重复步骤5，在步进传送带2的y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第(V-1)行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第(V-1)行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走；步骤7、重复步骤4至6，在步进传送带2的J方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后将该V行金字塔型砖垛移走。
[0043]较佳的，当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构34位于y正方向侧的挡板低于垛砖机械手33的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手33的底端；当所述第N列砖坯位于第(N-1)列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构34位于y正方向侧的挡板高于垛砖机械手33的底端，位于I反方向侧的挡板且低于垛砖机械手33的底端。
[0044]除了以上描述外，本发明还可以广泛地用在其他实施例中，并且本发明的保护范围并不受实施例的限定，其以权利要求的保护范围为准。任何熟悉本专业的技术人员，依据本发明的技术实质对以上实施例的简单修改，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种单砖高频自动码转机，其特征在于，该单砖高频自动码转机包括码砖机械手(1)、步进传送带(2)以及堆垛龙门架(3)，所述步进传送带(2)的头端靠近制砖设备的出砖口处，所述码转机械手(I)在制砖设备的出砖口与步进传送带(2 )之间旋转，将出砖口处水平放置的砖坯(4)竖直置于步进传送带(2)上，所述步进传送带(2)与步进电机连接以驱动其从头端向尾端间断运行，每次移动的距离是一块砖的厚度，配合码砖机械手(2)使砖坯(4 )码放成排紧密排列，所述堆垛龙门架(3 )位于步进传送带(2 )的z轴正方向， 所述码砖机械手(I)包括升降旋转机构(11 )、垂直连接该升降旋转机构(11)的机械手臂(12)以及与该机械手臂(12)前端相连的机械手爪(13)，升降旋转机构(11)是由螺旋斜面(111)啮合以实现升降和旋转同步进行的上下两部分组成，升降旋转机构(11)的底部设有可驱动升降旋转机构绕其轴向旋转进而带动机械手臂(12)及机械手爪(13)随之旋转的第一舵机(112);机械手爪(13)的下方设有检测砖是否到位的超声波传感器，所述机械手臂(12)末端上设置有驱动机械手爪(13)绕机械手臂(12)轴向旋转90°的第二舵机，在升降旋转机构(11)绕其轴向升降旋转的同时，机械手爪(13)绕机械手臂(12 )轴向旋转90 ° ; 所述堆垛龙门架(3)包括位于堆垛龙门架上 的平移机构(31)、架设在平移机构(31)上的升降机构(32)以及垛砖机械手(33)，所述平移机构(31)包括沿y方向平行设置的两个y轴导轨(311)和驱动升降机构(32)在y轴导轨(311)上移动的两个同步带(312)，同步带(312)由第一电机(313)驱动；所述升降机构(32)包括垂直于y轴导轨(311)并由同步带(312)驱动沿y轴导轨(311)移动的两个x轴导轨(321)及垂直架设于x轴导轨(321)并可沿z轴升降的z轴滑轨(322)，所述z轴滑轨(322)通过支撑架(323)架设在x轴导轨(321)，支撑架(323)由第二电机(324)驱动在x轴导轨(321)上移动，升降机构(32)的初始位置位于y轴导轨(311)和X轴导轨(321)的中部；所述垛砖机械手(33)固定于z轴滑轨(322)的z轴反方向端以夹取向X反方向移动的步进传送带(2)上竖直放置的整排砖坯(4)，垛砖机械手(33)由汽缸驱动其合拢与张开以夹取和放置砖坯(4)，该垛砖机械手(33)通过钢丝绳连接第三电机，钢丝绳拉动其随着z轴滑轨(322)升降，使垛砖机械手(33)可在X、y、z三个方向移动，将步进传送带(2)上的砖还(4)移至y方向两侧中任一侧的指定位置，升降机构(32)处于初始位置时，垛砖机械手(33)位于自动码转机的步进传送带(2)上。2.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，其中所述码砖机械手(I)的机械手臂(12)的末端设有用于增加其重量的配重(121)。3.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖机械手(33)的两个侧面抓板对称设有均匀的间隙，相邻间隙的距离是一块砖的厚度。4.根据权利要求1所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述y轴导轨(11)和X轴导轨(21)上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，用于定位升降机构(32)的初始位置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖机械手(33)的y方向两侧分别设有垛砖位置自适应检测机构(34)，该垛砖位置自适应检测机构(34)包括沿X方向设置的挡板(341)、位于挡板(341)两端并沿z方向垂直于挡板(341)的两个光杠(342)、分别位于两个光杠(342)上部并套设光杠(342)的两个轴承环(343)及沿垂直光杠(342)方向对称固定在两个轴承环(343)相应位置的两个自适应传感器(344)，该自适应检测机构(34)通过轴承环(343)固定于垛砖机械手(33)，所述光杠(342)顶端是感应传感器的检测平台(345 )，两个自适应传感器(344 )的感应端相向设置并分别指向两个检测平台(345)，初始状态时，自适应传感器(344)的感应端恰能感应到检测平台(345)。6.根据权利要求5所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，当砖坯是从y轴反方向向y轴正方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构(34)的初始状态是一侧挡板(3411)位于步进传送带的I正方向侧且低于垛砖机械手(33)的底端，另一侧挡板(3412)位于步进传送带的I反方向侧且高于垛砖机械手(33)的底端，此时，自适应传感器(344)恰能感应到光杠(342)顶端的检测平台(345)。7.根据权利要求5所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，当砖坯是从y轴正方向向y轴反方向堆垛时，该垛砖位置自适应检测机构(34)的初始状态是一侧挡板(3411)位于步进传送带的y反方向侧且低于垛砖机械手(33)的底端，另一侧挡板(3412)位于步进传送带的y正方向侧且高于垛砖机械手(33)的底端，此时，自适应传感器(344)恰能感应到光杠(342)顶端的检测平台(345)。8.根据权利要求6或7所述的一种单砖高频自动码转机，其特征在于，所述垛砖位置自适应检测机构(34)的一侧挡板(3411)低于垛砖机械手(33)的底端90mm，另一侧挡板(3412)高于垛砖机械手(33)的底端30mm。9.一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，其特征在于，该砖坯码放堆垛方法包括如下步骤: 步骤1、初始化码转机械手(I)和堆垛龙门架(3)，码砖机械手(I)置于制砖设备的出砖位，堆垛龙门架(3)的升降机构(32)移至初始位置，垛砖机械手(33)的初始位置位于步进传送带(2)上； 步骤2、码砖机械手(I)的超声波传感器检测砖是否到达出砖位，当砖已到达出砖位，则码砖机械手(I)迅速抓取水平放置的砖坯，在升降旋转机构(11)绕其轴向上升并旋转90°到达步进传送带(2)头端的同时，机械手爪(13)绕机械手臂(12)轴向同步旋转90°，将砖竖直放置于步进传送带(2)的头端，然后码转机械手(I)回到制砖设备的出砖位； 步骤3、步进传送带(2)从头端向尾端间断运行，重复步骤2，在码砖机械手(I)连续两次向步进传送带(2)放砖的时间间隙，步进传送带(2)移动一块砖厚度的距离并停止，此时下一块砖正好放置于步进传送带(2)，使砖块码放成排紧密排列； 步骤4、在步进传送带(2) y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯(I )、当步进传送带(2)上砖坯数量达到m个时，垛砖机械手(33)抓取该m个成排砖坯，在步进传送带(2) y方向一侧堆垛第一行的NXm个砖坯后沿z轴正方向上升，再沿y轴正方向移至步进传送带(2)—侧的目标位置上方，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构(34)的传感器信号，控制垛砖机械手(33)松开以放置第一行第一列砖坯，最后升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； (2)、重复步骤4( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第一行放置N列砖坯，升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； 步骤5、在步进传送带J方向一侧堆垛第二行的NX (m-Ι)个砖坯 (I )、当步进传送带(2)上的砖坯数量达到m-Ι个时，垛砖机械手(33)抓取步进传送带(2)上m-1个砖还后沿z轴正方向上升，再沿Y轴正方向移至步进传送带(2)—侧的第一行砖坯第一列的正上方，同时，沿X轴反方向移动半块砖厚度的距离，然后沿z轴反方向下降，控制系统响应垛砖位置自适应检测机构(34)的传感器信号，控制垛砖机械手(33)松开以放置第二行第一列砖坯，最后升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； (2)、重复步骤5( I )，紧靠第一列砖坯放置第二列砖坯，直至第二行放置N列砖坯，升降机构(32)及垛砖机械手(33)回至初始位置； 步骤6、重复步骤5，在步进传送带(2)y方向一侧堆垛第V行的NX (m-V+1)个砖还，直至堆垛成V行金字塔型砖垛，第V行每列的砖坯数量比第V-1行每列的砖坯数量少I个，且第V行的每个砖坯对齐于第V-1行两个砖坯中间，然后将该V行金字塔型砖垛移走； 步骤7、重复步骤4至6，在步进传送带(2) y方向另一侧堆垛V行金字塔型砖垛，然后将该V行金字塔型砖垛移走，其中，所述m、N、V为正整数。10.根据权利要求9所述的一种单砖高频自动码转机的砖坯码放堆垛方法，其特征在于，当所述第N列砖坯位于第N-1列砖坯的y轴正方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构(34)位于y正方向侧的挡板低于垛砖机械手(33)的底端，位于y反方向侧的挡板且高于垛砖机械手(33)的底端；当所述第N列砖坯位于第N-1列砖坯的y轴反方向侧时，所述垛砖位置自适应检测机构(34)位于y正方向侧的挡板高于垛砖机械手(33)的底端，位于y反方向侧的挡板且低于垛砖机械手(33)的底端。
【专利摘要】本发明公开一种单砖高频自动码转机及其砖坯码放堆垛方法，该码转机包括码砖机械手、步进传送带以及堆垛龙门架，步进传送带的头端靠近制砖设备的出砖口处，码转机械手在制砖设备的出砖口与步进传送带之间旋转，将出砖口处水平放置的砖坯竖直置于步进传送带上，所述堆垛龙门架位于步进传送带的z轴正方向，包括平移机构、架设在平移机构上的升降机构以及垛砖机械手，升降机构的初始位置位于y轴导轨和x轴导轨的中部，本发明全程自动，运行稳定可靠，堆垛龙门架的升降机构位于龙门架的中部，在传送带两侧分别堆垛出金字塔型的砖垛，垛砖机械手的外侧设有垛砖位置自适应检测机构，可自适应定位垛砖位置，提高中小型砖厂的生产效率。
【IPC分类】B65G57/20, B65G61/00
【公开号】CN104891196
【申请号】CN201510311025
【发明人】杨海军, 常云鹏, 张丽洁, 何毅仁, 张志航, 杨德芹
【申请人】洛阳理工学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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