一种旋转升降机械臂装置的制作方法

本实用新型属于立体仓库技术领域，具体涉及一种用于立体料塔系统的旋转升降机械臂装置。

背景技术：

目前，电子元器件料盘、料盒的存放方式主要有货架式存储、包装箱存储、恒温恒湿箱存储等方式，元器件的存储对存储期限、存储湿度、存储温度、防静电、防尘、承受压力等都有不同的要求。如对于真空包装的PCB光板、IC等电子元器件，其包装要完好，不能让铜箔和引脚直接暴露在空气中，以防止产品氧化等等。电子元器件出、入库要轻拿轻放，严禁乱摔、乱抛。元器件料盘料箱存放/堆放要合理，严格按照成品要求的堆放层数堆放。当前用户对电子元器件料盘、料盒的存取方式主要是手工方式。手工存取方式存在存取/放时间慢、寻找物料花费时间大、物料的先入先出的原则不宜保证、存取效率低等缺点，频繁手工存取电子元器件时，影响了元器件的存储温度、湿度、防尘条件，从而导致元器件失效等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、性能稳定的旋转升降机械臂装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种旋转升降机械臂装置，安装在立体料塔装置内，包括可绕下底板的圆心转动的旋转底座，可绕上顶板的圆心转动的从动底座，旋转底座和从动底座之间竖直安装有升降柱，升降柱上活动套设有旋转平台。

优选地，所述下底板上设有旋转电机，旋转电机输出端的驱动齿轮通过齿轮带与旋转底座下端固定的从动齿轮相连，从动齿轮可转动的安装在下底板的圆心处。

优选地，所述旋转底座上固定安装有升降电机，升降电机输出端的下齿轮与从动底座下表面设置的上齿轮上绕设有升降齿轮带，升降齿轮带与旋转平台固定连接。

优选地，所述升降柱的数量为二。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的旋转升降机械臂装置，旋转底座通过旋转电机实现其相对于立体料塔装置的周向旋转，通过升降电机实现旋转平台竖直方向的运动，从而使得旋转平台上的夹取机械臂对立体料塔装置内料匣的精准定位，最终完成料盘的存取。

附图说明

图1是本实用新型的立体料塔系统的结构示意图；

图2是本实用新型的立体料塔装置的立体视图；

图3是本实用新型的立体料塔装置去除围板后的示意图；

图4是本实用新型的料匣支撑导轨分布示意图；

图5是本实用新型的料匣的结构示意图；

图6是本实用新型的料匣分布平面化示意图；

图7是本实用新型的立体料塔装置的底部视图；

图8是本实用新型的旋转升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂装置的安装示意图；

图9是图8的侧视图；

图10是图8的局部放大图；

图11是图8的另一局部放大图；

图12是本实用新型的伸缩夹取机械臂装置的部分结构示意图；

图13是本实用新型的伸缩夹取机械臂装置的示意图；

图14是本实用新型的料盘的示意图；

图15是本实用新型的料盒关闭状态示意图；

图16是本实用新型的料盒打开状态示意图；

图17是本实用新型的料塔温湿度控制装置的示意图。

附图标记说明：101、围板；102、下底板；103、上顶板；104、料匣支撑导轨；105、料匣；106、仓门；107、入料出料平台；108、滚轮；109、地脚调平螺栓；110、工作状态指示灯；111、平台中心孔；112、料匣框；113、料匣隔板；114、卡紧槽；115、隔板中心孔；201、旋转底座；202、旋转电机；203、从动底座；204、升降柱；205、旋转平台；206、升降电机；207、升降齿轮带；208、驱动齿轮；209、从动齿轮；301、导轨；302、下夹取臂；303、夹取电机；304、导向支柱；305、上夹取臂；306、丝杠螺母；307、丝杠；308、导轨滑块；309、伸缩电机；310、第一齿轮；311、第二齿轮；312、伸缩齿轮带；313、对位孔；401、箱体；402、隔板；403、干燥转轮；404、轮转马达；405、进气口；406、出气口；407、第一过滤器；408、处理风机；409、蒸发器；410、进气管；411、出气管；412、第二过滤器；413、加热器；414、加热器；501、料盘中心孔；601、盒底；602、左侧边；603、右侧边；604、后侧边；605、限位条；606、盒体中心孔；607、盒盖；608、横槽；609、竖槽；610、卡位块；611、盒盖中心孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1和图2所示，本实用新型的一种立体料塔系统，包括立体料塔装置、旋转升降机械臂装置、伸缩夹取机械臂装置，旋转升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂装置安装在立体料塔装置内，用于存取立体料塔装置内的料盘；立体料塔装置还与料塔温湿度控制装置相连，用于保持立体料塔装置内的恒温恒湿。

上述装置均与上位机电相连，上位机还分别与标签扫描器、标签打印机和激光打印机相连，激光打印机用于打印各种文档。标签扫描器安装在立体料塔装置的入料出料平台107上。标签打印机用于打印上位机生成的标签，标签贴于对应的料盘上，包含料盘的高度、料盘的直径、料盘所装的物料名称、数量、入库时间等信息。每次通过入料出料平台107向立体料塔装置存取料盘时均通过标签扫描器进行数据读取，并将数据上传至上位机，通过上位机实现对立体料塔装置内的料匣空间以及料盘存放情况的自动化管理。

立体料塔系统还包括用于对系统整体供电的电源模块。其属于常规设置，在此不再详述。

如图14所示，料盘为可开合的圆形结构，用于装载电子元器件，如PCB光板，圆心处具有料盘中心孔501。

如图2至图7所示，立体料塔装置主要用于存放料盘，它包括围成一密闭空间的围板101、下底板102和上顶板103，下底板102和上顶板103平行设置，下底板102和上顶板103之间竖直设有料匣支撑导轨104，料匣支撑导轨104用于固定料匣105，两两料匣支撑导轨104之间固定安装一列料匣105，即每条料匣支撑导轨104的两侧均固定有料匣105。上述料匣105呈同心圆排列，其同心圆的圆心为下底板102的中心，该结构空间利用率高，通过同一个升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂完成料盘的存取，优化了存放密度，提升了存取速度。

围板101中部设有可开闭的仓门106，仓门106处设有入料出料平台107；在入料和出料期间打开仓门106，入料或出料结束后，及时关闭仓门106，保持立体料塔装置的密闭性和立体料塔装置内的温度和湿度。

入料出料平台107用于立体料塔装置的进料和出料，当元器件料盘放在该平台上时，易于伸缩夹取机械臂装置的夹取和松开。其中心设有平台中心孔111，通过平台中心孔111与料盘中心孔501的定位重合，实现进料和出料时的准确定位；入料出料平台107中部设有与伸缩夹取机械臂装置的下夹取臂302匹配的凹槽，便于伸缩夹取机械臂装置的插入和退出。

如图4和图6所示，在本实施例中，下底板102和上顶板103之间设有八根料匣支撑导轨104，每两根料匣支撑导轨104之间均设有一列料匣105，共计八列料匣105。为了便 于理解，将八列料匣105分别设为A列料匣、B列料匣、C列料匣、D列料匣、E列料匣、F列料匣、G列料匣和H列料匣。如图3所示，每列料匣105又包括竖直设置的五层料匣，其中仓门106设于D列料匣中部，故特别的，D列料匣只包括四层料匣105。

如图5所示，料匣105包括不锈钢材质制成的料匣框112和由树脂制成的料匣隔板113，料匣框112上设有卡紧槽114和卡紧孔，料匣隔板113可插入料匣框112上的卡紧槽114和卡紧孔从而固定在料匣框112内。对于不同规格的料匣105，料匣框112内设有不同数量的料匣隔板113。

在本实施例中，料匣105从大小上分为13寸料匣和7寸料匣两种，13寸料匣又包括料匣隔板113间距分别为8mm、12mm、16mm、24mm、32mm或44mm的六种料匣，7寸料匣包括料匣隔板113间距分别为8mm、12mm、16mm、24mm的四种料匣，由于料匣框112的高度固定，所以随着料匣隔板113间距的增加，其能固定的料匣隔板113随之减小，但能放置的料盘的高度相应增加。

其中料匣隔板113间距为8mm的料匣内等间距平行设有14个料匣隔板113，每个料匣隔板113上可放置一个料盘，共计能放置14个料盘。同上，料匣隔板113间距为12mm的料匣可放置12个料盘，料匣隔板113间距为16mm的料匣可放置10个料盘，料匣隔板113间距为24mm的料匣可放置8个料盘，料匣隔板113间距为32mm的料匣可放置7个料盘，料匣隔板113间距为44mm的料匣可放置5个料盘。

每个料匣隔板113上均设有隔板中心孔115，隔板中心孔115用于与料盘中心孔501对位，从而保证放料和取料的准确定位。

如图7所示，下底板102的下表面设有四个滚轮108和四个地脚调平螺栓109，四个地脚调平螺栓109均匀分布于下底板102下表面的外围，滚轮108紧挨地脚调平螺栓109设置。滚轮108便于立体料塔装置的移动，地脚调平螺栓109则用于立体料塔装置移动到位后对立体料塔装置进行固定并使其始终保存水平，以及平时立体料塔装置的固定。

立体料塔装置还设有网络接口、工作状态指示灯110和面板开关，网络接口主要用于通过插入网线与上位机通信，工作状态指示灯110与上位机电连接，用于接收上位机的指令，并根据不同的指令发出不同的颜色指示，如正常工作则发出绿色，出现异常则发出红色警示，工作状态指示灯的具体颜色和种类可根据实际需要设置。

面板开关设置有电源开按钮、电源关按钮、存启动按钮、急停按钮；电源开按钮和电源关按钮实现立体料塔装置的供电和断电。若遇有紧急情况，可拍急停按钮，实现立体料塔装置的急停，保证设备安全。存启动按钮则用于控制仓门106的打开。

如图8至图11所示，旋转升降机械臂装置安装在立体料塔装置内，包括可转动设置的 旋转底座201和装在下底板102上的旋转电机202。旋转电机202输出端的驱动齿轮208通过齿轮带与旋转底座201下端的从动齿轮209相连，从动齿轮可转动的安装在下底板102的圆心处，从而旋转底座201可绕下底板102的圆心转动。相应的，在上顶板103上设有与旋转底座201相对的从动底座203，从动底座203可绕上顶板103的圆心转动。

旋转底座201和从动底座203之间竖直安装有升降柱204，升降柱204上活动套设有旋转平台205，旋转底座201上固定安装有升降电机206，升降电机206输出端的下齿轮与从动底座203下表面设置的上齿轮上绕设有升降齿轮带207，升降齿轮带207与旋转平台205固定连接，当升降电机206输出端的下齿轮带动升降齿轮带207转动时，旋转平台205可顺着升降柱204在竖直方向移动。

旋转升降机械臂装置通过旋转电机202实现旋转底座201和升降柱204绕着下底板102圆心的周向旋转，通过升降电机206实现旋转平台205竖直方向的运动，从而使得旋转平台205上的夹取机械臂能够快速稳定到达指定的角度和高度，实现对立体料塔装置内料匣的精准定位，最终完成料盘的存取。

如图8至图13所示，伸缩夹取机械臂装置其安装在立体料塔装置内，包括固定安装在旋转平台205上的导轨301以及与导轨301可滑动连接的下夹取臂302，下夹取臂302通过安装在下夹取臂302下表面的导轨滑块308与导轨301可滑动连接，下夹取臂302上表面安装有夹取电机303和导向支柱304，上夹取臂305可滑动地套设于导向支柱304，且上夹取臂305上设置的丝杠螺母306与夹取电机303输出端设置的丝杠307配合。

当夹取电机303转动时，丝杠307驱动丝杠螺母306上下运动，上夹取臂305顺着导向支柱304上下运动，从而上夹取臂305与固定的下夹取臂302可以实现对料盘的夹取，完成在立体料塔装置内狭小空间对元器件料盘的存取。

如图13所示，旋转平台205上还设有伸缩电机309、第一齿轮310和第二齿轮311，其中伸缩电机309用于驱动第一齿轮310转动，第一齿轮310和第二齿轮311顺着导轨301的长度方向设置，第一齿轮310和第二齿轮311上套设有伸缩齿轮带312，下夹取臂302下端设有与伸缩齿轮带312啮合的伸缩齿轮。

当伸缩电机309驱动第一齿轮310转动时，伸缩齿轮带312随着第一齿轮310转动，伸缩齿轮随着伸缩齿轮带312移动，从而下夹取臂302可顺着导轨301来回滑动。

需要说明的是，伸缩电机309驱动第一齿轮310的方式可以通过齿轮组传动，皮带轮传动或者齿轮带传动。如图13所示，本实施例中采用齿轮带传动方式。

伸缩夹取机械臂装置还包括光栅测距传感器和对射传感器，光栅测距传感器用于检测上夹取臂305和下夹取臂302的夹取间距，从而可以实时控制上夹取臂和下夹取臂的夹取 间距，解决了夹取不同厚度料盘的问题，适合不同厚度的料盘的夹取。

如图12所示，上夹取臂305前端设有对位孔313，对射传感器设于对位孔313处，通过对射传感器实现对位孔313与料盘中心孔501的准确定位重合，侦测料匣中是否有料盘，并通过对准料盘的中心孔，实现上夹取臂305和下夹取臂302对料盘的准确夹取。一般的，对射传感器采用红外光电传感器。

上夹取臂305前端的对位孔313的边缘向下延伸，形成环形凸起，环形凸起可插入料盘中心孔501，防止夹取过程中料盘掉落。

在实际应用中，导轨301的数量为二，平行设置，保证伸缩夹取机械臂装置运行的平稳性。

如图15和图16所示，本实用新型的立体料塔系统还包括一种矩形的料盒，用于存储料盘不能存储的元器件的散料，如各种IC芯片。料盒包括盒体和盒盖607，盒体包括盒底601以及盒底601四周向上凸起形成的四个侧边，其中相对的左侧边602和右侧边603设有相对的L型槽，L型槽具有平行的横槽608，横槽608前端向下延伸形成竖槽609。后侧边604的中部向盒底601中心延伸，形成与盒底601平行的限位条605，限位条605的前端设有盒体中心孔606。料盒中设置的盒体中心孔606与料盘的料盘中心孔501作用相同，便于夹取时的定位。

盒盖607相对的两侧设有卡位块610，卡位块610安装在L型槽中，当卡位块610位于竖槽609底部时，料盒属于关闭状态，此时盒盖607上的盒盖中心孔611与盒体中心孔606重合。当需要打开料盒时，将盒盖607向上抬起，卡位块610此时运动到横槽608的前端，将盒盖607向后推动，卡位块610移动到横槽608后端，此时盒盖607与盒体错开，料盒处于打开状态。散件放在该料盒中，易于伸缩夹取机械臂装置的夹取和松开。

料塔温湿度控制装置包括安装在封闭的立体料塔装置内的温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器与上位机电连接，上位机分别与报警单元、显示单元以及散热除湿单元相连，显示单元用于显示立体料塔装置内的温度、湿度信息、各料匣的存取信息以及从上位机获得的需要显示的各种相关信息。报警单元主要用于对温度和湿度超出预设范围时的警示报警以及立体料塔系统故障报警。散热除湿单元通过交换管与立体料塔装置内部空间相连，用于对立体料塔装置内空气进行散热除湿。需要说明的是，此处所说的报警单元可以为上述的工作状态指示灯110，也可设置为扬声器。

料塔温湿度控制装置通过温度传感器和湿度传感器用于监测立体料塔装置内空气的温度和湿度，并将监测的温度和湿度数据传输至上位机。上位机通过数据分析，若温湿度超出预设范围，便通过散热除湿单元对立体料塔装置内的空气进行散热除湿，从而使得立体 料塔装置内部始终保持恒温恒湿。

如图17所示，散热除湿单元包括密封的箱体401，箱体401被隔板402分为再生区和处理区上下两个腔体，干燥转轮403穿过隔板，位于再生区和处理区中，干燥转轮403的外圆周与轮转马达404啮合，从而干燥转轮403可以缓慢转动。干燥转轮403是散热除湿单元的关键部件，它是由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成。波纹状介质中载有吸湿剂。这种设计，结构紧凑，而且可以为湿空气与吸湿介质提供充分接触的巨大表面积。从而大大提高了散热除湿单元的除湿效率。

处理区的左右两端分别设有进气口405和出气口406，进气口405和出气口406均通过交换管与立体料塔装置内部空间相连，处理区内顺着空气的流动方向设有第一过滤器407、处理风机408和蒸发器409，其中第一过滤器407和处理风机408位于干燥转轮403的一侧，蒸发器409位于干燥转轮403的另一侧。

交换管包括进气管410和出气管411，其中进气口405通过进气管410与立体料塔装置内部空间相连，出气口406通过出气管411与立体料塔装置内部空间相连，为了避免管路太多，扭结在一起，进气管410和出气管411在与立体料塔装置相连的地方汇合成一条交换管，交换管内设有隔层分离。

进气管410和出气管411均设有开关，用于控制管道的开闭，在立体料塔装置内部空间空气的温度和湿度处于正常范围时开关保持关闭，在需要散热除湿单元调节空气温度和湿度时开关打开，开关的打开和关闭由上位机直接控制。

在处理风机408的作用下，立体料塔装置内的空气从进气管410通过进气口405进入处理区，空气首先通过第一过滤器407滤除杂质和灰尘，再通过干燥转轮403进行第一次干燥，随后再通过蒸发器409来给降温除湿，蒸发器409同时回收空气中的冷凝热。最终处理后的空气顺着出气口406和出气管411回到立体料塔装置内。完成对立体料塔装置内的空气的降温除湿。

再生区顺着空气的流动方向设有第二过滤器412、加热器413和再生风机414，第二过滤器412、加热器413位于干燥转轮403的一侧，再生风机414位于干燥转轮403的另一侧。在除湿过程中，干燥转轮403缓慢转动，当干燥转轮403在处理区吸附水分子达到饱和状态后，进入再生区由加热器413加热产生的高温空气进行脱附再生。

本实用新型的立体料塔系统其工作步骤如下：

一、入料过程：

通过上位机查询得到料匣中适合放置料盘/料盒的空余位置，标签打印机打印标签，标签包含料盘/料盒的高度、料盘/料盒的直径、料盘/料盒所装的物料名称、数量、入库时间以 及将存入的料匣位置等信息。

工作人员将标签贴在料盘/料盒上的指定位置，并放置在入料出料平台上，上位机控制旋转升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂装置将料盘/料盒从入料出料平台中取出，同时入料出料平台上的标签扫描器扫描标签得到入库信息并将入库信息传输至上位机的入库信息库，上位机根据将存入的料匣位置信息控制旋转升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂装置将料盘/料盒放入指定料匣中，完成入料过程。

二、出料过程：

上位机根据入库信息库检索得到目标料盘/料盒的存放位置，随后控制旋转升降机械臂装置和伸缩夹取机械臂装置将料盘/料盒从存放位置中取出，并放置到入料出料平台上，同时入料出料平台上的标签扫描器扫描标签得到入库信息并将入库信息传输至上位机，上位机从入库信息库比对后将对应的入库信息标记为已经出库，并将存放位置的料匣标记为空，以便于另一料盘/料盒的存放，完成出料过程。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。