一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法

摘要

本发明涉及一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法，由工业机器人代替人工完成丝绸卷的抓取以及挂架的工作，人工只需要将托盘上码垛好的为拆包装的丝绸卷进行拆包，然后放在输送线上即可，提高生产效率。通过将传输线设计成环形，相比于传统的直线流水线拥有更小的占地空间，同时其循环往复的传动设计能够使得机械臂在抓取物料时更加统筹安排，不至于因传动过快或过慢影响抓取节奏。此外，本发明通过建立环境模型，并对丝盘挂架进行栅格化处理，在从传输线上抓取丝盘前对挂载路径进行计算并规划最优路线，兼顾路径距离和当前丝盘挂架上的每个挂钩的挂载数量，保证了丝盘挂架的挂载均衡以及挂载路径的最优选择，进一步提高了拆垛效率。

权利要求

1.一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征是基于如下丝盘拆垛系统，包括：传输组件，包括架设在基面两侧的传输线，以及架设在所述传输线两侧的提升机构；所述传输线包括通过多个可调底脚架设在基面上的电控柜，以及安装在所述电控柜上端面处的环形导轨组件；所述环形导轨组件内设有输送链板，所述输送链板上固定有沿预定间距排布的丝盘定位轴，丝盘套设在所述丝盘定位轴上；所述丝盘定位轴的外轴径小于丝盘的内径；

抓取及挂架组件，包括滑动设置在所述基面上、且位于两传输线一端的丝盘挂架，以及固定在基面上、且位于所述丝盘挂架两侧的机械臂；

堆垛方法包括如下步骤：

S1、人工把装有未拆包的丝盘的托盘运到提升机上，人工拆包；控制减速电机正转或反转，使链轮带动链条向上或向下运转，从而带动插齿上下运动，当托盘达到合适的高度时，减速电机停止；人工拿取丝盘拆包上料到输送线上；人工推着挂架沿着导轨行走，导向轮定位纠偏，挂架到位后人工锁定固定；

S2、人工把拆包好的丝盘放到丝盘输送线上的丝盘定位轴上，每一个丝盘都有一个定位轴，当链板带着丝盘运动到相应位置后，光电检测到丝盘，输送线停止运行，通知机器人过来抓取丝盘，丝盘取走后光电检测为空，输送线再次运行，当检测到丝盘后再抓取，以此往复；

S3、机器人抓手从指定位置抓取丝盘挂到挂架上，若挂架挂满，人工把挂架推走，换上新的挂架；机器人抓手采用三爪气缸，以内撑的方式抓取丝盘内侧；同时，设置有光电检测装置，检测有无丝盘抓取，当检测到无丝盘时报警；

S4、当托盘上所有的丝盘用完，提升机下降，人工把空托盘运走，上新托盘；

S5、以此类推，依次重复S1、S2、S3、S4工作，直到系统停止工作；

其中，所述机器人抓手在从传输线上抓取丝盘前对挂载路径进行计算并规划最优路线，该最优路线由中控机计算，兼顾路径距离和当前丝盘挂架上的每个挂钩的挂载数量，以保证挂载均衡；中控机计算最优路线包括以下步骤：S301、利用机器人抓手上的多个工业相机拍摄实际环境，得出包含影像和景深信息的图像，对图像降噪并利用Canny算法对图像的特定区域进行边缘检测，提取特征点，建立环境模型：

式中， 表示边缘函数， 表示滤波函数，+D和‑D分别表示上下行带宽，表示噪声均方差，表示平滑边缘调节函数；

其中，平滑边缘调节函数的公式如下：式中，为归一化常数，和 表示平滑解析度， 和 表示经过 和 平滑解析之后的图像，表示图像边缘上限；

S302、将丝盘挂架的挂具坐标记作X，挂钩的高度坐标记作Y，将当前已经挂载有丝盘的挂钩记作一次1，后续每增加一个丝盘便累计一次，将当前未挂载丝盘的挂钩记作0，将标记有0和1两种状态的丝盘挂架处理为栅格矩阵并存储在中控机内；其中栅格单元与坐标的关系采用如下公式：

式中，X表示丝盘挂架中水平方向上挂具的位置坐标；Y表示丝盘挂架中竖直方向上挂钩的高度坐标； 表示机器人抓手的起始横坐标， 表示机器人抓手的起始纵坐标；n表示挂钩上丝盘的累计数量； 表示求余运算函数； 表示向上取整运算函数；

S303、在S302中对丝盘挂架进行栅格化处理并对路径进行编码的基础上，采用适应度函数生成初始种群：

式中， 表示从A点 到B点 的欧氏距离；表示对路径安全性的衡量值，该衡量值由光电检测装置判断前方是否存在障碍得出，取值0或1， 表示权值，此处为定值；

其中，为调节系数，表示路径的平滑性：机器人抓手每折弯一次则 +1，否则+0，将最终的累计值减去两坐标的欧氏距离并开根号得出 值； 表示初始系数，此处为固定值。

2.根据权利要求1所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：所述环形导轨组件包括固定在所述电控柜内部两侧的支撑板，架设并固定在所述支撑板上的导轨座，以及架设并固定在所述导轨座上的滑轨；所述输送链板由多节相互铰接而成，每一节输送链板包括一个板体和转动设置在所述板体下部的至少四个导轮，所述导轮与所述滑轨的侧壁适配、并与滑轨侧壁以预定的压紧力接触。

3.根据权利要求2所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：其中一个所述支撑板的下部固定有电机安装架，所述电机安装架呈L形，所述电机安装架上固定有伺服电机，所述伺服电机的输出端连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器连接第一转轴、并通过支撑板上的一个开孔延伸出预定高度，所述第一转轴上安装有主动盘，所述主动盘与所述第一转轴过盈配合；所述支撑板上与所述第一转轴对应的位置处还设有第二转轴，所述第二转轴上安装有第一从动盘，所述第一从动盘与所述第二转轴过盈配合；固定有伺服电机的一侧为所述环形导轨组件的主动端，与该主动端对应的另一侧为从动端，从动端的支撑板上转动设置有与前述第一从动盘规格相同的第二从动盘和第三从动盘；所述主动盘、第一从动盘、第二从动盘和第三从动盘的圆周设有链齿，传输链套接在主动盘、第一从动盘、第二从动盘和第三从动盘上、并于所述链齿咬合形成环状；每一节输送链板的一侧都通过铰支座与所述传输链的一侧铰接；所述丝盘定位轴以预定间距固定在所述输送链板的板体上。

4.根据权利要求2所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：所述导轨座的两侧还安装有制动控制杆，所述制动控制杆包括杆体，所述杆体上套接有制动挡块，所述导轨座的下部固定有直线气缸，所述直线气缸的输出杆通过连杆与所述杆体连接；所述制动挡块上铰接有咬合球，所述输送链板的板体一侧开设有凹槽，凹槽的两端设有45度倾角的斜面，所述咬合球与所述凹槽的尺寸适配实现间隙配合。

5.根据权利要求1所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：所述提升机构包括L形的升降平台框架，所述升降平台框架上连接有加强筋；所述升降平台框架的上下两端分别转动设置有传动齿轮轴；上下两根传动齿轮轴分别通过套接在其两端的链条同步传动；所述链条上连接有插齿，所述升降平台框架的中部固定有竖直导杆，所述插齿的中部通过多个直线轴承套接在所述竖直导杆上；托盘架设在所述插齿上，丝盘通过隔板堆叠码垛在所述托盘架上。

6. 根据权利要求1所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：所述丝盘挂架包括挂架本体，安装在所述挂架本体底部的行走轮和导向轮，以预定间距竖直固定在挂架本体内的挂具，以及以预定间距固定在所述挂具上的挂钩；所述基面上、且位于所述丝盘挂架的正下方固定有一对地轨；所述丝盘挂架通过前述行走轮沿所述地轨直线滑动，所述导向轮的轮体与所述地轨的侧壁接触 并保持预定压力实现导向。

7.根据权利要求1所述的一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，其特征在于：所述机械臂固定在机器人安装底座上，所述机械臂的末端安装有机器人抓手，所述机器人抓手包括安装支架，固定在所述安装支架两端的三爪气缸，以及固定在所述安装支架上、且与所述三爪气缸位置对应的检测光电传感器；所述机器人抓手上还安装有工业相机，所述工业相机位于检测光电传感器的一侧。

说明书

一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法

技术领域

[0001] 本发明涉及物料堆垛领域，具体涉及一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法。

背景技术

[0002] 在丝绸生产中，为了便于运输，通常将生产好的丝绸卷利用码垛机码在托盘上，便于利用叉车进行转运，在使用时，需要将码成垛且包装好的丝绸卷进行拆垛，现有的拆垛模
式以传统人工方式，其工作过程是利用人工搬运丝绸卷，然后放在特定位置，比如放在丝绸
卷挂架上，劳动程度高，拆垛效率较低，在实际生产中生产周期较长。而目前已经出现的自
动拆垛系统通常对装箱类的物料适应性较好，而对于丝盘这种缠绕卷状的物料，需要将其
挂载在丝盘挂架上，因而无论是从结构上还是控制方法上都需要重新设计，以更好地适应
该种物料。

[0003] 传统的直线式流水线配合抓取机器手的解决方案应对上述情况的执行效率不高，同时也没有良好的控制算法对丝盘的挂载位置进行统筹安排。

发明内容

[0004] 发明目的：提供一种丝盘拆垛系统，并进一步提供一种基于上述丝盘拆垛系统的拆垛方法，以解决现有技术存在的上述问题。

[0005] 技术方案：一种丝盘拆垛系统，包括传输组件、抓取及挂架组件两部分。

[0006] 其中，传输组件包括架设在基面两侧的传输线，以及架设在所述传输线两侧的托盘提升机构；

[0007] 抓取及挂架组件包括滑动设置在所述基面上、且位于两传输线一端的丝盘挂架，以及固定在基面上、且位于所述丝盘挂架两侧的机械臂。

[0008] 在进一步的实施例中，所述传输线包括通过多个可调底脚架设在基面上的电控柜，以及安装在所述电控柜上端面处的环形导轨组件；所述环形导轨组件内设有输送链板，
所述输送链板上固定有沿预定间距排布的丝盘定位轴，丝盘套设在所述丝盘定位轴上；所
述丝盘定位轴的外轴径小于丝盘的内径。人工把拆包好的丝盘放在输送线上丝盘定位轴
上，每一个丝盘都有一个定位轴，当链板带着丝盘运动到相应位置后，光电检测到丝盘，输
送线停止运行，通知机器人过来抓取丝盘，丝盘取走后光电检测为空，输送线再次运行，当
检测到丝盘后再抓取，以此往复。

[0009] 在进一步的实施例中，所述环形导轨组件包括固定在所述电控柜内部两侧的支撑板，架设并固定在所述支撑板上的导轨座，以及架设并固定在所述导轨座上的滑轨；所述输
送链板由多节相互铰接而成，每一节输送链板包括一个板体和转动设置在所述板体下部的
至少四个导轮，所述导轮与所述滑轨的侧壁适配、并与滑轨侧壁以预定的压紧力接触。输送
链板可以沿滑轨滑动，由于滑轨是环形的，所以通过多节输送链板相互首尾铰接起来，这样
形成可转弯的结构，类似于虾尾的结构。为了确保输送链板在传动时平稳、流畅，在输送链
板的板体下方设计四个导轮，该导轮与滑轨的侧壁接触并保持压紧力，在输送链板行进的
过程中，导轮起到导向和传动的作用。环形导轨组件相比于传统的直线流水线拥有更小的
占地空间，同时其循环往复的传动设计能够使得机械臂在抓取物料时更加统筹安排，不至
于因传动过快或过慢影响抓取节奏。

[0010] 在进一步的实施例中，其中一个所述支撑板的下部固定有电机安装架，所述电机安装架呈L形，所述电机安装架上固定有伺服电机，所述伺服电机的输出端连接有减速器，
所述减速器的输出轴通过联轴器连接第一转轴、并通过支撑板上的一个开孔延伸出预定高
度，所述第一转轴上安装有主动盘，所述主动盘与所述第一转轴过盈配合；所述支撑板上与
所述第一转轴对应的位置处还设有第二转轴，所述第二转轴上安装有第一从动盘，所述第
一从动盘与所述第二转轴过盈配合；固定有伺服电机的一侧为所述环形导轨组件的主动
端，与该主动端对应的另一侧为从动端，从动端的支撑板上转动设置有与前述第一从动盘
规格相同的第二从动盘和第三从动盘；所述主动盘、第一从动盘、第二从动盘和第三从动盘
的圆周设有链齿，传输链套接在主动盘、第一从动盘、第二从动盘和第三从动盘上、并于所
述链齿咬合形成环状；每一节输送链板的一侧都通过铰支座与所述传输链的一侧铰接；所
述丝盘定位轴以预定间距固定在所述输送链板的板体上。

[0011] 在进一步的实施例中，所述导轨座的两侧还安装有制动控制杆，所述制动控制杆包括杆体，所述杆体上套接有制动挡块，所述导轨座的下部固定有直线气缸，所述直线气缸
的输出杆通过连杆与所述杆体；所述制动挡块上铰接有咬合球，所述输送链板的板体一侧
开设有凹槽，凹槽的两端设有45度倾角的斜面，所述咬合球与所述凹槽的尺寸适配实现间
隙配合。当需要急停时，由直线气缸迅速带动杆体摆动，使得制动挡块上的咬合球嵌入板体
一侧的凹槽内，实现咬合，以实现机械制动。通过在凹槽的两端设置45度倾角的斜面，即使
制动块在咬合时未咬合准确，依靠该45的斜面也能顺利导向进凹槽。

[0012] 在进一步的实施例中，所述托盘提升机构包括L形的升降平台框架，所述升降平台框架上连接有加强筋；所述升降平台框架的上下两端分别转动设置有传动齿轮轴；上下两
根传动齿轮轴分别通过套接在其两端的链条同步传动；所述链条上连接有插齿，所述升降
平台框架的中部固定有竖直导杆，所述插齿的中部通过多个直线轴承套接在所述竖直导杆
上；托盘架设在所述插齿上，丝盘通过隔板堆叠码垛在所述托盘上。人工将托盘上料到提升
机上，控制电机正传或反转，使链轮带动链条向上或向下运转，从而带动插齿上下运动，当
托盘达到合适的高度时，电机停止人工拿取丝盘拆包上料到输送线上，托盘的升降主要是
为了降低人的劳动强度，方便作业。

[0013] 在进一步的实施例中，所述丝盘挂架包括挂架本体，安装在所述挂架本体底部的行走轮和导向轮，以预定间距竖直固定在挂架本体内的挂具，以及以预定间距固定在所述
挂具上的挂钩。所述基面上、且位于所述丝盘挂架的正下方固定有一对地轨；所述丝盘挂架
通过前述行走轮沿所述地轨直线滑动，所述导向轮的轮体与所述地轨的侧壁接触并保持预
定压力实现导向。上架时是人工推着挂架沿着地轨行走，导向轮定位纠偏，挂架到位后人工
锁定固定，当挂钩上都挂满丝盘时，人工推出上新的挂架。

[0014] 在进一步的实施例中，所述机械臂固定在机器人安装底座上，所述机械臂的末端安装有机器人抓手，所述机器人抓手包括安装支架，固定在所述安装支架两端的三爪气缸，
以及固定在所述安装支架上、且与所述三爪气缸位置对应的检测光电传感器；所述机器人
抓手上还安装有工业相机，所述工业相机位于检测光电传感器的一侧。三爪气缸用于丝盘
抓取，为内撑式，以内撑的方式抓取丝绸卷内侧；同时，设置有光电检测装置，检测有无丝盘
抓取，当检测到无丝盘时报警。

[0015] 一种丝盘拆垛系统的堆垛方法，包括以下步骤：

[0016] S1、人工把装有未拆包的丝盘的托盘运到托盘提升机上，人工拆包；控制减速电机正转或反转，使链轮带动链条向上或向下运转，从而带动插齿上下运动，当托盘达到合适的
高度时，电机停止；人工拿取丝盘拆包上料到输送线上；人工推着挂架沿着导轨行走，导向
轮定位纠偏，挂架到位后人工锁定固定；

[0017] S2、人工把拆包好的丝盘放到丝盘输送线上的丝盘定位轴上，每一个丝盘都有一个定位轴，当链板带着丝盘运动到相应位置后，光电检测到丝盘，输送线停止运行，通知机
器人过来抓取丝盘，丝盘取走后光电检测为空，输送线再次运行，当检测到丝盘后再抓取，
以此往复；

[0018] S3、机器人抓手从指定位置抓取丝盘挂到挂架上，若挂架挂满，人工把挂架推走，换上新的挂架；机器人抓手采用三爪气缸，以内撑的方式抓取丝绸卷内侧；同时，设置有光
电检测装置，检测有无丝盘抓取，当检测到无丝盘时报警；

[0019] S4、当托盘上所有的丝盘用完，提升机下降，人工把空托盘运走，上新托盘；

[0020] S5、以此类推，依次重复S1、S2、S3、S4工作，直到系统停止工作。

[0021] 在进一步的实施例中，所述机器人抓手在从传输线上抓取丝盘前对挂载路径进行计算并规划最优路线，该最优路线由中控机计算，兼顾路径距离和当前丝盘挂架上的每个
挂钩的挂载数量，以保证挂载均衡；中控机计算最优路线包括以下步骤：

[0022] S301、利用机器人抓手上的多个工业相机拍摄实际环境，得出包含影像和景深信息的图像，对图像降噪并利用Canny算法对图像的特定区域进行边缘检测，提取特征点，建
立环境模型：

[0023]

[0024] 式中，L(x)表示边缘函数，m(x)表示滤波函数，+D和‑D分别表示上下行带宽，σ表示噪声均方差，P表示平滑边缘调节函数；

[0025] 其中，平滑边缘调节函数的公式如下：

[0026]

[0027] 式中，R为归一化常数，Js和Jr表示平滑解析度，xs和xr表示经过Js和Jr平滑解析之后的图像；

[0028] S302、将丝盘挂架的挂具坐标记作X，挂钩的高度坐标记作Y，将当前已经挂载有丝盘的挂钩记作一次1，后续每增加一个丝盘便累计一次，将当前未挂载丝盘的挂钩记作0，将
标记有0和1两种状态的丝盘挂架处理为栅格矩阵并存储在中控机内；其中栅格单元与坐标
的关系采用如下公式：

[0029]

[0030] 式中，X表示丝盘挂架中水平方向上挂具的位置坐标；Y表示丝盘挂架中竖直方向上挂钩的高度坐标；x0表示机器人抓手的起始横坐标，y0表示机器人抓手的起始纵坐标；n表
示挂钩上丝盘的累计数量；mod()表示求余运算函数；ceil()表示向上取整运算函数；

[0031] S303、在S302中对丝盘挂架进行栅格化处理并对路径进行编码的基础上，采用适应度函数生成初始种群：

[0032]

[0033] 式中， 表示从A点(xi，yi)到B点(xj，yj)的欧氏距离；A表示对路径安全性的衡量值，该衡量值由光电检测装置判断前方是否存在障碍得出，取值0或1；

[0034] 其中，k为调节系数，表示路径的平滑性：

[0035]

[0036] 机器人抓手每折弯一次则k0+1，否则+0，将最终的累计值减去两坐标的欧氏距离并开根号得出k值。

[0037] 有益效果：本发明涉及一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法，由工业机器人代替人工完成丝绸卷的抓取以及挂架的工作，人工只需要将托盘上码垛好的为拆包装的丝绸卷进行
拆包，然后放在输送线上即可，大大降低人工劳动程度，提高生产效率。在进一步的实施例
中，本发明将传输线设计成环形，环形导轨组件相比于传统的直线流水线拥有更小的占地
空间，同时其循环往复的传动设计能够使得机械臂在抓取物料时更加统筹安排，不至于因
传动过快或过慢影响抓取节奏。此外，本发明通过视觉探测建立环境模型，并对丝盘挂架进
行栅格化处理，在从传输线上抓取丝盘前对挂载路径进行计算并规划最优路线，该最优路
线由中控机计算，兼顾路径距离和当前丝盘挂架上的每个挂钩的挂载数量，保证了丝盘挂
架的挂载均衡以及挂载路径的最优选择，进一步提高了拆垛效率。

附图说明

[0038] 图1为本发明整体的俯视图。

[0039] 图2为本发明去除安全栏后的立体图。

[0040] 图3为本发明中传输线的立体图。

[0041] 图4为传输线中环形导轨组件的结构示意图的一个视角。

[0042] 图5为传输线中环形导轨组件的结构示意图的另一视角。

[0043] 图6为环形导轨组件中制动控制杆的拆解图。

[0044] 图7为图6中A处局部放大图。

[0045] 图8为本发明中丝盘挂架的结构示意图。

[0046] 图9为本发明中托盘提升机构的立体图。

[0047] 图中各附图标记为：基面1、提升机构2、升降平台框架201、加强筋202、传动齿轮轴203、插齿204、链条205、传输线3、电控柜301、环形导轨组件302、支撑板302a、导轨座302b、
滑轨302c、输送链板302d、板体302d1、凹槽302d2、制动控制杆302e、主动盘302f1、第一从动
盘302f2、第二从动盘302f3、第三从动盘302f4、传输链302g、直线气缸302h、连杆302i、电机
安装架302j、伺服电机302k、制动挡块302l、咬合球302l1、杆体302m、丝盘定位轴303、安全
栏4、丝盘挂架5、挂架本体501、挂具502、挂钩503、机械臂6、机器人抓手7、隔板8、丝盘9、地
轨10、机器人安装底座11。

具体实施方式

[0048] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以
实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进
行描述。

[0049] 申请人认为，传统的直线式流水线配合抓取机器手的解决方案在应对丝盘这种卷盘状的物料时，执行效率不高，同时也没有良好的控制算法对丝盘的挂载位置进行统筹安
排。

[0050] 为此，申请人设计一种丝盘拆垛系统及其拆垛方法，由工业机器人代替人工完成丝绸卷的抓取以及挂架的工作，人工只需要将托盘上码垛好的为拆包装的丝绸卷进行拆
包，然后放在输送线上即可，大大降低人工劳动程度，提高生产效率。

[0051] 本发明涉及的丝盘拆垛系统主要包括传输组件和抓取及挂架组件两部分。其中传输组件包括架设在基面1两侧的传输线3，所述传输线3的两侧架设有托盘提升机构2，传输
线3包括通过多个可调底脚架设在基面1上的电控柜301，所述电控柜301的上端面处安装有
环形导轨组件302；所述环形导轨组件302内设有输送链板302d，所述输送链板302d上固定
有沿预定间距排布的丝盘定位轴303，丝盘9套设在所述丝盘定位轴303上；所述丝盘定位轴
303的外轴径小于丝盘9的内径。抓取及挂架组件包括丝盘挂架5和机械臂6，所述丝盘挂架5
滑动设置在基面1上，丝盘挂架5位于两条传输线3的一端，所述机械臂6固定基面1上位于所
述丝盘挂架5的两侧。

[0052] 所述环形导轨组件302包括支撑板302a、导轨座302b、滑轨302c，所述支撑板302a固定在所述电控柜301的内部两侧，所述导轨座302b架设并固定在所述支撑板302a上，所述
滑轨302c架设并固定在所述导轨座302b上。所述输送链板302d由多节相互铰接而成，每一
节输送链板302d包括一个板体302d1和转动设置在所述板体302d1下部的至少四个导轮，所
述导轮与所述滑轨302c的侧壁适配、并与滑轨302c侧壁以预定的压紧力接触。输送链板
302d可以沿滑轨302c滑动，由于滑轨302c是环形的，所以通过多节输送链板302d相互首尾
铰接起来，这样形成可转弯的结构，类似于虾尾的结构。为了确保输送链板302d在传动时平
稳、流畅，在输送链板302d的板体302d1下方设计四个导轮，该导轮与滑轨302c的侧壁接触
并保持压紧力，在输送链板302d行进的过程中，导轮起到导向和传动的作用。环形导轨组件
302相比于传统的直线流水线拥有更小的占地空间，同时其循环往复的传动设计能够使得
机械臂6在抓取物料时更加统筹安排，不至于因传动过快或过慢影响抓取节奏。

[0053] 在上述环形导轨组件302的结构中，其中一个支撑板302a的下部固定有电机安装架302j，所述电机安装架302j呈L形，所述电机安装架302j上固定有伺服电机302k，所述伺
服电机302k的输出端连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器连接第一转轴、并通
过支撑板302a上的一个开孔延伸出预定高度，所述第一转轴上安装有主动盘302f1，所述主
动盘302f1与所述第一转轴过盈配合；所述支撑板302a上与所述第一转轴对应的位置处还
设有第二转轴，所述第二转轴上安装有第一从动盘302f2，所述第一从动盘302f2与所述第
二转轴过盈配合；固定有伺服电机302k的一侧为所述环形导轨组件302的主动端，与该主动
端对应的另一侧为从动端，从动端的支撑板302a上转动设置有与前述第一从动盘302f2规
格相同的第二从动盘302f3和第三从动盘302f4；所述主动盘302f1、第一从动盘302f2、第二
从动盘302f3和第三从动盘302f4的圆周设有链齿，传输链302g套接在主动盘302f1、第一从
动盘302f2、第二从动盘302f3和第三从动盘302f4上、并于所述链齿咬合形成环状；每一节
输送链板302d的一侧都通过铰支座与所述传输链302g的一侧铰接；所述丝盘定位轴303以
预定间距固定在所述输送链板302d的板体302d1上。

[0054] 环形导轨组件的工作过程如下：伺服电机302k输出动力至减速器，由减速器输出动力至主动盘302f1，所述主动盘302f1、第一从动盘302f2、第二从动盘302f3和第三从动盘
302f4的圆周设有链齿，传输链302g套接在主动盘302f1、第一从动盘302f2、第二从动盘
302f3和第三从动盘302f4上、并于所述链齿咬合形成环状，由此带动传输链302g运动，传输
链302g进而带动与之连接的输送链板运动302d。

[0055] 为了应对突发状况需要对环形导轨组件302采取紧急制动，本发明设有两套制动组件，一套是电控，一套是机械控制，电控方案由检测光电传感器获取急停信号，并发送停
止给中控台，由中控台发送断电信号给控制主动盘302f1的伺服电机302k，从而实现紧急停
止。在触发紧急停止后，为了确保伺服电机302k不会因急停产生一个倒转力，此时机械控制
方案发挥作用，起到双保险的功能：具体的，通过在导轨座302b的两侧安装制动控制杆
302e，所述制动控制杆302e包括杆体302m，所述杆体302m上套接有制动挡块302l，所述导轨
座302b的下部固定有直线气缸302h，所述直线气缸302h的输出杆铰接连杆302i，所述连杆
302i再与杆体302m固定连接；所述制动挡块302l上铰接有咬合球302l1，所述输送链板302d
的板体302d1一侧开设有凹槽302d2，凹槽302d2的两端设有45度倾角的斜面，所述咬合球
302l1与所述凹槽302d2的尺寸适配实现间隙配合。当需要急停时，由直线气缸302h迅速推
动连杆302i，由连杆302i带动杆体302m摆动，进而使得制动挡块302l摆动，使得制动挡块
302l上的咬合球302l1嵌入板体302d1一侧的凹槽302d2内，实现咬合，以实现机械制动。通
过在凹槽302d2的两端设置45度倾角的斜面，即使制动块在咬合时未咬合准确，依靠该45的
斜面也能顺利导向进凹槽302d2。

[0056] 所述托盘提升机构2包括L形的升降平台框架201，所述升降平台框架201上连接有加强筋202；所述升降平台框架201的上下两端分别转动设置有传动齿轮轴203；上下两根传
动齿轮轴203分别通过套接在其两端的链条205同步传动；所述链条205上连接有插齿204，
所述升降平台框架201的中部固定有竖直导杆，所述插齿204的中部通过多个直线轴承套接
在所述竖直导杆上；托盘架设在所述插齿204上，丝盘9通过隔板8堆叠码垛在所述托盘上。
人工将托盘上料到提升机上，控制电机正传或反转，使链轮带动链条205向上或向下运转，
从而带动插齿204上下运动，当托盘达到合适的高度时，电机停止人工拿取丝盘9拆包上料
到输送线上，托盘的升降主要是为了降低人的劳动强度，方便作业。

[0057] 所述丝盘挂架5包括挂架本体501，安装在所述挂架本体501底部的行走轮和导向轮，以预定间距竖直固定在挂架本体501内的挂具502，以及以预定间距固定在所述挂具502
上的挂钩503。上架时是人工推着挂架沿着地轨10行走，导向轮定位纠偏，挂架到位后人工
锁定固定，当挂钩503上都挂满丝盘9时，人工推出上新的挂架。

[0058] 所述机械臂6固定在机器人安装底座11上，所述机械臂6的末端安装有机器人抓手7，所述机器人抓手7包括安装支架，固定在所述安装支架两端的三爪气缸，以及固定在所述
安装支架上、且与所述三爪气缸位置对应的检测光电传感器；所述机器人抓手7上还安装有
工业相机，所述工业相机位于检测光电传感器的一侧。

[0059] 在上述拆垛系统的基础之上，本发明提出一种丝盘拆垛系统的拆垛方法，具体步骤如下：

[0060] 首先，人工把装有未拆包的丝盘9的托盘运到托盘提升机上，人工拆包；控制减速电机正转或反转，使链轮带动链条205向上或向下运转，从而带动插齿204上下运动，当托盘
达到合适的高度时，电机停止；人工拿取丝盘9拆包上料到输送线上；人工推着挂架沿着导
轨行走，导向轮定位纠偏，挂架到位后人工锁定固定。

[0061] 接着，人工把拆包好的丝盘9放到丝盘9输送线上的丝盘定位轴303上，每一个丝盘9都有一个定位轴，当链板带着丝盘9运动到相应位置后，光电检测到丝盘9，输送线停止运
行，通知机器人过来抓取丝盘9，丝盘9取走后光电检测为空，输送线再次运行，当检测到丝
盘9后再抓取，以此往复。

[0062] 随后，机器人抓手7从指定位置抓取丝盘9挂到挂架上，若挂架挂满，人工把挂架推走，换上新的挂架；机器人抓手7采用三爪气缸，以内撑的方式抓取丝绸卷内侧；同时，设置
有光电检测装置，检测有无丝盘9抓取，当检测到无丝盘9时报警。当托盘上所有的丝盘9用
完，提升机下降，人工把空托盘运走，上新托盘；

[0063] 机器人抓手7在从传输线3上抓取丝盘9前对挂载路径进行计算并规划最优路线，该最优路线由中控机计算，兼顾路径距离和当前丝盘挂架5上的每个挂钩503的挂载数量，
以保证挂载均衡；中控机计算最优路线包括以下步骤：

[0064] 利用机器人抓手7上的多个工业相机拍摄实际环境，得出包含影像和景深信息的图像，对图像降噪并利用Canny算法对图像的特定区域进行边缘检测，提取特征点，建立环
境模型：

[0065]

[0066] 式中，L(x)表示边缘函数，m(x)表示滤波函数，+D和‑D分别表示上下行带宽，σ表示噪声均方差，P表示平滑边缘调节函数；

[0067] 其中，平滑边缘调节函数的公式如下：

[0068]

[0069] 式中，R为归一化常数，Js和Jr表示平滑解析度，xs和xr表示经过Js和Jr平滑解析之后的图像。

[0070] 将丝盘挂架5的挂具502坐标记作X，挂钩503的高度坐标记作Y，将当前已经挂载有丝盘9的挂钩503记作一次1，后续每增加一个丝盘9便累计一次，将当前未挂载丝盘9的挂钩
503记作0，将标记有0和1两种状态的丝盘挂架5处理为栅格矩阵并存储在中控机内；其中栅
格单元与坐标的关系采用如下公式：

[0071]

[0072] 式中，X表示丝盘挂架5中水平方向上挂具502的位置坐标；Y表示丝盘挂架5中竖直方向上挂钩503的高度坐标；x0表示机器人抓手7的起始横坐标，y0表示机器人抓手7的起始
纵坐标；n表示挂钩上丝盘9的累计数量；mod()表示求余运算函数；ceil()表示向上取整运
算函数；

[0073] 在对丝盘挂架5进行栅格化处理并对路径进行编码的基础上，采用适应度函数生成初始种群：

[0074]

[0075] 式中， 表示从A点(xi，yi)到B点(xj，yj)的欧氏距离；A表示对路径安全性的衡量值，该衡量值由光电检测装置判断前方是否存在障碍得出，取值0或1；

[0076] 其中，k为调节系数，表示路径的平滑性：

[0077]

[0078] 机器人抓手7每折弯一次则k0+1，否则+0，将最终的累计值减去两坐标的欧氏距离并开根号得出k值。

[0079] 以此类推，依次重复上述动作，直到系统停止工作。

[0080] 另外，机器人工作范围内由安全栏4及相关设备形成一个封闭区域，安全栏4用于技术人员对机器人系统进行维护保养、机床更换夹具、调整机床参数、更换刀具等时的进出
口，安全门通过安全锁与系统联锁，当安全门被非正常打开时，系统停止运行并报警，围栏
采用型材丝网式围栏上下料工位配置安全光栅，光栅被遮挡后系统停止作业，人工复位重
新启动开始工作，保证作业人员安全。

[0081] 如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对
其在形式上和细节上做出各种变化。