CN101982375B - 禽蛋自动装箱机械手及其装箱方法和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种禽蛋自动装箱机械手及其装箱方法和控制方法，具体由机械手系统和控制系统组成。装箱机械手通过支架安装于已有的禽蛋分级生产线末端。机械手水平气缸和导轨滑块共同作用实现机械手的水平运动；垂直方向装有垂直安装的气缸和导轨滑块带动机械手下臂做垂直运动；下臂支架上装有禽蛋吸盘和蛋托吸盘，配合电磁阀的开闭实现对禽蛋及蛋托的抓、放动作；禽蛋和包装箱通过步进电机和传输带来输送；机械手和传输带通过PLC控制模块来控制。

Description

禽蛋自动装箱机械手及其装箱方法和控制方法

技术领域

本发明涉及禽蛋自动生产线自动装箱机械技术领域，具体的将是由气缸驱动的直线运动机构和吸盘构成的抓取装置组合而成的装箱机械手，能配合已有禽蛋生产线完成自动装箱工作。

背景技术

目前，较先进的禽蛋生产场一般都具有一整套自动化禽蛋包装设备，禽蛋产出后落入输运带，送至验蛋机，剔除破壳蛋，进入洗蛋机自动清洗，再送向禽蛋处理机，可自动涂膜、干燥等，最后进入选蛋机进行自动检数、分级和包装，为鲜壳蛋销售和蛋品加工提供优质原料奠定了基础。美国、澳大利亚、日本、荷兰等国家鲜蛋处理的自动化技术水平很高，但蛋包装的最后一道工序—禽蛋和蛋托盘装箱没有得到很好的解决，以目前禽蛋自动生产线设备市场占有率90%以上的MOBA公司产品为例，即使在最新型的Omnia 330生产线中，装箱工序仍然采用人工进行，限制了其生产效率的进一步提高。目前禽蛋自动装箱机构研究尚属起步阶段，公开号为CN1485616中国专利禽蛋品质无损自动检测分级设备及方法涉及应用计算机图像采集技术研制的一种禽蛋品质无损自动检测设备及其方法，一种由蛋传送带、机架和集蛋台组成的禽蛋品质无损自动检测设备，带有一个受计算机程序控制的用于识别破损蛋的检测装置和一个用于剔除破损蛋的分级机构总成所组成的作业系统，能实现禽蛋的分级和包装功能，但其效率低下，其设备单条生产线处理禽蛋能力为1-2枚/秒，且包装过程中不能包括蛋托；公开号为CN101337585的中国专利一种瓶盖自动装箱装置涉及一种瓶盖自动装箱装置，属于瓶盖自动装箱装置结构技术领域，包括瓶盖摆放装置、瓶盖吸附装置和瓶盖装箱装置三部分，瓶盖吸附装置活动链接于支架上梁，设于瓶盖摆放装置和瓶盖装箱装置的上方，瓶盖摆放装置和瓶盖装箱装置并行防止，瓶盖吸附装置可沿支架上梁进行直线运动，但此设备若用于禽蛋装箱，则只能吸附禽蛋无法吸附蛋托，禽蛋为易碎品，此设备在禽蛋装箱领域不具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提高禽蛋生产线的效率、包装过程中能包括蛋托。本发明提供了一种禽蛋自动装箱机械手。本发明采用PLC控制模块，程序编制可实现模块化，可适用于不同生产速率的生产线及不同的包装箱，并采用气压传动，清洁便捷，易于扩展。

本发明所采用的技术方案是，本发明的构成包括机械系统和控制系统。机械系统包括机架1、机械臂101、进料传输带102和出料传输带103，机械臂包括上臂导轨2、上臂3、上臂滑块4、上臂气缸5、下臂气缸8、下臂滑块9、下臂导轨10、下臂11和抓取装置；机械臂101通过上臂导轨2和上臂滑块4安装于机架1上，进料传输带102和出料传输带103置于机械臂101的下方两侧，进料传输带102和出料传输带103相对距离根据生产需要进行调整；上臂滑块4安装于上臂导轨2上，上臂滑块4相对上臂导轨2滑动；上臂气缸5螺纹固定于机架1上，上臂气缸5活塞杆末端与上臂滑块4螺纹联接；上臂3上装有下臂导轨10和下臂气缸8，均通过螺纹联接；整个下臂11安装于下臂导轨10上，下臂11相对下臂导轨10滑动，下臂气缸8限制下臂11的行程；抓取装置包括吸盘架14、禽蛋吸盘16、蛋托吸盘15，吸盘通过螺纹固定联接在吸盘架14上，吸盘架14与下臂11通过螺纹联接；控制系统包括PLC模块、水平右限位传感器6、水平左限位传感器12、垂直限位传感器13、气缸电磁阀；控制系统采用闭环结构，气缸电磁阀为输出部件，与PLC的执行端连接；水平右限位传感器6、水平左限位传感器12、垂直限位传感器13为信号输入和反馈部件，与PLC的信号输入、输出端连接，形成闭环系统。

本发明具体控制方法：

A.设定PLC模块位置初始值：启动机械系统，当进料传输带102将待装箱物料104输送到装箱位置时，PLC寄存器VW0记录进料检测传感器17的数据；当出料传输带103将包装箱105输送到装箱位置时，PLC寄存器VW1记录出料检测传感器18的数据；当机械臂101水平运动到待装箱物料104位置时，PLC寄存器VW3记录水平右限位传感器6的数据；当抓取装置与待装箱物料104接触时，PLC寄存器VW4记录垂向限位传感器13的数据；当机械臂101水平运动到包装箱105位置时，PLC寄存器VW5记录水平左限位传感器12的数据；当抓取装置将待装箱物料104放入包装箱105时，PLC寄存器VW6记录垂向限位传感器传感器13的数据；以上VW0-VW6的数据设置为PLC模块的初始值。

B.检测待装箱物料104位置：进料传输带102开始工作后，PLC寄存器VW7不断记录进料检测传感器17的数据，并与寄存器VW0中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW7-VW0=0，则进料传输带102将待装箱物料104输送到位，进料传输带102随之停止工作，待装箱物料104到达指定位置；

b）．若寄存器中数据：VW7-VW0≠0，则进料传输带102未将待装箱物料104输送到位， 进料传输带102继续工作。

C.检测包装箱105位置：出料传输带103开始工作后，PLC寄存器VW8不断记录出料检测传感器18的数据，并与寄存器VW1中的数据进行比较:

a）．若寄存器中数据：VW8-VW1=0，则出料传输带103将包装箱105输送到位，出料传输带103随之停止工作，包装箱105到达指定位置；

b）.若寄存器中数据：VW8-VW1≠0。则出料传输带103未将包装箱105输送到位，出料传输带103继续工作。

D.检测机械臂101水平位置：进料传输带102将待装箱物料104输送到位后，机械臂101开始水平移动，PLC寄存器VW9不断记录水平右限位传感器6的数据，并与寄存器VW3中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW9-VW3=0，则机械臂101水平右移动到位，机械臂101水平移动随之停止；

b）.若寄存器中数据：VW9-VW3≠0，则机械臂101水平右移动未到位，机械臂101继续水平移动。

E.检测抓取装置垂向位置：机械臂101水平右移动到位后，下臂气缸8开始工作，驱动抓取装置向下运动，PLC寄存器VW10不断记录垂向限位传感器13的数据，并与寄存器VW4中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW10-VW4=0，则抓取装置垂向运动到位，抓取装置随之停止运动，并开始抓取待装箱物料104；

b）．若寄存器中数据：VW10-VW4≠0，则抓取装置垂向运动未到位，抓取装置继续向下运动。

F.检测机械臂101水平位置：抓取装置将待装箱物料104抓取完毕后，机械臂101开始向左水平移动，PLC寄存器VW11不断记录水平左限位传感器12的数据，并与寄存器VW5中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW11-VW5=0，则机械臂101水平左移动到位，机械臂101水平移动随之停止；

b）．若寄存器中数据：VW11-VW5≠0，则机械臂101水平左移动未到位，机械臂101继续水平左移动。

G.检测抓取装置垂向位置：机械臂101水平左移动到位后，下臂气缸8开始工作，驱动抓取装置向下运动，PLC寄存器VW12不断记录垂向限位传感器13的数据，并与寄存器VW6中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW12-VW6=0，则抓取装置垂向运动到位，抓取装置随之停止运动，并将待装箱物料104放入包装箱105内，至此一个工作循环完成；

b）．若寄存器中数据：VW12-VW6≠0，则抓取装置垂向运动未到位，抓取装置继续向下运动。

本发明的有益效果有：

    （1）本机械手结构简单，制造成本较低，价格相对便宜。

（2）机械手滑动部分采用直线导轨，在精确气缸的配合下，可以保证机械手装箱的精确性，核心部件为免维护气缸，整体维护成本低。

（3）控制系统采用了PLC模块，程序编制可实现模块化，当生产环境改变时，只需要调整程序模块即可。

（4）机械手抓取装置采用模块化设计，当所使用的包装箱改变时，更换抓取模块即可立即投入生产。

（5）生产效率高,本设备单条生产线最大处理能力为10800枚/小时，生产线条数可以根据生产需要进行扩充。

附图说明

图1是禽蛋自动装箱机械手系统总装配图。

图2是禽蛋自动装箱机械手系统的主视图。

图3是禽蛋自动装箱机械手系统的俯视图。

图4是机械手部分装配图。

图5是抓取装置装配图。

图6是禽蛋自动装箱机械手的工作流程图。

图中： 101，装箱机械手； 102进料传输带；103出料传输带；104待装箱物料；105包装箱；1机架；2上臂滑轨；3上臂；4上臂滑块；5上臂气缸；6水平右限位传感器；7下臂气缸座；8下臂气缸；9下臂滑块；10下臂滑轨；11下臂；12水平左限位传感器；13垂向限位传感器；14吸盘架；15蛋托吸盘；16禽蛋吸盘；17进料检测传感器；18出料检测传感器。

具体实施方式

附图为本发明的具体实施例。

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。

参见图1、图2和图3所示，机械臂101装在进料传输带102和出料传输带103的上方两侧，通过机架1固定，机架1的高度可根据具体生产要求（如包装箱和蛋托的尺寸等）进行调整；进料传输带102和出料传输带103相对于机架1横轴中心面对称放置，距离为285-300mm；传感器17用于测定待装箱物料输送到位，传感器18用于测定包装箱输送到位。

参见图4和图5所示，上臂滑块4安装于上臂导轨2上，上臂滑块4相对上臂导轨2滑动；上臂气缸5螺纹固定于机架1上，上臂气缸5活塞杆末端与上臂滑块4螺纹联接；上臂3上装有下臂导轨10和下臂气缸8，均通过螺纹联接；整个下臂11安装于下臂导轨10上，下臂11相对下臂导轨10滑动，下臂气缸8限制下臂11的行程；抓取装置包括吸盘架14、禽蛋吸盘16和蛋托吸盘15，吸盘通过螺纹固定联接在吸盘架14上，吸盘架14与下臂11通过螺纹联接。

装箱方法参见图6机械手工作流程图：

A.启动PLC,复位，进料传输带102和出料传输带103开始工作；

B.待装箱物料104输送到待装箱位置，传感器17将信号传至PLC；

C.PLC根据机械手上臂3位置确定上臂气缸5的运动方向；

D.上臂气缸5开始工作，驱动上臂3到指定待装箱位置；

E.PLC根据下臂11位置确定下臂气缸8的运动方向；

F.下臂气缸8开始工作，驱动下臂11到指定待装箱位置；

G.吸盘15、16与蛋托及禽蛋接触，PLC控制吸盘电磁阀打开，吸盘15、16开始吸取禽蛋和蛋托；

H.PLC控制下臂气缸8运动，驱动下臂11到装箱位置；

I.PLC控制上臂气缸5运动，驱动上臂3到装箱位置；

J.水平左限位传感器12将信号传至PLC，PLC控制下臂气缸8运动，开始装箱；

K.垂向限位传感器13记录下臂气缸8的活塞杆位移，并将信号传至PLC；

L.根据当前包装箱中的禽蛋层数和待装箱蛋托104的当前位置，PLC控制下臂气缸8工作到禽蛋装箱位置，下臂11运动完成；

M.PLC控制吸盘电磁阀关闭，吸盘15、16停止工作，禽蛋及蛋托落入包装箱内；

N.一次装箱流程完成，PLC开始控制下一次装箱过程。 

Claims (4)

1.禽蛋自动装箱机械手，其特征在于，由机械系统和控制系统组成；机械系统包括机架（1）、机械臂（101）和进料传输带(102)、出料传输带(103)，机械臂包括上臂导轨（2）、上臂（3）、上臂滑块（4）、上臂气缸（5）、下臂气缸（8）、下臂滑块（9）、下臂导轨（10）、下臂（11）和抓取装置；机械臂（101）通过上臂导轨（2）和上臂滑块（4）安装于机架（1）上，进料传输带（102）和出料传输带（103）置于机械臂（101）的下方两侧，进料传输带（102）和出料传输带（103）相对距离根据生产需要进行调整；上臂滑块（4）安装于上臂导轨（2）上，上臂滑块（4）相对上臂导轨（2）滑动；上臂气缸（5）螺纹固定于机架（1）上，上臂气缸（5）活塞杆末端与上臂滑块（4）螺纹联接；上臂（3）上装有下臂导轨（10）和下臂气缸（8），均通过螺纹联接；整个下臂（11）安装于下臂导轨（10）上，下臂（11）相对下臂导轨（10）滑动，下臂气缸（8）限制下臂（110）的行程；抓取装置包括吸盘架(14)、禽蛋吸盘(16)、蛋托吸盘（15），吸盘通过螺纹固定联接在吸盘架（14）上，吸盘架（14）与下臂（11）通过螺纹联接；控制系统包括PLC模块、水平右限位传感器（6）、水平左限位传感器（12）、垂直限位传感器（13）、气缸电磁阀；控制系统采用闭环结构，气缸电磁阀为输出部件，与PLC的执行端连接；水平右限位传感器（6）、水平左限位传感器（12）、垂直限位传感器（13）为信号输入和反馈部件，分别与PLC的信号输入、输出端连接，形成闭环系统。

2.根据权利要求1所述的禽蛋自动装箱机械手，其特征在于，所述进料传输带（102）和出料传输带（103）相对于机架（1）横轴中心面对称放置。

3.利用权利要求1所述的禽蛋自动装箱机械手的装箱方法，其特征在于，具体步骤为：

A.启动PLC,复位，进料传输带（102）和出料传输带（103）开始工作；

B.待装箱物料（104）输送到待装箱位置，传感器（17）将信号传至PLC；

C.PLC根据机械手上臂（3）位置确定上臂气缸（5）的运动方向；

D.上臂气缸（5）开始工作，驱动上臂（3）到指定待装箱位置；

E.PLC根据下臂（11）位置确定下臂气缸（8）的运动方向；

F.下臂气缸（8）开始工作，驱动下臂（11）到指定待装箱位置；

G.吸盘（15、16）与蛋托及禽蛋接触，PLC控制吸盘电磁阀打开，吸盘（15、16）开始吸取禽蛋和蛋托；

H.PLC控制下臂气缸（8）运动，驱动下臂（11）到装箱位置；

I.PLC控制上臂气缸（5）运动，驱动上臂（3）到装箱位置；

J.水平左限位传感器（12）将信号传至PLC，PLC控制下臂气缸（8）运动，开始装箱；

K.垂向限位传感器（13）记录下臂气缸（8）的活塞杆位移，并将信号传至PLC；

L.根据当前包装箱中的禽蛋层数和待装箱蛋托（104）的当前位置，PLC控制下臂气缸（8）工作到禽蛋装箱位置，下臂（11）运动完成；

M.PLC控制吸盘电磁阀关闭，吸盘（15、16）停止工作，禽蛋及蛋托落入包装箱内；

N.一次装箱流程完成，PLC开始控制下一次装箱过程。

4.利用权利要求1所述的禽蛋自动装箱机械手的控制方法，其特征在于，具体步骤为：

A.设定PLC模块位置初始值：启动机械系统，当进料传输带（102）将待装箱物料（104）输送到装箱位置时，PLC寄存器VW0记录进料检测传感器（17）的数据；当出料传输带（103）将包装箱（105）输送到装箱位置时，PLC寄存器VW1记录出料检测传感器（18）的数据；当机械臂（101）水平运动到待装箱物料（104）位置时，PLC寄存器VW3记录水平右限位传感器（6）的数据；当抓取装置与待装箱物料（104）接触时，PLC寄存器VW4记录垂向限位传感器（13）的数据；当机械臂（101）水平运动到包装箱（105）位置时，PLC寄存器VW5记录水平左限位传感器（12）的数据；当抓取装置将待装箱物料（104）放入包装箱（105）时，PLC寄存器VW6记录垂向限位传感器传感器（13）的数据；以上VW0-VW6的数据设置为PLC模块的初始值；

B.检测待装箱物料（104）位置：进料传输带（102）开始工作后，PLC寄存器VW7不断记录进料检测传感器（17）的数据，并与寄存器VW0中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW7-VW0=0，则进料传输带（102）将待装箱物料（104）输送到位，进料传输带（102）随之停止工作，待装箱物料（104）到达指定位置；

b）．若寄存器中数据：VW7-VW0≠0，则进料传输带（102）未将待装箱物料（104）输送到位， 进料传输带（102）继续工作；

C.检测包装箱（105）位置：出料传输带（103）开始工作后，PLC寄存器VW8不断记录出料检测传感器（18）的数据，并与寄存器VW1中的数据进行比较:

a）．若寄存器中数据：VW8-VW1=0，则出料传输带（103）将包装箱（105）输送到位，出料传输带（103）随之停止工作，包装箱（105）到达指定位置；

b）.若寄存器中数据：VW8-VW1≠0，则出料传输带（103）未将包装箱（105）输送到位，出料传输带（103）继续工作；

D.检测机械臂（101）水平位置：进料传输带（102）将待装箱物料（104）输送到位后，机械臂（101）开始水平移动，PLC寄存器VW9不断记录水平右限位传感器（6）的数据，并与寄存器VW3中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW9-VW3=0，则机械臂（101）水平右移动到位，机械臂（101）水平移动随之停止；

b）.若寄存器中数据：VW9-VW3≠0，则机械臂（101）水平右移动未到位，机械臂（101）继续水平移动；

E.检测抓取装置垂向位置：机械臂（101）水平右移动到位后，下臂气缸（8）开始工作，驱动抓取装置向下运动，PLC寄存器VW10不断记录垂向限位传感器（13）的数据，并与寄存器VW4中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW10-VW4=0，则抓取装置垂向运动到位，抓取装置随之停止运动，并开始抓取待装箱物料（104）；

b）．若寄存器中数据：VW10-VW4≠0，则抓取装置垂向运动未到位，抓取装置继续向下运动；

F.检测机械臂（101）水平位置：抓取装置将待装箱物料（104）抓取完毕后，机械臂（101）开始向左水平移动，PLC寄存器VW11不断记录水平左限位传感器（12）的数据，并与寄存器VW5中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW11-VW5=0，则机械臂（101）水平左移动到位，机械臂（101）水平移动随之停止；

b）．若寄存器中数据：VW11-VW5≠0，则机械臂（101）水平左移动未到位，机械臂（101）继续水平左移动；

G.检测抓取装置垂向位置：机械臂（101）水平左移动到位后，下臂气缸（8）开始工作，驱动抓取装置向下运动，PLC寄存器VW12不断记录垂向限位传感器（13）的数据，并与寄存器VW6中的数据进行比较：

a）．若寄存器中数据：VW12-VW6=0，则抓取装置垂向运动到位，抓取装置随之停止运动，并将待装箱物料（104）放入包装箱（105）内，至此一个工作循环完成；

b）．若寄存器中数据：VW12-VW6≠0，则抓取装置垂向运动未到位，抓取装置继续向下运动。

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