CN104715672B - 自动化模拟包装系统实训平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于教学用具技术领域，公开了一种自动化模拟包装系统实训平台，包括：底座以及安装在所述底座上的送料单元、抓取单元、包装单元和控制单元，所述送料单元、抓取单元、包装单元均与所述控制单元连接；所述送料单元用于输送待包装件，所述抓取单元用于将所述送料单元输送来的待包装件抓取并送至包装单元，并将包装后的包装件取走，所述包装单元用于对所述送料单元送来的待包装件进行包装。本发明将运动控制、生产过程控制两个控制体系相结合，按照真实的工业标准设计，模拟出自动包装机工作流程进行教学，空间占用较少；学员可以直观地感受到通过编程控制后设备实现的动作，增强了人与设备的交互，训练效果更好。

Description

自动化模拟包装系统实训平台

技术领域

本发明涉及教学用具技术领域，特别涉及自动化模拟包装系统实训平台。

背景技术

目前的自动化包装教学平台的设计均以单纯理论验证为主流，以编程练习，控制应用为主，教学器械中实际工业控制元素偏少，无法模拟出工业中的完整的包装机工作流程，学员无法切身感受真实的操作环境，或者无法直观地观察通过编程控制的设备是如何运行的，人与设备的交互较少，缺少系统维护与人为故障设置检测及排除的训练功能，训练效果不理想。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为解决现有的自动化包装教学平台均以理论和编程控制为主，教学用具无法模拟真实的设备运行，人与设备交互较少，没有对设备故障及检测的训练，导致训练效果不理想的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动化模拟包装系统实训平台，包括：底座以及安装在所述底座上的送料单元、抓取单元、包装单元和控制单元，所述送料单元、抓取单元、包装单元均与所述控制单元连接；所述送料单元用于输送待包装件，所述抓取单元用于将所述送料单元输送来的待包装件抓取并送至包装单元，并将包装后的包装件取走，所述包装单元用于对所述送料单元送来的待包装件进行包装。

其中，所述送料单元包括料槽和设置在所述料槽一端的第一双作用气缸，所述第一双作用气缸与所述控制单元连接，所述料槽用于放置待包装件，所述第一双作用气缸的伸缩杆端部连接有挡板，所述挡板用于推动所述待包装件在所述料槽内移动。

其中，所述料槽设有放料区和取料区，所述放料区和取料区均分别设有放料传感器和取料传感器，所述放料传感器和取料传感器均与所述控制单元连接；所述取料传感器用于检测所述取料区是否有待包装件，当检测到取料区有待包装件时，控制单元控制第一双作用气缸停止动作；当未检测到待包装件时，控制单元控制第一双作用气缸带动所述挡板向所述放料区移动；所述放料传感器用于检测所述放料区是否有待包装件，当检测到放料区有待包装件时，控制单元控制第一双作用气缸带动所述挡板及待包装件向所述取料区移动；所述挡板连接有限位开关限位开关，所述限位开关用于限定所述挡板在所述料槽内的运动范围。

其中，所述料槽位于所述取料区和放料区处均设有检测孔，所述取料传感器和放料传感器均安装在所述料槽的下方，并分别通过所述检测孔进行检测。

其中，所述抓取单元包括：固定座、电机、旋转座、双作用气缸、悬臂和机械手，所述电机安装在所述固定座上，所述旋转座转动连接在所述固定座上，所述旋转座设有主轴，所述主轴通过传动齿轮组与所述电机连接；所述悬臂可伸缩，所述悬臂的固定端与所述双作用气缸的活塞端铰接，所述悬臂的可动端与所述机械手连接；所述悬臂与所述旋转座之间连接有支撑臂，所述支撑臂可伸缩，所述支撑臂用于带动所述悬臂实现俯仰动作。

其中，所述机械手与所述悬臂的连接处设有回转气缸，所述机械手悬挂连接在所述悬臂的可动端，所述回转气缸用于带动所述机械手在水平方向转动；所述机械手连接有第二双作用气缸，所述第二双作用气缸用于控制所述机械手实现松开和抓紧动作，所述机械手用于抓取所述待包装件和包装件。

其中，所述包装单元包括裹包器和操作台，所述操作台用于放置所述待包装件；所述操作台连接有步进电机，所述步进电机用于带动所述操作台和待包装件在水平方向转动；所述裹包器连接有第三双作用气缸，所述第三双作用气缸用于带动所述裹包器上下移动。

其中，所述控制单元设有PLC自动控制模块。

其中，所述底座有多个滑轮，所述滑轮均设有制动模块。

其中，所述抓取单元、送料单元以及包装单元仅通过固定件与所述底座连接。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明公布了一种自动化模拟包装系统实训平台，根据工业自动包装机的工作过程原理，将运动控制、过程控制两个控制体系相结合，按照真实的工业标准设计，模拟出自动包装机工作流程进行教学；将多个操作单元集合到同一底座上，空间占用较少；通过使用和观察本发明所述自动化模拟包装系统实训平台，学员可以直观地感受到通过编程控制后设备实现的动作，可以通过观察设备的运行情况对控制方式或程序进行修改，增强了人与设备的交互，训练效果更好。

附图说明

图1是本发明所述自动化模拟包装系统实训平台的正视图；

图2是本发明所述送料单元的结构示意图；

图3是本发明所述抓取单元的结构示意图；

图4是本发明所述包装单元的结构示意图；

图5是图1的右视图；

图6是图1的俯视图；

图7是本发明所述自动化模拟包装系统实训平台的立体结构示意图。

其中，1、底座；2、滑轮；3、固定件；4、抓取单元；5、送料单元；6、包装单元；7、控制单元；8、悬臂；9、支撑臂；10、回转气缸；11、第二双作用气缸；12、电机；13、传动齿轮组；14、步进电机；15、第三双作用气缸；16、第一双作用气缸；17、料槽；18、料仓；19、第四双作用气缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-4所示，本发明公布了一种自动化模拟包装系统实训平台，包括：底座1以及安装在所述底座1上的送料单元5、抓取单元4、包装单元6和控制单元7，所述送料单元5、抓取单元4、包装单元6均与所述控制单元7连接；所述送料单元5用于输送待包装件，所述抓取单元4用于将所述送料单元5输送来的待包装件抓取并送至包装单元6，并将包装后的包装件取走，所述包装单元6用于对所述送料单元5送来的待包装件进行包装。本发明对生产现场的真实设备进行模拟，并将多个操作单元集合到同一底座1上，以便减小空间的占用；通过使用和观察本发明所述自动化模拟包装系统实训平台，学员可以直观地感受到通过编程控制后设备实现的动作，可以通过观察设备的运行情况对控制方式或程序进行修改，增强了人与设备的交互，训练效果更好。

具体的，所述送料单元5包括料槽17和设置在所述料槽17一端的第一双作用气缸16，所述第一双作用气缸16与所述控制单元7连接，所述料槽17用于放置待包装件，所述第一双作用气缸16的伸缩杆端部连接有挡板，所述挡板用于推动所述待包装件在所述料槽17内移动。所述料槽17设有放料区和取料区，所述放料区和取料区均分别设有放料传感器和取料传感器，所述放料传感器和取料传感器均与所述控制单元7连接；所述取料传感器用于检测所述取料区是否有待包装件，当检测到取料区有待包装件时，控制单元7控制第一双作用气缸16停止动作；当未检测到待包装件时，控制单元7控制第一双作用气缸16带动所述挡板向所述放料区移动；所述放料传感器用于检测所述放料区是否有待包装件，当检测到放料区有待包装件时，控制单元7控制第一双作用气缸16带动所述挡板及待包装件向所述取料区移动；所述挡板连接有限位开关限位开关，所述限位开关用于限定所述挡板在所述料槽17内的运动范围。

优选的，在所述放料区的上方设有料仓18，粮仓18连接在料槽17的两侧，待包装件叠摞存放在料仓18内，料槽17内的待包装件取走后，其上方的待包装件自动落到料仓下方的料槽17上，等待下一次被推走。当然，此处的料仓18也可通过控制单元7控制其放料速度或放料时间间隔。

工作时，取料传感器检测到取料区没有待包装件，将信号传给控制单元7，控制单元7接收到信号后，控制第一双作用气缸16驱动伸缩杆与挡板向放料区移动，当挡板运动到放料区后，操作人员将待包装件放置到放料区；放料传感器检测到待包装件后，将信号传给控制单元7，控制单元7接收到信号后，控制第一双作用气缸16收缩，挡板推动待包装件沿着料槽17向取料区移动；挡板移动过程中，通过限位开关控制其移动的极限值，确保挡板只能在取料区和放料区之间移动，保证送料动作正常进行。当取料传感器检测到取料区有待包装件时，第一双作用气缸16停止动作。抓取单元4将待包装件从取料区抓走，送至包装单元6，当有两个待包装件运送到包装单元6后，包装单元6开始包装；包装结束后，抓取单元4将包装后的包装件取走并送至包装件存储的地方。

优选的，为避免操作过程中碰到取料传感器或放料传感器，保证其能够正常工作，在所述料槽17位于所述取料区和放料区处均设有检测孔，所述取料传感器和放料传感器均安装在所述料槽17的下方，并分别通过所述检测孔进行检测。

具体的，所述抓取单元4包括：固定座、电机12、旋转座、悬臂8和机械手，所述电机12安装在所述固定座上，所述旋转座转动连接在所述固定座上，所述旋转座设有主轴，所述主轴通过传动齿轮组13与所述电机12连接；在所述旋转座的顶部连接有第四双作用气缸19，第四双作用气缸19用于与悬臂8铰接，所述第四双作用气缸19可伸缩，第四双作用气缸19用于带动整个悬臂8上下运动，以便调整悬臂8的高度，避免其在运行过程中碰到其他设备。所述悬臂8在水平面内可伸缩，所述悬臂8的固定端与所述第四双作用气缸19的活塞端铰接，所述悬臂8的可动端与所述机械手连接；所述悬臂8与所述第四双作用气缸19之间连接有支撑臂9，所述支撑臂9可伸缩，所述支撑臂9用于带动所述悬臂8实现俯仰动作。所述机械手与所述悬臂8的连接处设有回转气缸10，所述机械手悬挂连接在所述悬臂8的可动端，所述回转气缸10用于带动所述机械手在水平方向转动；所述机械手连接有第二双作用气缸11，所述第二双作用气缸11用于控制所述机械手实现松开和抓紧动作，所述机械手用于抓取所述待包装件和包装件。

电机12与旋转座均竖直安装，旋转座的主轴在底部与电机12的输出轴通过传动齿轮组13连接，实现电机12驱动旋转座转动的目的，进而带动整个悬臂8旋转。悬臂8与旋转座铰接，并通过可伸缩的支撑臂9连接，支撑臂9伸缩带动悬臂8实现俯仰动作；悬臂8本身可伸缩，可以带动连接在其可动端的机械手沿着悬臂8的长度方向前后移动；回转气缸10可以带动机械手在水平面内转动，以便调整机械手的方向；第二双作用气缸11带动机械手松开或抓紧，实现抓取和放下动作。整个抓取单元4可以实现：自身旋转、悬臂8俯仰、悬臂8伸缩、机械手转动等四个自由度的动作，保证抓取动作的正常进行，可以满足各种动作要求；抓取单元4的所有驱动件均通过控制单元7进行控制，以实现自动控制。

具体的，所述包装单元6包括裹包器和操作台，所述操作台用于放置所述待包装件；所述操作台连接有步进电机14，所述步进电机14用于带动所述操作台和待包装件在水平方向转动；所述裹包器连接有第三双作用气缸15，所述第三双作用气缸15用于带动所述裹包器上下移动。当有两个待包装件放到操作台上后，第三双作用气缸15带动裹包器由上到下缓缓移动，同时步进电机14带动操作台以及待包装件旋转，裹包器将包装袋缠绕到两个待包装件上，实现包装动作。包装结束后，抓取单元4将包装好的包装件取走，放置相应的存储区。

优选的，所述控制单元7设有PLC自动控制模块，以控制上述各单元的开机、停机以及实现各自的动作。

优选的，所述底座1有多个滑轮2，所述滑轮2均设有制动模块，以方便整个自动化模拟包装系统实训平台的移动和固定，减小搬运难度。

所述抓取单元4、送料单元5以及包装单元6仅通过固定件3与所述底座1连接，所述固定件3优选由铝型材制成。

为便于调整个单元之间的相对高度，每个单元的底部均连接有不同长度的支腿，各单元的支腿通过所述固定件3与底座1连接。

控制单元7由西门子S7-200可编程控制器系统、气动驱动、继电器及安全装置、传感器等工厂自动化基本要素组成。相关的压力阀和气缸换向阀布置在工作平台上的便于观察的位置。电缆走线通过走线槽整合规整，以保持美观，避免线缆被损坏。

由以上实施例可以看出，本发明具有以下优点：

(1)本发明根据工业自动包装机的工作过程原理，将运动控制、生产过程控制两个控制体系相结合，按照真实的工业标准设计，模拟出自动包装机工作流程进行教学；

(2)抓取单元4通过气缸、机械关节臂、齿轮、电机12等多系统构建，达到多自由度的工作范围空间位置的控制；

(3)本发明具有柔性化的特征设计，可以融入机加工和装配技能训练，元件选择和施工遵照真实企业标准；

(4)气缸换向电磁阀布置在工作台上便于观察的位置上，并摆放元件标示，便于实训教学；

(5)本发明设计有人为模拟工厂设备故障功能，可设置工业中常见的故障，训练学员综合分析解决实际问题的能力；

(6)学员可以得到PLC控制系统分析、I/O分配、设计原理图、接线、编程、调试等工作过程的综合知识实训；

(7)提供一个模拟自动包装机工作过程的机电控制综合实训环境，使学生对已学过的诸多单科专业和基础知识，通过该实训台得到全面的认识、综合的训练和实际运用，利于学员快速掌握工业自动化控制的基本知识；

(8)系统模拟工厂自动化应用中常见的故障类型，训练学生解决实际问题的能力，为今后进入工作打下良好基础；

(9)模拟包装机具有柔性化的特征设计，融入了机加工和装配技能训练等元素，综合培训一体化知识；

(10)结构简洁、美观，组成可靠，便于观察，底部安装带制动滑轮2，移动方便，固定快捷可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，包括：底座(1)以及安装在所述底座(1)上的送料单元(5)、抓取单元(4)、包装单元(6)和控制单元(7)，所述送料单元(5)、抓取单元(4)、包装单元(6)均与所述控制单元(7)连接；所述送料单元(5)用于输送待包装件，所述抓取单元(4)用于将所述送料单元(5)输送来的待包装件抓取并送至包装单元(6)，并将包装后的包装件取走，所述包装单元(6)用于对所述送料单元(5)送来的待包装件进行包装；

其中，所述送料单元(5)包括：料槽(17)、设置在所述料槽(17)一端的第一双作用气缸(16)和连接在所述料槽(17)上方的料仓(18)，所述第一双作用气缸(16)与所述控制单元(7)连接，所述料槽(17)用于放置待包装件，所述料仓(18)用于存放并向所述料槽(17)投放待包装件；所述第一双作用气缸(16)的伸缩杆端部连接有挡板，所述挡板用于推动所述待包装件在所述料槽(17)内移动。

2.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述料槽(17)设有放料区和取料区，所述料仓(18)设置在所述放料区的上方；所述放料区和取料区均分别设有放料传感器和取料传感器，所述放料传感器和取料传感器均与所述控制单元(7)连接；

所述取料传感器用于检测所述取料区是否有待包装件，当检测到取料区有待包装件时，控制单元(7)控制第一双作用气缸(16)停止动作；当未检测到待包装件时，控制单元(7)控制第一双作用气缸(16)带动所述挡板向所述放料区移动；

所述放料传感器用于检测所述放料区是否有待包装件，当检测到放料区有待包装件时，控制单元(7)控制第一双作用气缸(16)带动所述挡板及待包装件向所述取料区移动；

所述挡板连接有限位开关，所述限位开关用于限定所述挡板在所述料槽(17)内的运动范围。

3.如权利要求2所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述料槽(17)位于所述取料区和放料区处均设有检测孔，所述取料传感器和放料传感器均安装在所述料槽(17)的下方，并分别通过所述检测孔进行检测。

4.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述抓取单元(4)包括：固定座、电机(12)、第四双作用气缸(19)、旋转座、悬臂(8)和机械手，所述电机(12)安装在所述固定座上，所述旋转座转动连接在所述固定座上，所述旋转座设有主轴，所述主轴通过传动齿轮组(13)与所述电机(12)连接；所述第四双作用气缸(19)竖直安装在所述旋转座的顶部，所述悬臂(8)可伸缩，所述悬臂(8)的固定端与所述第四双作用气缸(19)的活塞端铰接，所述悬臂(8)的可动端与所述机械手连接；所述悬臂(8)与所述第四双作用气缸(19)之间连接有支撑臂(9)，所述支撑臂(9)可伸缩，所述支撑臂(9)用于带动所述悬臂(8)实现俯仰动作。

5.如权利要求4所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述机械手与所述悬臂(8)的连接处设有回转气缸(10)，所述机械手悬挂连接在所述悬臂(8)的可动端，所述回转气缸(10)用于带动所述机械手在水平方向转动；所述机械手连接有第二双作用气缸(11)，所述第二双作用气缸(11)用于控制所述机械手实现松开和抓紧动作，所述机械手用于抓取所述待包装件和包装件。

6.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述包装单元(6)包括裹包器和操作台，所述操作台用于放置所述待包装件；所述操作台连接有步进电机(14)，所述步进电机(14)用于带动所述操作台和待包装件在水平方向转动；所述裹包器连接有第三双作用气缸(15)，所述第三双作用气缸(15)用于带动所述裹包器上下移动。

7.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述控制单元(7)设有PLC自动控制模块。

8.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述底座(1)有多个滑轮(2)，所述滑轮(2)均设有制动模块。

9.如权利要求1所述的自动化模拟包装系统实训平台，其特征在于，所述抓取单元(4)、送料单元(5)以及包装单元(6)仅通过固定件(3)与所述底座(1)连接。