CN105573286B - 一种烟叶复烤智能化自动摆把系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，包括触摸屏、PLC控制模块、机器人控制模块、控制箱、示教器、机器人本体、机械夹具、机器人底座、烟叶框、摆把台、输送带；控制箱为金属箱体，控制箱内部安装机器人控制模块，箱体表面一侧嵌有PLC控制模块，PLC控制模块外侧安装触摸屏模块和示教器；机器人控制模块连接并控制机械夹具和机器人本体的动作，机械夹具和控制箱安装在机器人本体上，机器人本体安装在机器人底座上。本发明能自动控制并满足所有动作连贯运行，实现远程值守无人操作，提高安全性和准确性，完全实现了烟叶的自动摆把，替代传统的人工摆把方式，提高烟叶摆把的精准度，减少烟叶破损率，提高生产效率。

Description

一种烟叶复烤智能化自动摆把系统

技术领域

本发明属于自动化设备技术领域，尤其涉及一种烟叶复烤自动摆把系统。

背景技术

摆把是烟草行业的术语，是指烟叶在打叶复烤生产中，将烟叶从料框中按不同的质量和数量要求取出并摆放到传输工作台上的过程，该过程是整个打叶复烤生产线的第一个步骤，对生产线后续步骤至关重要。烟叶复烤是对初烤后的烟叶进一步深加工，其目的是对烟叶进行打叶和复烤，去除烟叶的烟梗、按不同质量要求控制烟叶中的水分、理化指标、烟叶色泽、杀虫去菌、去除沙土及杂物、装箱打包。烟叶按质量分类有若干不同的等级，不同香烟品种有各自不同的烟叶等级配方，在生产上就必须按配方要求将不同等级的烟叶配搭后进行打叶和复烤。在摆把工段，根据烟叶配方要求，将不同等级、不同数量的烟叶摆放在生产线传输皮带上，完成配比后由传输带将烟叶送至下一个工序进行生产。国内现有的摆把工段全部是人工完成，属于劳动密集型工种，全部依靠摆把工人采用人工完成烟草量取、转送、放置和铺展，突出的问题主要表现在生产效率低下、摆把精确度低、配方准确率差、劳动强度大、现场工作环境粉尘大、烟味浓厚、影响工人身心健康、增加职业病和劳动风险等。由于烟叶打叶复烤生产具有季节性和阶段性，工人的稳定性差，新老员工生产技能参差不齐，往往会影响生产的正常运转。因此，研发一种能替代人工摆把，实现全自动化的摆把作业的装置，是目前烟叶复烤行业亟待解决的问题，而国内目前还没有一种全自动的烟叶摆把系统，满足复烤生产自动化的需求。

目前，国内外对复烤烟叶摆把有一定的研究，如申请号为201310463455.2的《一种按重量划分复烤烟叶批次的方法》，但这些方法依然不够智能化，不能完全满足复烤烟叶自动摆把的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种使用方便、高效安全的智能化烟叶自动摆把系统。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，包括机器人自动摆把装置、烟叶框、摆把台、输送带；所述机器人自动摆把装置包括触摸屏模块、PLC控制模块、机器人控制模块、控制箱、示教器、机器人本体、机械夹具、机器人底座；所述控制箱为金属箱体，控制箱内部安装机器人控制模块，箱体表面一侧嵌有PLC控制模块，PLC控制模块外侧安装触摸屏模块和示教器；所述触摸屏模块设有COM1接口，示教器设有COM2接口，PLC控制模块设有COM3接口、COM4和COM5接口，机器人控制模块设有COM6接口；触摸屏模块的COM1接口与PLC控制模块的COM3接口通过RS485接口连接，示教器的COM2接口与PLC控制模块的COM4接口通过RS485接口连接，PLC控制模块的COM4接口与机器人控制模块的COM6接口通过RS485接口连接；机器人控制模块连接并控制机械夹具和机器人本体的动作，机械夹具和控制箱安装在机器人本体上，机器人本体安装在机器人底座上，烟叶框中间位置加装隔板，机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间。

优选的，所述机械夹具包括连接法兰盘、固定板、推料板、导向杆、导向滑块、水平推料气缸、垂直压料气缸、铲料杆、压料板、垂直气缸安装支架、连接筋。

优选的，所述触摸屏模块上设有触碰操作按键，用于在触摸屏上对该系统进行设定和操作，同时触摸屏的一部分能显示操作数据和故障报警。

优选的，所述控制箱一侧装有示教器，用于在示教器上编写系统程序，控制系统工作。

优选的，所述机械夹具上装有垂直压料气缸和水平推料气缸，分别用于对烟叶的夹紧和推送，烟叶框摆放位置上方安装有超声波检测传感器，用于检测烟叶框中烟叶堆放的高度，当向烟叶框中铲取烟叶时，如果检测到前方的烟叶框中没有烟叶，立即停止铲取并发出提示(烟叶框中无烟叶)，通知操作人员更换烟叶框；如果检测到烟叶框中有烟叶，烟叶框中烟叶高度为h，则自动从h高度开始进行铲取作业。输送带上设有红外对射装置，在摆把到输送带上时，能对输送带上特定位置进行检测(是否有烟叶)，检测到输送带上有烟叶时，停止铲取作业。烟叶框摆放位置下方设有位置检测装置，如果烟叶框未摆放到指定位置，则禁止启动机器人，并发出报警信息(烟叶框不在指定位置)。

优选的，所述烟叶框中间设有隔板，将一个烟叶框分为两个侧面，烟叶把头向外装置烟叶。

优选的，所述机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间位置，用于机器人自动摆把装置循环铲取左右两边烟叶框的烟叶。

优选的，所述左右两边的烟叶框放置在转台上，可以根据指令自动旋转180度，以实现左右两侧需要铲取的的烟叶正对机器人自动摆把装置。并设置限位传感器，检测转台是否转到位。

优选的，所述通过触摸屏设定，自动计算每一次铲取烟叶的厚度h和铲取频率，并自动计算出铲取完一框烟叶的次数N。

优选的，所述摆把台输送带上红外对射自动检测装置，检测摆把台输送带上是否已经有烟叶，自动决定将铲取烟叶放置在摆把台输送带上的时点，保证输送带上烟叶摆放均匀。

优选的，所述系统对铲取烟叶的数量进行自动计数统计，并自动传输到工厂后台调度中心，进入生产数据报表系统。

本发明还提供一种烟叶复烤智能化自动摆把系统的实施方法，步骤如下：

1)在示教器上设置好工作参数，初始状态下，水平推料气缸、垂直压料气缸处于收缩状态；

2)启动装置，系统开始自检，自检完成后，系统开始工作；

3)电机控制机器人本体，转动到正对烟叶框方向，机器人控制模块发出输出信号，控制机械夹具对准铲料点，超声波检测传感器检测前方是否有烟叶，并将结果反馈到PLC控制模块，在结果为有烟叶的情况下，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具伸入并铲取烟叶；

4)铲取步骤结束后，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具夹紧被铲取的烟叶，垂直压料气缸伸出将烟叶压紧，夹紧检测传感器检测机械夹具是否夹紧烟叶，在结果为已夹紧的情况下，进入下一步骤；

5)机械夹具离开烟叶框，机器人本体转动至与输送带垂直方向，将机械夹具放置于输送带，水平推料气缸向前推出，烟叶被卸放在输送带上，推送检测传感器检测推送是否到位；

6)卸料完成后水平推料气缸收缩，机器人本体旋转至烟叶框侧，本次铲料动作结束，进入下一铲料动作，在动作过程中，按照之前在示教器上设定的数值，降低铲料杆高度，铲取前一步骤同等量的烟叶；

7)重复前述步骤，直到超声波检测传感器检测到前方无烟叶或操作人员在触摸屏模块执行停止运行的操作；

8)机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间，通过系统控制，循环铲取左右两边烟叶框里面的烟叶。

本发明的优点在于：

1.本发明将自动摆把装置与烟叶框、摆把台生产线进行联动控制，形成了智能化自动摆把系统；

2.本发明的智能化自动摆把系统，为实现烟叶复烤工厂所有摆把生产线的全自动化集群控制和烟叶精准配方，提供了基础系统；

3.本发明的每次烟叶铲取数量，通过触摸屏设定，自动计算每一次铲取烟叶的厚度h和铲取频率，来实现铲取烟叶的数量和速度，并自动计算出铲取完一框烟叶的次数N和总时间，来实现工位之间的配合与调度；

4.本发明将自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间位置，自动摆把装置循环铲取左右两边烟叶框的烟叶，提高生产效率；

5.通过触摸屏模块与PLC相互通信，进行智能化人机交互；

6.PLC控制模块与机器人控制模块相互通信，实现对气缸电磁阀的控制和机械夹具的动作控制；

7.机械夹具上夹紧检测传感器、推送检测传感器，将信号反馈至PLC控制模块，形成闭环控制系统；

8.本系统实现了烟叶的自动摆把，完全替代传统的人工摆把方式，提高烟叶摆把的精准度，减少烟叶破损率，提高生产效率，提升烟叶复烤质量。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的系统结构布置示意图一；

图3是本发明的系统结构布置示意图二；

图4是本发明摆把装置结构示意图；

图5是本发明触摸屏及示教器面板示意图；

图6是本发明系统控制框图；

图7是本发明系统运行流程图。

图中所示：1为固定板、2为水平推料气缸、3为连接法兰盘、4为推料板、5为导向滑块、6为铲料杆、7为导向杆、8为垂直压料气缸、9为压料板、10为连接筋、11为垂直气缸安装支架、12为机器人本体、13为推料板限位环、14为夹紧检测传感器、15为推送检测传感器、16为烟叶框、17为输送带、18为控制箱、19为触摸屏模块、20为示教器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1～图7所示，一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，包括触摸屏模块19、PLC控制模块、机器人控制模块、控制箱18、示教器20、机器人本体12、机械夹具、机器人底座；所述机械夹具包括连接法兰盘3、固定板1、推料板4、导向杆7、导向滑块5、水平推料气缸2、垂直压料气缸8、铲料杆6、压料板9、垂直气缸安装支架11、连接筋10。所述控制箱18为金属箱体，如不锈钢箱体，控制箱18内部安装机器人控制模块，箱体表面一侧嵌有PLC控制模块，PLC控制模块外侧安装触摸屏模块19和示教器20；所述触摸屏模块19设有COM1接口，示教器20设有COM2接口，PLC控制模块设有COM3接口、COM4和COM5接口，机器人控制模块设有COM6接口；触摸屏模块19的COM1接口与PLC控制模块的COM3接口通过RS485接口连接，示教器20的COM2接口与PLC控制模块的COM4接口通过RS485接口连接，PLC控制模块的COM4接口与机器人控制模块的COM6接口通过RS485接口连接；机器人控制模块连接并控制机械夹具和机器人本体12的动作，机械夹具和控制箱安装在机器人本体12上，机器人本体12安装在机器人底座上。所述触摸屏模块19上设有触碰操作按键，用于在触摸屏上对该系统进行设定和操作，同时触摸屏的一部分显示操作数据和故障报警。所述控制箱一侧装有示教器，用于在示教器上编写系统程序，控制系统工作。所述烟叶复烤智能化自动摆把系统还包括烟叶框16和输送带17。所述控制箱18一侧装有示教器20，用于在示教器20上编写系统程序，控制系统工作。

如图4所示，所述机械夹具上装有垂直压料气缸8和水平推料气缸2，分别用于对烟叶的夹紧和推送，机械夹具上设有夹紧检测传感器14和推送检测传感器15；夹紧检测传感器14位于垂直压料气缸8上端，推送检测传感器15位于水平推料气缸2上；所述推料板限位环13用于限制推料板行程，夹紧检测传感器14用于检测机械夹具是否夹紧，推送检测传感器15用于检测推料板4的实时位置。

如图6所示，本发明为无人值守远程操作的智能化自动复烤烟叶系统，操作人员首先在示教器上设置好工作参数，初始状态下，水平推料气缸2、垂直压料气缸8处于收缩状态；启动装置，系统开始自检，自检完成后，系统开始工作；电机控制机器人本体12转动到正对烟叶框16方向，机器人控制模块发出输出信号，控制机械夹具对准铲料点，超声波检测传感器检测烟叶框16中是否有烟叶，并将结果反馈到PLC控制模块，在结果为有烟叶的情况下，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具运动并铲取烟叶；铲取步骤结束后，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具夹紧被铲取的烟叶，垂直压料气缸8伸出将烟叶压紧，夹紧检测传感器14检测机械夹具是否夹紧烟叶，在结果为已夹紧的情况下，进入下一步骤；机械夹具离开烟叶框，机器人本体12转动至与输送带17垂直方向，将机械夹具放置于输送带17，水平推料气缸2向前推出，烟叶被卸放在输送带17上，推送检测传感器15检测推送是否到位；卸料完成后水平推料气缸2收缩，机器人本体12旋转至烟叶框16侧，本次铲料动作结束，进入下一铲料动作，在动作过程中，按照之前在示教器20上设定的数值，降低铲料杆6高度，铲取前一步骤同等量的烟叶；重复前述步骤，直到超声波检测传感器检测到烟叶框16中无烟叶或操作人员在触摸屏模块19执行停止运行的操作。

如图7所示，通过在触摸屏上设定每次铲取烟叶的厚度h，自动计算铲每框烟叶的次数N，计算过程如下：

1)，烟叶框堆放处上方设有超声波传感器，能检测烟叶框16中烟叶离烟叶框16顶部的距离L，由于超声波安装位置距离地面高度H已知，则可以计算出烟叶框16中烟叶离地面高度H’，如式1：

H’＝H-L (式1)

2)，计算得出H’之后，再将设定每次铲取烟叶的厚度h代入计算，可以得出铲完烟叶需要的次数N，如式2；

N＝H’/h (式2)

3)，当超声波测得距离L≥H-H”(设定离烟叶框16底部安全距离，这是一个定值)，机器人禁止对烟叶进行铲取动作。

如图2和图3所示，机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框16中间位置，机器人自动摆把装置先铲取左边烟叶框16正对机器人本体一侧的烟叶，铲取完左边烟叶框16正对机器人自动摆把装置一侧的烟叶后，机器人自动摆把装置转到右边，铲取右边烟叶框16正对机器人本体一侧的烟叶；与此同时，系统自动控制左边烟叶框16下的转盘转动180度，将左边烟叶框16未铲取的另一侧烟叶转向机器人自动摆把装置，待右边烟叶框16正对机器人本体一侧的烟叶铲取完后，机器人自动摆把装置再自动转到左边，自动铲取左边烟叶框16已经转向正对机器人自动摆把装置的另一侧烟叶；与此同时，系统自动控制右边烟叶框16下的转盘转动180度，将右边烟叶框16未铲取的另一侧烟叶转向机器人自动摆把装置，待左边烟叶框16正对机器人自动摆把装置一侧的烟叶铲取完后，机器人自动摆把装置再转到右边，自动铲取右边烟叶框16已经转向正对机器人的另一侧烟叶；在该时间段，由于左边烟叶框16的烟叶已经铲取完毕，系统自动给出指示，将左边的空烟叶框16移走，将装满烟叶的新烟叶框16进入左边工位；等待右边烟叶铲取完毕后，机器人自动摆把装置转向左边，又开始铲取左边烟叶；在该时间段，由于右边烟叶框16的烟叶已经铲取完毕，系统自动给出指示，将右边的空烟叶框16移走，将装满烟叶的新烟叶框16进入右边工位，等待铲取。如此往复循环，机器人自动摆把装置循环铲取左右两边烟叶框16的烟叶。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，包括机器人自动摆把装置、烟叶框、摆把台、输送带；所述机器人自动摆把装置包括触摸屏模块、PLC控制模块、机器人控制模块、控制箱、示教器、机器人本体、机械夹具、机器人底座；所述控制箱为金属箱体，控制箱内部安装机器人控制模块，箱体表面一侧嵌有PLC控制模块，PLC控制模块外侧安装触摸屏模块和示教器；所述触摸屏模块设有COM1接口，示教器设有COM2接口，PLC控制模块设有COM3接口、COM4接口和COM5接口，机器人控制模块设有COM6接口；触摸屏模块的COM1接口与PLC控制模块的COM3接口通过RS485接口连接，示教器的COM2接口与PLC控制模块的COM4接口通过RS485接口连接，PLC控制模块的COM4接口与机器人控制模块的COM6接口通过RS485接口连接；机器人控制模块连接并控制机械夹具和机器人本体的动作，机械夹具和控制箱安装在机器人本体上，机器人本体安装在机器人底座上。

2.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，通过触摸屏模块，设定每一次铲取烟叶的厚度h，并自动计算出铲取完一框烟叶的次数N。

3.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，自动检测摆把台和输送带上烟叶的多少，自动决定将铲取烟叶放置在摆把台输送带上的时间和工位，保证输送带上烟叶摆放均匀，自动跟随输送带运动到下一工位。

4.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，所述烟叶框中间设有隔板，将一个烟叶框分为两部分。

5.根据权利要求4所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，所述机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间位置，机器人自动摆把装置分别从左右两边烟叶框交替循环铲取烟叶。

6.根据权利要求4所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，所述机器人自动摆把装置左右两边的烟叶框，可以根据指令自动旋转180度，以实现左右两侧需要铲取的烟叶正对机器人自动摆把装置。

7.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，触摸屏模块上能对铲取烟叶的数量进行自动计数统计，并自动传输到工厂后台调度中心，形成数据化智能管理。

8.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，所述触摸屏模块上设有触碰操作按键，用于在触摸屏上对该系统进行设定和操作，同时触摸屏的一部分用于显示操作数据和故障报警。

9.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，烟叶框摆放位置上方安装有超声波检测传感器，用于检测烟叶框中烟叶堆放的高度，当向烟叶框中铲取烟叶时，如果检测到前方的烟叶框中没有烟叶，立即停止铲取并发出提示表明烟叶框中无烟叶，通知操作人员更换烟叶框；如果检测到烟叶框中有烟叶，烟叶框中烟叶高度为h，则自动从h高度开始进行铲取作业，输送带上设有红外对射装置，在摆把到输送带上时，能对输送带上特定位置进行检测其是否有烟叶，检测到输送带上有烟叶时，停止铲取作业；烟叶框摆放位置下方设有位置检测装置，如果烟叶框未摆放到指定位置，则禁止启动机器人，并发出报警信息表明烟叶框不在指定位置。

10.根据权利要求1所述的一种烟叶复烤智能化自动摆把系统，其特征在于，所述烟叶复烤智能化自动摆把系统的实施方法，步骤如下：

1)在示教器上设置好工作参数，初始状态下，水平推料气缸、垂直压料气缸处于收缩状态；

2)启动装置，系统开始自检，自检完成后，系统开始工作；

3)电机控制机器人本体，转动到正对烟叶框方向，机器人控制模块发出输出信号，控制机械夹具对准铲料点，超声波检测传感器检测前方是否有烟叶，并将结果反馈到PLC控制模块，在结果为有烟叶的情况下，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具伸入并铲取烟叶；

4)铲取动作完成后，机器人控制模块发出指令，控制机械夹具夹紧被铲取的烟叶，垂直压料气缸伸出将烟叶压紧，夹紧检测传感器检测机械夹具是否夹紧烟叶，在结果为已夹紧的情况下，进入下一步骤；

5)机械夹具离开烟叶框，控制机器人本体转动至与输送带垂直方向，将机械夹具放置于输送带上方一定高度，水平推料气缸向前推出，烟叶被卸放在输送带上，推送检测传感器检测推送是否到位；

6)卸料完成后水平推料气缸收缩，机器人本体旋转至烟叶框侧，本次铲料动作结束，进入下一铲料动作，在动作过程中，按照之前在示教器上设定的数值，降低铲料杆高度，铲取前一步骤同等量的烟叶；

7)重复前述步骤，直到超声波检测传感器检测到前方无烟叶或操作人员在触摸屏模块执行停止运行的操作；

8)机器人自动摆把装置放置在左右两边烟叶框中间，通过系统控制，循环铲取左右两边烟叶框里面的烟叶。