CN105905331B - 一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法 - Google Patents

一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法，包括SCARA机器人、机器人底座、视觉组件、光源组件、出料输送机、机器人末端执行器、编码器、落槽装置、伺服输送机、灭菌盘，出料输送机放置在两个机器人底座的前侧，编码器安装在出料输送机的驱动轴上，光源组件对称安装在出料输送机的左部前后两侧，视觉组件安装在两个机器人底座中处于左方的机器人底座上，且视觉组件位于光源组件正上方，伺服输送机放置在两个机器人底座之间，灭菌盘放置在伺服输送机上，落槽装置跨在伺服输送机上。本发明能替代人工自动装盘，极大程度地提高了工作效率和装盘的一致性，保证软包装物品装盘整齐、不起皱，易于操作，降低了工人的劳动强度。

Description

一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及软包装物品生产技术领域，具体地说是一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法。
背景技术
软包装是指在充填或取出内装物后，容器形状可发生变化的包装。用纸、铝箔、纤维、塑料薄膜以及它们的复合物所制成的各种袋、盒、套、包封等均属于软包装。采用软包装物品种类比较多，也涉及到多个领域，比如医疗、食品等领域，在医疗中如输液袋，在食品领域如牛奶、饼干等，应用极其广泛。
这些软包装物品在包装完成后，早期主要是通过人工装盘，这种方式不仅效率低下，对工人的体能消耗非常大，难以适应自动化程度越来越高、产量越来越大的工况。市场上存在使用并联机器人取代人工的方式，但是这种方式的主要缺陷在于：这样的装盘方式无法保证软包装物品在灭菌盘中的姿态，导致软包装物品经常起皱、杂乱无章，不利于软包装物品的灭菌。且速度满足不了要求，需要工人重新摆放，没有替换人工，也没有节约成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种软包装物品自动装盘装置及其控制方法，可以满足软包装物品的全自动装盘，无需人工摆放，定位精确，快速装盘，稳定性高，装盘整齐。替代了人工，提高了生产效率。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
一种软包装物品自动装盘装置，包括SCARA机器人、机器人底座、视觉组件、光源组件、出料输送机、机器人末端执行器、编码器、落槽装置、伺服输送机、灭菌盘，所述SCARA机器人、机器人底座、机器人末端执行器均为两个，两个机器人底座的底部均通过膨胀螺栓固定在地面上，两个机器人末端执行器分别对应安装在两个SCARA机器人末端。
两个机器人底座对称分布在落槽装置的左右两侧，两个SCARA机器人分别对应固定在两个机器人底座上，所述出料输送机放置在两个机器人底座的前侧，所述出料输送机的右前侧设有驱动轴，所述的编码器安装在出料输送机的驱动轴上，所述的光源组件对称安装在出料输送机的左部前后两侧，所述视觉组件安装在两个机器人底座中处于左方的机器人底座上，且视觉组件位于光源组件正上方，伺服输送机放置在两个机器人底座之间，所述的灭菌盘放置在伺服输送机上，且灭菌盘随着伺服输送机步进，所述落槽装置跨在伺服输送机上，所述落槽装置的底部通过膨胀螺栓固定在地面上；
所述视觉组件、编码器均与SCARA机器人相连。
所述的机器人末端执行器包括安装板、真空发生器、气控单向阀、真空吸盘、真空阀、破坏阀、真空管路、破坏管路，所述的安装板固定在SCARA机器人的末端，所述真空发生器均安装在安装板上，所述真空吸盘与对应的真空发生器通过螺纹直接连接，省去了大量的气管，大大减少了需要抽成真空的空气总量，效果非常明显，所述气控单向阀与真空发生器通过螺纹直接连接，气控单向阀在此处的作用是，阻止破坏管路与真空发生器、真空吸盘相通，保证各组真空发生器和真空吸盘是互相独立的，同时，缩短了破坏管路，所述真空阀通过真空管路与所述真空发生器连接，所述破坏阀通过破坏管路与所述气控单向阀连接。
所述真空发生器的数量为四个。
所述落槽装置包括托盘、第一气缸、光轴、滑板、挡板、转轴、阀箱、第二气缸、骨架，所述光轴安装在骨架的上端，所述光轴的轴线与骨架的长度方向平行，所述转轴沿着光轴的轴线方向等间距的安装在光轴上，所述的托盘沿着光轴的轴线方向等间距的排布，所述托盘均固定在转轴上，所述第一气缸沿着光轴的轴线方向等间距的排布，所述第一气缸的一端均固定在骨架上，所述第一气缸的另一端均与转轴相铰接，所述滑板沿着骨架的长度方向等间距的固定在骨架上，所述阀箱固定在骨架的侧壁上，所述的阀箱中安装有控制第一气缸的电磁阀，所述第二气缸对称安装在骨架的侧壁上，所述挡板的左右两侧分别与对应的第二气缸相连，所述阀箱内放置有控制第一气缸、第二气缸的电磁阀。
所述安装板均采用黑色增强型加纤尼龙1010材质，降低了机器人的负载，使整机速度得到了提升。
所述安装板上通过连接螺栓固定有压板，所述压板采用黑色增强型加纤尼龙1010材质，减小抓取时软包装物品的变形，更加利于抓取。
所述出料输送机包括骨架、皮带和电机驱动单元，电机驱动单元和皮带均安装在骨架上，电机驱动单元与皮带相连以带动皮带不停转动。
所述伺服输送机包括骨架、滚轮、伺服电机、同步带组件和推板，所述滚轮对称分布在骨架的左右两侧，所述滚轮沿着骨架的宽度方向等间距的分布，所述同步带组件沿着平行于骨架的宽度方向固定在骨架的上端中部，所述伺服电机安装在同步带组件上，所述推板沿着同步带组件的运动方向等间距的安装在同步带组件上，所述灭菌盘放在两个推板之间所对应的滚轮上，所述伺服电机带动同步带组件和推板步进，所述推板推动灭菌盘在对应的滚轮上实现步进移动。
一种软包装物品自动装盘装置的控制方法，所述方法步骤如下：
第一步：软包装物品传送到出料输送机上；
第二步：软包装物品通过光源组件和视觉组件区域时，视觉组件判断软包装物品的姿态，编码器随出料输送机的驱动轴的转动而转动，精确测出软包装物品的输送距离；
第三步：视觉组件和编码器检测出的坐标和位移数据发送给SCARA机器人；
第四步：SCARA机器人带动机器人末端执行器对软包装物品进行准确可靠地抓取；
第五步：SCARA机器人抓取软包装物品，放置在落槽装置的托盘上；
第六步：落槽装置使的托盘在第一气缸的推动下，绕光轴旋转，在一定的速度下，软包装物品通过滑板整齐地落在灭菌盘上；
当软包装物品落在托盘上时，SCARA机器人向控制第一气缸的电磁阀发送指令，第一气缸推出，托盘绕所述的光轴转动，将软包装物品送至滑板，沿滑板落下时，在挡板的作用下，软包装物品整齐地落在灭菌盘中。
本发明的有益效果是：本发明能替代人工自动装盘，极大程度地提高了工作效率和装盘的一致性，同时，保证软包装物品装盘整齐、不起皱，易于操作，降低了工人的劳动强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的机器人末端执行器的结构示意图；
图3为本发明的落槽装置的立体结构示意图；
图4为本发明的落槽装置的阀箱与电磁阀连接的立体结构示意图；
图5为本发明的出料输送机的结构示意图；
图6为本发明的伺服输送机的立体结构示意图；
图7为本发明的落槽装置、伺服输送机、灭菌盘连接的立体结构示意图；
图8为本发明的SCARA机器人、机器人底座、视觉组件、光源组件、出料输送机、机器人末端执行器连接的结构示意图；
图9为本发明的视觉组件的结构示意图；
图10为本发明的光源组件的结构示意图；
图11为本发明的托盘、第一气缸、光轴、滑板、转轴连接的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图11所示，一种软包装物品自动装盘装置，包括SCARA机器人1、机器人底座2、视觉组件3、光源组件4、出料输送机5、机器人末端执行器6、编码器7、落槽装置8、伺服输送机9、灭菌盘10，所述SCARA机器人1、机器人底座2、机器人末端执行器6均为两个，两个机器人底座2的底部均通过膨胀螺栓固定在地面上，两个机器人末端执行器6分别对应安装在两个SCARA机器人1末端。
两个机器人底座2对称分布在落槽装置8的左右两侧，两个SCARA机器人1分别对应固定在两个机器人底座2上，所述出料输送机5放置在两个机器人底座2的前侧，所述出料输送机5的右前侧设有驱动轴，所述的编码器7安装在出料输送机5的驱动轴上，所述的光源组件4对称安装在出料输送机5的左部前后两侧，所述视觉组件3安装在两个机器人底座2中处于左方的机器人底座2上，且视觉组件3位于光源组件4正上方，伺服输送机9放置在两个机器人底座2之间，所述的灭菌盘10放置在伺服输送机9上，且灭菌盘10随着伺服输送机9步进，所述落槽装置8跨在伺服输送机9上，所述落槽装置8的底部通过膨胀螺栓固定在地面上，以保证工作时平稳牢固。
所述视觉组件3、编码器7均与SCARA机器人1相连。
所述的机器人末端执行器6包括安装板601、真空发生器602、气控单向阀603、真空吸盘604、真空阀607、破坏阀608、真空管路609、破坏管路610，所述的安装板601固定在SCARA机器人1的末端，所述真空发生器602均安装在安装板601上，所述真空吸盘604与对应的真空发生器602通过螺纹直接连接，省去了大量的气管，大大减少了需要抽成真空的空气总量，选用能耗较低的真空发生器602就可以实现软包装物品的快速抓取。避免了资源浪费，提高了生产效率，极大提高了形成真空的速度的同时，降低了真空发生器602的能耗，效果非常明显，所述气控单向阀603与真空发生器602通过螺纹直接连接，气控单向阀603在此处的作用是，阻止破坏管路与真空发生器602、真空吸盘604相通，保证各组真空发生器602和真空吸盘604是互相独立的，这种独立的好处是，当其中一组真空吸盘604漏气时，不会影响其它三组真空吸盘604的真空度，保证抓取工作更加稳定，同时，缩短了破坏管路，所述真空阀607通过真空管路609与所述真空发生器602连接，所述破坏阀608通过破坏管路610与所述气控单向阀603连接。
所述真空发生器602的数量为四个。
所述落槽装置8包括托盘801、第一气缸802、光轴803、滑板804、挡板805、转轴806、阀箱807、第二气缸808、骨架809，所述光轴803安装在骨架809的上端，所述光轴803的轴线与骨架809的长度方向平行，所述转轴806沿着光轴803的轴线方向等间距的安装在光轴803上，所述的托盘801沿着光轴803的轴线方向等间距的排布，所述托盘801均固定在转轴806上，所述第一气缸802沿着光轴803的轴线方向等间距的排布，所述第一气缸802的一端均固定在骨架809上，所述第一气缸802的另一端均与转轴806相铰接，所述滑板804沿着骨架809的长度方向等间距的固定在骨架809上，所述阀箱807固定在骨架809的侧壁上，所述的阀箱807中安装有控制第一气缸802的电磁阀，所述第二气缸808对称安装在骨架809的侧壁上，所述挡板805的左右两侧分别与对应的第二气缸808相连，所述阀箱807内放置有控制第一气缸802、第二气缸808的电磁阀810。
所述安装板601均采用黑色增强型加纤尼龙1010材质，降低了机器人的负载，使整机速度得到了提升。大的软包装物品运行过程中，变形大，惯性大，容易和真空吸盘604脱离，所述安装板601上通过连接螺栓605固定有压板606，，其作用是减小抓取时大的软包装物品的变形，更加利于抓取，所述压板606采用黑色增强型加纤尼龙1010材质，减小抓取时软包装物品的变形，更加利于抓取。本发明采用纤尼龙1010材质取代了常用的铝合金材质，密度较低，结构简单，强度满足要求，大幅度减轻了整个机器人末端执行器6的重量，降低了机器人的负载，使整机速度得到了提升。
所述出料输送机5包括骨架501、皮带502和电机驱动单元503，电机驱动单元503和皮带502均安装在骨架501上，电机驱动单元503与皮带502相连以带动皮带502不停转动。
所述伺服输送机9包括骨架901、滚轮902、伺服电机903、同步带组件904和推板905，所述滚轮902对称分布在骨架901的左右两侧，所述滚轮902沿着骨架901的宽度方向等间距的分布，所述同步带组件904沿着平行于骨架901的宽度方向固定在骨架901的上端中部，所述伺服电机903安装在同步带组件904上，所述推板905沿着同步带组件904的运动方向等间距的安装在同步带组件904上，所述灭菌盘10放在两个推板905之间所对应的滚轮902上，所述伺服电机903带动同步带组件904和推板905步进，所述推板905推动灭菌盘10在对应的滚轮902上实现步进移动。
所述的视觉组件3包括相机安装板301、工业相机302和型材支架303。所述的型材支架303安装在两个机器人底座2中处于左方的机器人底座2上，采用型材安装方便，位置调节方便。所述相机安装板301安装在型材支架303上。所述工业相机302安装在相机安装板301上。
所述的光源组件4包括固定座401、圆管402、十字连接件403、光源支架404、光源405、圆管406，所述的固定座401、圆管402、十字连接件403、光源支架404各有四件，光源405、圆管406各有两件，所述的固定座401对称安装在出料输送机5的左部前后两侧，圆管402一端安装在固定座401，圆管402另一端安装在十字连接件403，圆管402可沿固定座401上下调节，圆管406的两端分别固定在对应的十字连接件403上，圆管406可沿十字连接件403左右调节，光源支架404安装在圆管406上，可沿圆管406径向旋转和轴向调节，光源405的两端对应安装在两侧光源支架404上，光源405可实现上下、左右和绕圆管406旋转调节。
一种软包装物品自动装盘装置的控制方法，所述方法步骤如下：
第一步：软包装物品传送到出料输送机5上；
第二步：软包装物品通过光源组件4和视觉组件3区域时，视觉组件3判断软包装物品的姿态，编码器7随出料输送机5的驱动轴的转动而转动，精确测出软包装物品的输送距离；
第三步：视觉组件3和编码器7检测出的坐标和位移数据发送给SCARA机器人1；
第四步：SCARA机器人1带动机器人末端执行器6对软包装物品进行准确可靠地抓取；
第五步：SCARA机器人1抓取软包装物品，放置在落槽装置8的托盘801上；
第六步：落槽装置8使的托盘801在第一气缸802的推动下，绕光轴803旋转，在一定的速度下，软包装物品通过滑板804整齐地落在灭菌盘10上；
当软包装物品落在托盘801上时，SCARA机器人1向控制第一气缸802的电磁阀810发送指令，第一气缸802推出，托盘801绕所述的光轴803转动，将软包装物品送至滑板804，沿滑板804落下时，在挡板805的作用下，软包装物品整齐地落在灭菌盘10中。
本发明适用于软包装物品，诸如输液袋、袋装牛奶、袋装饼干等，适用面较广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种软包装物品自动装盘装置，包括SCARA机器人(1)、机器人底座(2)、视觉组件(3)、光源组件(4)、出料输送机(5)、机器人末端执行器(6)、编码器(7)、落槽装置(8)、伺服输送机(9)、灭菌盘(10)，所述SCARA机器人(1)、机器人底座(2)、机器人末端执行器(6)均为两个，两个机器人底座(2)的底部均通过膨胀螺栓固定在地面上，两个机器人末端执行器(6)分别对应安装在两个SCARA机器人(1)末端，其特征在于：
两个机器人底座(2)对称分布在落槽装置(8)的左右两侧，两个SCARA机器人(1)分别对应固定在两个机器人底座(2)上，所述出料输送机(5)放置在两个机器人底座(2)的前侧，所述出料输送机(5)的右前侧设有驱动轴，所述的编码器(7)安装在出料输送机(5)的驱动轴上，所述的光源组件(4)对称安装在出料输送机(5)的左部前后两侧，所述视觉组件(3)安装在两个机器人底座(2)中处于左方的机器人底座(2)上，且视觉组件(3)位于光源组件(4)正上方，伺服输送机(9)放置在两个机器人底座(2)之间，所述的灭菌盘(10)放置在伺服输送机(9)上，且灭菌盘(10)随着伺服输送机(9)步进，所述落槽装置(8)跨在伺服输送机(9)上，所述落槽装置(8)的底部固定在地面上；
所述视觉组件(3)、编码器(7)均与SCARA机器人(1)相连；所述的机器人末端执行器(6)包括安装板(601)、真空发生器(602)、气控单向阀(603)、真空吸盘(604)、真空阀(607)、破坏阀(608)、真空管路(609)、破坏管路(610)，所述的安装板(601)固定在SCARA机器人(1)的末端，所述真空发生器(602)均安装在安装板(601)上，所述真空吸盘(604)与对应的真空发生器(602)通过螺纹直接连接，所述气控单向阀(603)与真空发生器(602)通过螺纹直接连接，所述真空阀(607)通过真空管路(609)与所述真空发生器(602)连接，所述破坏阀(608)通过破坏管路(610)与所述气控单向阀(603)连接。
2.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述真空发生器(602)的数量为四个。
3.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述落槽装置(8)包括托盘(801)、第一气缸(802)、光轴(803)、滑板(804)、挡板(805)、转轴(806)、阀箱(807)、第二气缸(808)、骨架(809)，所述光轴(803)安装在骨架(809)的上端，所述光轴(803)的轴线与骨架(809)的长度方向平行，所述转轴(806)沿着光轴(803)的轴线方向等间距的安装在光轴(803)上，所述的托盘(801)沿着光轴(803)的轴线方向等间距的排布，所述托盘(801)均固定在转轴(806)上，所述第一气缸(802)沿着光轴(803)的轴线方向等间距的排布，所述第一气缸(802)的一端均固定在骨架(809)上，所述第一气缸(802)的另一端均与转轴(806)相铰接，所述滑板(804)沿着骨架(809)的长度方向等间距的固定在骨架(809)上，所述阀箱(807)固定在骨架(809)的侧壁上，所述的阀箱(807)中安装有控制第一气缸(802)的电磁阀，所述第二气缸(808)对称安装在骨架(809)的侧壁上，所述挡板(805)的左右两侧分别与对应的第二气缸(808)相连，所述阀箱(807)内放置有控制第一气缸(802)、第二气缸(808)的电磁阀(810)。
4.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述安装板(601)均采用黑色增强型加纤尼龙1010材质。
5.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述安装板(601)上通过连接螺栓(605)固定有压板(606)，所述压板(606)采用黑色增强型加纤尼龙1010材质。
6.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述出料输送机(5)包括骨架(501)、皮带(502)和电机驱动单元(503)，电机驱动单元(503)和皮带(502)均安装在骨架(501)上，电机驱动单元(503)与皮带(502)相连以带动皮带(502)不停转动。
7.根据权利要求1所述的一种软包装物品自动装盘装置，其特征在于：所述伺服输送机(9)包括骨架(901)、滚轮(902)、伺服电机(903)、同步带组件(904)和推板(905)，所述滚轮(902)对称分布在骨架(901)的左右两侧，所述滚轮(902)沿着骨架(901)的宽度方向等间距的分布，所述同步带组件(904)沿着平行于骨架(901)的宽度方向固定在骨架(901)的上端中部，所述伺服电机(903)安装在同步带组件(904)上，所述推板(905)沿着同步带组件(904)的运动方向等间距的安装在同步带组件(904)上，所述灭菌盘(10)放在两个推板(905)之间所对应的滚轮(902)上，所述伺服电机(903)带动同步带组件(904)和推板(905)步进，所述推板(905)推动灭菌盘(10)在对应的滚轮(902)上实现步进移动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种软包装物品自动装盘装置的控制方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
第一步：软包装物品传送到出料输送机(5)上；
第二步：软包装物品通过光源组件(4)和视觉组件(3)区域时，视觉组件(3)判断软包装物品的姿态，编码器(7)随出料输送机(5)的驱动轴的转动而转动，精确测出软包装物品的输送距离；
第三步：视觉组件(3)和编码器(7)检测出的坐标和位移数据发送给SCARA机器人(1)；
第四步：SCARA机器人(1)带动机器人末端执行器(6)对软包装物品进行准确可靠地抓取；
第五步：SCARA机器人(1)抓取软包装物品，放置在落槽装置(8)上；
第六步：利用落槽装置(8)使软包装物品整齐地落在灭菌盘(10)上。
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