CN106660729A - 幅材材料退绕设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获得、装载、拼接和退绕幅材材料的回旋卷绕的卷并将从该回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷退绕的该幅材材料不间断地推进到下游设备的退绕设备。该退绕设备提供多轴机器人(10)和操作地连接到多轴机器人(10)的端部执行器(40、140)。该端部执行器(40、140)提供固定马达(65)、机械地耦接到固定马达(65)的旋转耦接头(55)以及机械地耦接到该旋转耦接头(55)的芯轴(60)。芯轴(60)能够可释放地接合该幅材材料的回旋卷绕的卷。

Description

幅材材料退绕设备

技术领域

本公开整体涉及一种设备，该设备适用于将幅材材料诸如聚乙烯连续推进到幅材消耗设备诸如用于制造一次性吸收制品诸如尿布和经期用具的转换器中。本公开更具体地涉及适合与一种设备一起使用的多轴机器人，该设备用于将幅材材料诸如聚乙烯连续推进到幅材消耗设备诸如用于制造一次性吸收制品诸如尿布和经期用具的转换器中。本公开更具体地涉及一种适于附接至多轴机器人的独特的端部执行器机构，该多轴机器人适用于将获自回旋卷绕的卷的供应源的幅材材料的回旋卷绕的卷无辅助地装载和卸载到一定位置，在该位置处，将回旋卷绕材料退绕可生产一次性吸收制品，诸如尿布和经期用具。

背景技术

为了从一系列幅材材料卷向幅材消耗设备连续供应幅材，每个新卷必须拼接至之前的卷。有利地，这在不降低向幅材消耗设备推进幅材的速率的情况下进行。如此，为了保持生产一次性吸收制品诸如尿布和经期用具所需的制造速度，必须从幅材材料退绕设备向该设备供应幅材材料的回旋卷绕的卷的连续供应。

如今，在大多数制造场所，手动操作仍是用于材料处理和传送的最常见的方法。在大多数操作中，将组装的产品材料在线上处理成幅材并且绝大部分的这些幅材材料作为幅材材料的回旋卷绕的卷的行星式卷被带到生产线。

迄今为止，具有端部执行器机构或抓取器机构的多轴机器人已用于多种制造操作中，以用于抓取一个位置的制品、将制品运输至另一个位置、以及释放制品。相对于迄今执行的手动操作而言，这些多轴机器人有效地促进此类制造操作并节省人工费用。尽管如此，此类具有端部执行器机构的多轴机器人在很大程度上尚未用于组装制品制造操作，因为此类机器人上的常规端部执行器机构通常被设计用于抓取刚性制品并且将无法抓取回旋卷绕的幅材材料。此外，在许多组装产品制造操作中存在需要，其中回旋卷绕的幅材材料将被从一个位置运输至另一个位置并且使回旋卷绕的幅材材料或至少其前缘保持处于预定取向。

还迫切需要消除将幅材材料进行分级、制备、装载和挑线(thread up)以供给转换设备来制造组装货物诸如经期用具和尿布所需的人工劳动。迫切需要减少材料分级、制备、装载和退绕回旋卷绕材料(包括自动化)所需的地面空间。此外，迫切需要实现资本近似等于当前退绕操作的“无人值守(lights-out)”幅材材料供应方案。另外，迫切需要支持实现容易的可重构性的转换加工生产线上的灵活的制造原理。因此，同时解决占有面积、劳动强度和成本的这些挑战将是有益的。本发明解决了这些挑战。

发明内容

本公开涉及一种退绕设备，该退绕设备用于获得、装载、拼接和退绕幅材材料的回旋卷绕的卷并将从回旋卷绕的卷中的每个卷退绕的幅材材料不间断地推进到下游设备。退绕设备包括多轴机器人和操作性地连接到该多轴机器人的端部执行器。端部执行器包括固定马达、机械地耦接到固定马达的旋转耦接头以及机械地耦接到旋转耦接头的芯轴。芯轴能够可释放地接合幅材材料的回旋卷绕的卷。

本公开还涉及一种用于退绕设备的端部执行器，该退绕设备用于获得、装载、拼接和退绕幅材材料的回旋卷绕的卷并将从回旋卷绕的卷的每个回旋卷绕的卷退绕的幅材材料不间断地推进到下游设备。端部执行器包括固定马达、机械地耦接到固定马达的旋转耦接头以及机械地耦接到旋转耦接头的芯轴。芯轴能够可释放地接合幅材材料的回旋卷绕的卷。

附图说明

图1为适用作如本文所述的幅材材料退绕设备的示例性多轴机器人的透视图；

图2为适合与用于幅材材料退绕设备的图1的多轴机器人一起使用的示例性端部执行器的透视图；

图3为图2的示例性端部执行器的另选透视图；

图4为图2的示例性端部执行器的平面图；

图5为图2的示例性端部执行器的分解图；

图6为操作性地连接到多轴机器人的能够进行关节运动的臂的图2的示例性端部执行器的正视图；

图7为操作性地连接到多轴机器人的能够进行关节运动的臂的图2的示例性端部执行器的透视图；

图8为适合与图2的示例性端部执行器一起使用的示例性芯轴的平面图；

图9为适合与图2的示例性端部执行器一起使用的另一个示例性芯轴的平面图；并且

图10为根据本公开的示例性幅材材料退绕设备的透视图，其示出以图1的示例性多轴机器人形式的多个可定位的卷抓取设备并且具有设置在其上的图7的示例性端部执行器，每个可定位的卷抓取设备具有邻近第一格架设置在其上的回旋卷绕的幅材材料。

具体实施方式

如将详细描述的，可使用利用本文所述的示例性多轴机器人10和协同地接合的端部执行器40的幅材材料退绕设备将幅材材料传送至下游制造设备。应当认识到，本文所述的多个示例性多轴机器人10和协同地接合的端部执行器40可被构造成通过全部同时将幅材材料供应至单个下游制造工艺和/或多个下游制造工艺来提供幅材材料退绕设备。包括本文所述的示例性多轴机器人10和协同地接合的端部执行器40的幅材材料退绕设备可邻近其它制造设备定位在制造环境中。虽然未示出具体的下游设备，但是本领域的技术人员将理解，由包括多轴机器人10和协同地接合的端部执行器40的示例性幅材材料退绕设备供应的从幅材材料的回旋卷绕的卷连续供应的幅材材料可被推进至多种幅材材料处理工艺，包括但不限于层压操作、印刷机、压花操作、切断操作、折叠和切割操作、转换加工操作等以及这些的组合。

在图1所示的实施方案中，多轴机器人10可由任何合适的材料制造，诸如例如钢、不锈钢、铝、铸铁或复合材料。包括多轴机器人10的部件还可使用任何合适的技术诸如焊接、铆钉、粘合剂或螺钉组装或构造，以提供组装的多轴机器人10。

示例性多轴机器人10可设置有一个臂20(或相互连接的多个臂)、腕子组件30以及端部执行器40。示例性多轴机器人10可利用笛卡尔坐标系、圆柱坐标系、极坐标系、或旋转坐标系来协调相对于多轴机器人10以及与其协同地相关的多轴机器人10的部件的运动。以非限制性示例的方式，六轴多轴机器人10可设置有6个独立的旋转轴线。如图1所示，六轴多轴机器人10的6个独立的旋转轴线示出为A1、A2、A3、A4、A5和A6。

本领域技术人员应认识到，通常，采用三个运动轴线在影响范围内的任何地方传送腕子组件30并且采用三个另外的运动轴线用于端部执行器40的通用定向。驱动系统可用于每个运动轴线并且非限制性地，驱动系统可为电动的、液压式的或气动式的。

在本文提供的图中示出的示例性多轴机器人10由安装架15、摇臂25、延伸臂35(或相互连接的多个延伸臂)、腕子组件30、以及端部执行器(也称为机械手)40组成并且可设置有多达六个或七个的旋转轴线。相对于摆动和旋转轴线来讲，这些轴线是不同的，由此多轴机器人10的摆动轴线横向(通常为水平地)于机器人10结构的延伸部延伸。摆动角在很大程度上也是受限制的。旋转轴线通常在长度方向上延伸至相应的机器人结构或者在竖直面上。它们通常允许比摆动轴线更大的旋转角。另外，摇臂25可围绕一个或若干个轴线旋转。另外，以非限制性实施方案的方式，多轴机器人10可被布置于任何位置，由此，例如，将其安装至支撑件、悬浮于入口或可附接至框架结构。

另选地，多轴机器人10可提供作为笛卡尔坐标机器人(也称为线性机器人或桁架机器人)以及选择一致性关节型机械臂(SCARA)。示例性笛卡尔坐标机器人和SCARA可用于根据需要移动、重新定位、定位和/或以其它方式提供第一和/或第二幅材材料的回旋卷绕的卷。笛卡尔机器人为使用马达和线性致动器来定位工具的机电设备。它们沿X、Y和Z三个轴线进行线性移动。物理支架可形成锚固和支撑轴线和有效载荷的框架。诸如机加工紧密公差零件的某些应用需要基部轴线(通常为X轴)的完全支撑。相比之下，诸如从传送装置拾取瓶子的其它应用需要较小精确度，因此框架仅需按照致动器制造商的推荐来支撑基部轴线。笛卡尔机器人的移动保持在框架的约束之内，但是框架可水平或竖直安装，或甚至在某些桁架构型中在高处安装。

桁架机器人是笛卡尔多轴机器人的特殊类型，其结构类似于桁架。这种结构可用于使沿着每个轴线的偏转最小化。许多大型机器人属于这种类型。桁架机器人的X、Y和Z坐标可使用与用于笛卡尔机器人相同的方程组得到。本领域的技术人员将理解，SCARA和六轴机器人通常安装在基座上或附接至框架上。SCARA像笛卡尔机器人一样在X、Y和Z平面中移动，但是在Z平面的末端并入θ轴线以旋转臂端工具。

本领域技术人员将认识到，由应用的需要来评估具体的多轴机器人10的选择。这可从剖析任务的负载、取向、速度、行程、精确度、环境和工作周期(有时称为LOSTPED参数)开始。首先，机器人的负载能力(由制造商限定)应超过机械臂端部处有效载荷(包括任何工具)的总重量。其次，取向取决于如何安装机器人和机器人如何定位正在移动的零件或产品。本领域技术人员将理解，目标是使机器人的占有面积与工作区域相匹配。另外，本领域技术人员将考虑零件取向。第三，速度和行程应与负载和速度等级一起考虑。第四，工业机器人具有预先限定的准确度额定值，这使得易于确定它们的移动可重复性。在高端应用中，精确度可为关键的。第五，环境因素可决定用于使用的最佳机器人。这可包括工作包络的周边环境和空间本身的危害。SCARA和六轴机器人的基座可为紧凑的，其具有有限的地面空间，很轻便。第六，应考虑完成一个操作周期(即工作周期)所用的时间量。连续运行24/7(如在高通量筛选和药物制造中)的机器人比一周运行五天、一天仅8小时的那些机器人更早到达使用寿命的终点。最后，用于应用的合适的机器人还可取决于控制器和可编程性的需要。所有机器人控制器将优选能够通过之后的路径和编程的速度、加速度以及减速参数来内插点对点、线性或环形移动。

多轴机器人10可包括邻近底侧面布置的多个支脚22。应当认识到，多个支脚22可为可调节的，以便调节多轴机器人10的高度。此外，多轴机器人10可包括用于容纳各种电力和通信缆线的缆线托盘。可使用其它技术以用于容纳缆线，诸如例如导线管。

更具体地，如图1所示，六轴工业电动多轴机器人10例示性地说明了可根据本公开的原理操作的广泛多种机器人。适用作可定位的卷抓取设备以获得、分配和设置回旋卷绕的幅材材料的卷的示例性多轴机器人10是购自Kuka Robotics的型号KR180L。通过非限制性示例的方式，型号KR180L具有50Kg-60Kg的有效载荷容量。型号KR210L具有80Kg-90Kg的有效载荷容量并且具有110Kg-120Kg的有效载荷容量的型号KR240L也可为适用的。此类多轴机器人10可尤其适于精确的重复性任务。

本领域技术人员应当理解，控制软件可通过结合绝对位置反馈合适地操作多轴机器人10。合适的多轴机器人10控制方案可利用数字伺服控制。例如，可利用扭矩控制回路来操作多轴机器人10。位置控制回路可连接到速度控制回路，该速度控制回路继而可驱动扭矩控制回路。响应于加速命令的前馈加速控制回路以及臂和负载惯量传感器可直接耦接到扭矩控制回路的输入。另外，多轴机器人10、延伸臂35、摇臂25、腕子组件30以及端部执行器(机械手)40可由控制回路根据机器人程序通过应用于位置控制回路的程序位置命令流进行操作。在任何方面，将此类控制回路实现为数字控制可为优选的。

优选的控制回路布置可提供位置控制回路和速度控制回路，并且该位置控制回路和速度控制回路将被并行馈送至扭矩控制回路的输入。速度命令可由位置命令生成。继而，可由速度命令生成前馈加速命令。计算惯量(延伸臂35、摇臂25、腕子组件30、端部执行器40、以及施加的负载)可乘以前馈加速控制回路中的加速命令。

速度命令生成器可内插速度命令，该速度命令与速度反馈路径中的速度反馈采样速率相对应。类似地，在位置控制回路中，内插器可生成与反馈路径相对应的位置命令。速度误差可由加法器利用回路施加的增益生成。类似地，位置误差可由加法器生成。速度和位置误差以及前馈加速命令可在加法器中相加。可施加增益以生成扭矩命令，该扭矩命令被施加于扭矩控制回路的输入。扭矩误差可通过如下方式在加法器中生成：使扭矩命令(马达电流命令)与电流反馈相加并且将扭矩回路增益施加于扭矩误差和输出命令(马达电压命令)，该输出命令供应马达驱动电流以用于多轴机器人10关节操作。

多轴机器人10的各种部件可由本领域已知的任何原动力提供动力，该原动力在本文统称为“致动器”。动力源包括但不限于标准和伺服电动马达、气动马达和液压马达。动力源可通过本领域已知的任何动力传输装置耦接至多轴机器人10的任何旋转部件，诸如例如将致动器直接耦接至旋转部件，通过使用链条和链轮、皮带和滑轮以及齿轮驱动旋转部件。致动器可延伸到多轴机器人10中。各种动力和通信缆线可附接至位于腔内部的致动器。

另外，据设想，多轴机器人10和/或端部执行器40可通过如本领域技术人员将可获得的计算机控制或编程来自动和/或自主地确定幅材材料卷的任何特征，诸如幅材材料卷的直径、幅材材料卷芯区域的直径、包括幅材材料卷的材料的类型、幅材材料卷的物理特征等。据信，此类确定的益处可在于允许多轴机器人10自动和/或自主地选择适当的端部执行器140，该端部执行器140由可获得的端部执行器40的选择所提供。通过非限制性示例的方式，如果多轴机器人10(或多轴机器人10的任何辅助部件)确定特定的幅材材料卷具有1米的直径并且居中设置于其上的芯直径具有10cm的直径，则任何控制软件、编程或其它PLC编码可指导多轴机器人10从端部执行器40的存储器中获得适当大小的端部执行器40。另选地，如果多轴机器人10具有设置于其上的特定的端部执行器40并且控制软件、编程或其它PLC编码确定设置在多轴机器人10上并且与其连接且协同地接合的端部执行器40的大小设定成对于幅材材料卷不正确，则控制软件、编程或其它PLC编码可指导多轴机器人10将当前设置于其上的端部执行器40返回到端部执行器40的存储部并且针对特定的幅材材料卷选择新的和/或适当的端部执行器40。据信，改变端部执行器40“实时动态(on-the-fly)”的此类能力将必然增加制造过程的灵活性并且减小将制品的生产从需要一种类型的幅材材料的一种类型改变至另一种类型所需的时间量。

多轴机器人10的端部执行器40还可包括以芯轴60(也称为“锭轴”)和/或惰辊的形式的卷抓取装置，其能够将设置在芯轴60上和/或围绕芯轴设置的回旋卷绕的幅材材料设置、接合和指导成与用于制造组装货物的任何部件协同地且连接地接合。芯轴606可将其自身表现为设置在多轴机器人10上的端部执行器40。

示例性端部执行器40a的一个实施方案在图2-图5中示出。图2-图5为可联结至根据一个非限制性实施方案的多轴机器人10的适用为用于退绕幅材材料的回旋卷绕的卷的芯轴的端部执行器40a的各种透视图、平面图和分解图。另外，如图6-图7所示，端部执行器40a可通过安装支架45以电力的方式、以机械的方式、以磁力的方式或者本领域技术人员已知的任何其它附接手段附接至多轴机器人10。

端部执行器40a可耦接至旋转耦接头55。如本领域技术人员将理解的，旋转耦接头55可利用固定马达65提供旋转芯轴60的启动。通过非限制性示例的方式，合适的旋转耦接头55可包括壳体，该壳体基本上是可操作地设置在安装至固定马达340和机器人115的固定的外部金属板内的两个轴承。合适的轴承作为BEARING D25X52X15-SKF W 6205.2RSL购自SKF。

另外，端部执行器40a可利用旋转耦接头55来向芯轴60提供保持幅材材料的回旋卷绕的卷所必需的任何期望的动力、气动力等。通过非限制性示例的方式，合适的气动耦接头可提供为通孔或端帽样式。如果希望如此，使用偏移滑轮和/或驱动系统来启动气动耦接头也可为有用的。此类部件可提供为购自OMPI S.R.L.,DENVER,COLORADO的ROTATINGJOINT-PART NO.R.037。据发现，端帽样式气动耦接头适合用作旋转耦接头55以及提供偏移的静态马达65(以及伴随的驱动轴)。此类偏移设计可由本领域的技术人员通过皮带/滑轮系统提供。这种布置可导致需要与端部执行器40a常规所需相比更小的空间。

本领域技术人员将发现，合适的马达65购自Rockwell,Incorporated并且标识为MPM Motor,MultiTurn Encoder,SpeedTec,With Brake,7.2Kw,3000RPM,Rockwell Part##MPM--B2153F-MJ74AA。本领域的技术人员将认识到还需要可有利于待连接到逻辑处理器且由逻辑处理器控制的固定马达65的连接的任何电源驱动器、缆线、转换器、适配器等。适合与指定马达65一起使用的此类附加部件可包括：从驱动器至插座板的电力缆线，MotorPower Cable,SpeedTec Din,w/Brake 2M,Rockwell Part#2090-CPBM7DF-08AF02；从插座板至马达的电力缆线，Motor Power Cable,SpeedTec Din,w/Brake 10M(Patch Cable),Rockwell Part#2090-CPBM7E7-08AA10；从驱动器至插座板的反馈缆线，Motor FeedbackCable,SpeedTec Din 2M,Rockwell Part#2090-CFBM7DF-CDAF02；从插座板到马达的反馈缆线，Motor Feedback Cable,SpeedTec Din 10M(Patch Cable),Rockwell Part#2090-CPBM7DF-08AF02；用于反馈缆线的防护壁适配器套件，Rockwell Part#2090-KPB47-12CF；以及用于电力缆线的防护壁适配器套件，Rockwell Part#2090-KPB47-06CF。用于马达65的合适的驱动器购自Rockwell，作为以下并入：Kinetix 5500,Rockwell Part#2198H070ERS，具有指出为用于MPM马达的反馈转换器的辅助设备,Rockwell Part#2198H2DCK，控制器电源连接器,Rockwell Part##2198H070PT，以及DC总线连接器,Rockwell Part##2198H070DT。

据信，如果芯轴60提供为端部执行器(机械手)40，则芯轴60可设置有独特的装置，该装置提供在无需向卷绕的幅材材料的外部回旋结构施加压缩力的情况下转移幅材材料的回旋卷绕的卷的能力。本领域的技术人员应当理解，由于幅材材料的可压缩性质，母卷变得不圆是相当常见的。不仅是幅材材料的柔软性质，而且卷的物理大小、卷储存的时间长度、卷的储存方式(例如，在它们端部还是在它们侧面)，以及用于运输这些卷的“卷抓取器”通常围绕周长夹取卷的事实均可促成这一问题。因此，在许多卷被放置在退绕架上用于转换时，它们已经从期望的圆柱形状变成了“圆形之外”(例如，不圆)的形状。

在极端情况下，卷可变成长方形，呈现“鸡蛋状”形状，或甚至类似漏气的轮胎。但是，即使在卷仅略微不圆的情况下，也存在相当多的问题。在理想情况下，当材料从完整的圆形移除时，回旋卷绕的卷、进料速率、幅材速度以及张力通常将为一致的。然而，由卷的储存和处理产生的形状变化导致的工艺干扰因素诸如不圆的回旋卷绕的卷的进料速率变化、幅材速度变化以及张力变化将有可能地使材料移除与完整圆形卷的理想幅材速度相比有所改变，这取决于在任何时间点幅材脱离(takeoff)点的位置和/或半径。

如果卷的旋转速度保持基本上恒定，则从不圆卷上离开的幅材材料的进料速率、幅材速度和张力将在任何特定的旋转周期期间改变。自然，这取决于卷不圆的程度。由于退绕架下游的纸转换设备通常被设计成基于离开正在旋转的卷的幅材材料的进料速率、幅材速度和张力通常与卷的驱动速度一致的假设进行操作，退绕过程期间的幅材速度和/或张力峰值和/或松弛可能导致显著的问题。在不圆卷的情况下，此类工艺干扰因素导致幅材材料的瞬时进料速率、幅材速度和/或张力将取决于在任何时间点驱动点处的半径与幅材脱离点处的半径的关系。

显然，需要克服导致不圆的幅材材料的回旋卷绕的卷的这一问题。具体地讲，不圆卷产生可变的幅材进料速率和相应的幅材张力峰值以及幅材张力松弛，这需要退绕架和在其下游操作的相关联的纸转换设备以较慢速度运行。在许多情况下，这对制造效率产生不利影响。提供如本文论述的端部执行器40可消除这些前述缺点。

图8提供示例性芯轴60b的透视图，该芯轴60b适合与可结合至机器人10的用于获得、退绕和设置幅材材料的回旋卷绕的卷的余下部分的示例性端部执行器40b一起使用。通过非限制性示例的方式，端部执行器40b设置有芯轴60b，该芯轴60b具有围绕芯轴60b的纵向轴线82径向设置且从旋转耦接头55a延伸的多个细长芯轴臂80。随后通过如上文所述的旋转耦接头55a，芯轴60b可由固定马达65间接驱动。另选地，如图9所示，固定马达65a可直接耦接至旋转耦接头55a，以用于驱动端部执行器40b的芯轴60b的细长芯轴臂80。

每个细长芯轴臂80设置有至少一个伸展元件86，并且在大多数情况下，多个伸展元件86设置在其外表面上。原则上，芯轴60b插入到回旋卷绕材料的中空芯区域中。与每个芯轴臂80相关联的相关伸展元件86随后远离纵向轴线82径向延伸。伸展元件86的向外伸展受到回旋卷绕的幅材材料的中空芯区域的直径的限制。在伸展元件86抵靠回旋卷绕的幅材材料的中空芯适当伸展时，实现了压缩贴合，这有效地使具有附接于其上的回旋卷绕的幅材材料的端部执行器40b的芯轴60b自由移动并定位根据需要定位的回旋卷绕的幅材材料的卷。

如所描绘，芯轴60b可设置为合适的端部执行器40b，其具有围绕纵向轴线82三角形地布置的三个芯轴臂80。自然，本领域技术人员可提供具有围绕纵向轴线82根据需要设置的任何数量的芯轴臂80的芯轴60b。例如，本领域技术人员可提供仅两个芯轴臂80或甚至四个芯轴臂80。

将芯轴60b设置为多个芯轴臂80的一个令人惊讶的方面是能够交错一对芯轴60b。换句话讲，相反的芯轴60b的芯轴臂80可设置成邻接关系，使得交错的芯轴60b的芯轴臂80围绕纵向轴线82径向地且协同地设置并且彼此协同地接合。此类交错的一个令人惊讶的益处是能够将被设置和锁定在待转移的第一芯轴60b上的幅材材料的回旋卷绕的卷在第一芯轴60b的芯轴臂80和第二芯轴60b的芯轴臂80相互接合时有效地转移至第二芯轴60b。

本领域技术人员应理解，使用端部执行器40b消除了对“切换”幅材材料的回旋卷绕的卷的需要。例如，多轴机器人10和协同地相关联至其的端部执行器40b可在定位以设置到任何下游转换操作之前直接获得新的幅材材料的回旋卷绕的卷。另外，当幅材材料的回旋卷绕的卷用完时，多轴机器人10和协同地相关联至其的端部执行器40b可直接处置旧的幅材材料的回旋卷绕的卷并将不需要在设备之间转移幅材材料的回旋卷绕的卷。本领域技术人员将认识到，此类“切换”的消除可导致正常可促成的手动操作的消除，从而导致生产力和成本节约。表面上，这是因为结合了所谓的“多合1(all-in-1)”退绕操作的机器人退绕件的使用将自然地包括此类卷“切换”的消除，从而导致前述效率和生产力。另外，据设想，由于多轴机器人10是任何退绕操作的整体部分，结合了多轴机器人10和协同地相关联至其的端部执行器40b的退绕件的使用可导致任何工艺空间效率的更好管理。另外，本领域技术人员将易于认识到相对于多轴机器人10退绕操作下游的任何转换操作定位幅材材料的回旋卷绕的卷的增加的灵活性、可重复性和可靠性。

据信，可通过使用适当的阀门和流体供应源使相应的伸展元件86相对于纵向轴线82伸展和收缩(即，远离纵向轴线82伸展或朝向纵向轴线82收缩)。合适的流体可提供为液压式控制系统或空气控制系统。在某些情况下，提供可控制和/或指引流体的流动的阀门以根据使用者的需要来控制一个特定伸展元件330或多个伸展元件86可为合适的。在任何方面，优选的是，伸展元件86可伸展至与限定回旋卷绕的幅材材料的中空芯的外部的材料接触性接合的点。接触性接合的量应足以允许被提供为机器人10的端部执行器40b的芯轴60b，提供为芯轴60b可有效地定位或退绕幅材材料的回旋卷绕的卷，而不失去对幅材材料的回旋卷绕的卷的控制。

如图10所示，具有提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10可合适地用作一个可定位的卷抓取设备100或多个可定位的卷抓取设备100。如上文所述的多轴机器人10的独特特征是可使用如此设计的可定位的卷抓取设备100以相对于通常与第一幅材材料122和/或第二幅材材料124的回旋卷绕的卷的转换相关联的任何部件诸如拼接器114、格架120、或甚至第一幅材材料122和/或第二幅材材料124的另一回旋卷绕的卷来移动、重新定位、定位、退绕、移除和/或在本文以其它方式提供第一幅材材料122和/或第二幅材材料124的各种回旋卷绕的卷(在本文通常称为“设置”)。本领域技术人员应当理解，以如本文所述的多轴机器人10形式的可定位的卷抓取设备100可提供通常可在简单的点对点重复运动至复杂运动范围内的能力，该复杂运动可为计算机控制和排序的。

优选的是，可相对于将幅材材料122、124的回旋卷绕的卷中的每一个回旋卷绕的卷从第一位置移动到第二位置所需的动力学构造端部执行器40。这可能需要将卷绕的幅材材料122、124从卷绕的幅材材料被储存的第一位置移动至第二位置，从而将幅材材料放置成邻近或接触性地接合框架112，或者将包括卷绕的幅材材料122、124中的每一个的幅材材料的幅材材料放置在邻近或接触性地接合拼接器114(或任何数量的拼接器或者与诸如尿布和经期用具的一次性吸收制品的生产相关联的其它设备)。就此而言，端部执行器40可将卷绕的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷中的每一个卷移动到任何位置或地点，该位置或地点在制造所设想的制品所需的最有效的位置中提供卷绕的幅材材料122、124。另外，端部执行器40可在退绕过程期间相对于拼接器114(或任何数量的拼接器或者与诸如尿布和经期用具的一次性吸收制品的生产相关联的其它设备)定位。本领域的技术人员将认识到，这可在退绕过程期间为刚由端部执行器40排空的空间内的另外的卷绕的幅材材料的放置或诸如尿布和经期用具的一次性吸收制品的生产可能所需的另外的制造设备的安装提供另外的空间。

另外，据设想，可相对于将芯移除所需的动力学构造端部执行器40，幅材材料122、124的回旋卷绕的卷卷绕在该芯上。还设想了可将端部执行器40提供为居中构造的进行关节运动的手。这可提供具有三个连续且交错的旋转轴线(移动轴线)的端部执行器40。这可能需要提供在臂20的壳体内部延伸的许多驱动轴轴线。每个驱动轴可直接附接至具有万向联接件的相应马达。此类多轴机器人10可有利于顺序多轴机器人10被布置成以最小的距离彼此直接紧邻的放置和独立操作而不彼此相互阻碍的能力。

具有被提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10可以不与框架112连接性接合或不与框架112连接性接合的构型提供。换句话讲，可定位的卷抓取设备100(提供为具有协同地相关联至其的提供为芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10)可设置有不物理附接至框架12的用于安装架15的支撑组件，但是能够提供与退绕架110的任何部件协同且连接接合的第一幅材材料122和第二幅材材料124。这可包括框架112、拼接器114、第一和/或第二张力架(未示出)、第一和第二计量辊(未示出)或设置在框架112上的惰辊116、118中的任一个。具有提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10的每个运动轴线可由刷子型DC电动马达生成，并且轴线位置反馈由增量编码器生成。仅通过举例的方式，具有提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10可设置有任何数量的关节运动，包括在多轴机器人10的基座15上的上/下旋转、左/右旋转、第三运动、上下肘和肩旋转、以及左/右臂旋转。

在一个实施方案中，第一幅材材料122的回旋卷绕的卷可安装在芯轴60上。第一幅材材料122的回旋卷绕的卷可以是沿顺时针和/或逆时针方向可旋转的。第一幅材材料122可从回旋卷绕的卷退绕并进料到拼接器114中且通过该拼接器。一旦通过拼接器114，第一幅材材料122可进入格架120。如图所示，幅材材料122可绕在辊116上方，随后延伸至辊118，从而形成“花彩”。

在阅读本公开后应当理解，辊116和辊118之间的距离可增加，从而增加接合在格架120中的幅材材料122的线性量。另外，格架120中所用的辊116、118的数量也可确定接合在格架120中的第一幅材材料122的线性量。在通过格架120之后，第一幅材材料122可沿纵向朝第一计量辊或适用于生产一次性吸收制品诸如尿布和经期用具的任何下游操作前进。在与第一计量辊或其它下游装置接合之后，可进一步朝任何另外的期望下游设备指引第一幅材材料122。

第一幅材材料122的回旋卷绕的卷可安装在芯轴60上。第一幅材材料122的回旋卷绕的卷可被构造成沿顺时针和/或逆时针方向旋转。在例示的实施方案中，第二幅材材料124的回旋卷绕的卷可充当拼接器114的备用卷，并且因此幅材材料124的第二回旋卷绕的卷可以是与第一幅材材料122的回旋卷绕的卷相同的类型。在一些实施方案中，可为有利的是将第二幅材材料124的回旋卷绕的卷提供为与第一幅材材料122的回旋卷绕的卷不同的幅材材料，以便允许快速改变幅材材料类型的能力，而无需在变化为不同产品构造之前实际移除给定的幅材材料。在其它实施方案中，然而，第一幅材材料122的回旋卷绕的卷可绕过拼接器114和/或可以是与第二幅材材料124的回旋卷绕的卷不同的幅材材料。如本文所用，拼接(和拼接装置)是指将第一幅材材料接合至第二幅材材料，诸如将第一幅材材料122的回旋卷绕的卷接合至第二幅材材料124的回旋卷绕的卷的任何过程，或者与接合相关联或接合所需的任何装置或设备。如本文所用，接头被视为接合在一起的第一幅材材料和第二幅材材料的合并的局部部分。

可拼接(利用拼接装置)的幅材材料122、124的第一和第二回旋卷绕的卷可包括但不限于非织造材料、纸幅(包括薄纸、纸巾和其它等级的纸)、吸收材料、塑料膜和金属膜。拼接器114可被适配成拼接任何合适宽度和厚度的幅材材料。宽度在几毫米至约几米范围内的幅材材料可通过适当大小的拼接设备加工。类似地，厚度在千分之几毫米至几毫米范围内的幅材材料可通过适当适配的拼接器144拼接。

应当理解，幅材材料122、124的第一和第二回旋卷绕的卷诸如热塑性材料可在任何检测到低卷量时以上文所述的方式以交替方式添加到生产线操作中，从而允许生产线连续运行。还应当理解，虽然参考第一幅材材料和第二幅材材料描述了本发明的方法和设备，但预期的是，随时间推移将多个幅材材料卷拼接在一起以保持生产线运行。此外，预期第一和第二幅材材料不需要由相同的幅材材料制成，只要用于第一和第二幅材的幅材材料从拼接角度来说是兼容的即可。由于根据本发明的教导内容连续运行生产线操作的能力，可以最少的制造停机时间制造产品。此外，格架120可在零速度拼接期间充当累积器并且还可充当张力调节辊的一部分，以便有利于和/或改变幅材材料122、124的线张力。

可通过本领域技术人员已知的装置向具有提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10提供幅材材料122、124的第一和第二回旋卷绕的卷。例如，可通过使用手推车(未示出)向具有提供为协同地相关联至其的芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10提供幅材材料122、124的第一和第二回旋卷绕的卷。仅通过举例的方式，手推车可设置有适用为第一幅材材料122和第二幅材材料124的一定量的幅材材料的回旋卷绕的卷。

在操作期间，拼接器114可执行第一幅材材料122的尾端至第二幅材材料124的前(或起始)端的零速度拼接，同时继续将第一幅材材料122递送至任何下游转换设备。在拼接操作期间，格架120可移动，以便充当累积器并增加接合在格架120中的第一幅材材料122的线性量。当第一幅材材料122的回旋卷绕的卷停止旋转时，臂移动或枢转并且第一幅材材料122被拽出格架120以供应下游设备。因此，拼接器114可当格架120的卷停止时将第一幅材材料122拼接至第二幅材材料124，而第一幅材材料122可在不中断的情况下继续递送至下游设备。一旦已经执行了拼接，芯轴60可通过致动器旋转，以将幅材材料从第二幅材材料124的回旋卷绕的卷上退绕。应当认识到，一旦第二幅材材料124从第二幅材材料124的回旋卷绕的卷上退绕并将幅材材料供应至下游设备，就可将替换卷装载到相对芯轴60上，其中来自该替换卷的材料进料到拼接器114中并被定位以充当备用卷。

第一幅材材料122和第二幅材材料124之间的拼接可通过本领域已知的任何装置实现。拼接的性质可与正在拼接的特定幅材材料的性质相关。在一个实施方案中，幅材材料122、124的两个回旋卷绕的卷可通过使用在带的每侧具有粘合剂的双面拼接带拼接在一起。在该实施方案中，双面拼接带首先附连到第一幅材材料122，随后附连到第二幅材材料124。可向两个幅材材料122、124的施加双面拼接带之后的部分施加压力。在另一个实施方案中，可通过直接向第一幅材材料122施加粘合剂，随后使第二幅材材料124与粘合剂接触来接合两个幅材材料122、124。可向两个幅材材料122、124的粘合剂位置处施加压力，以有助于幅材材料122、124的接合。

在另一个实施方案中，可使两个幅材材料122、124成面对面关系，随后使它们经受充分的压力以将两个幅材材料122、124粘结在一起。在该实施方案中，两个幅材材料122、124可经受充分的压力以将两个幅材材料122、124粘接在一起，从而形成足以承受施加于所拼接的幅材材料的过程张力的粘结。

在另一个实施方案中，可使两个幅材材料122、124成面对面关系并使它们暴露于粘结装置。粘结装置包括但不限于暴露于红外光或其它电磁辐射以加热和熔合第一幅材材料122和第二幅材材料124；由适当适配的超声变幅杆抵靠砧座施加于组合的幅材材料的超声能量，以加热并将第一幅材材料122和第二幅材材料124熔合在一起；以及溶剂的喷雾施用，以熔合第一幅材材料122和第二幅材材料124。

结合如上文所述的芯轴60可为多轴机器人10提供可定位的能力，以定位幅材材料122、124的新的回旋卷绕的卷或者类似地定位幅材材料122、124的新的回旋卷绕的卷的芯。以此方式，带有具有芯轴60的端部执行器40的多轴机器人10可接合幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的芯并且利用合适的气动力(上文论述)来接合并固定幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的新卷。

多轴机器人10可随后将固定到其的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷移动到相对于适用于转换操作，诸如拼接器114、格架120等的期望位置来说的装载位置。在相对于装载位置恰当定位设置在机器人10/端部执行器40上的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷时，固定马达65可接合旋转耦接头55，以使芯轴60相对于期望的转换操作旋转，从而使包括幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的材料从幅材材料122、124的回旋卷绕的卷退绕并朝着期望的转换操作指引。

在需要时，自动或非自动系统可将包括幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的材料的前缘呈现给拼接器114或其它期望的转换操作。在需要时，本领域技术人员可使机器人10和/或芯轴60相对于转换操作进一步定位幅材材料122、124的回旋卷绕的卷并且向包括幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的材料提供需要的张力。在典型的转换操作中，来自幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的材料可通过拼接器114与先前使用的或当前使用的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的尾端拼接在一起，随后根据转换操作的需要利用。

在退绕过程期间，据信可根据需要调节多轴机器人10的位置。幅材材料122、124的回旋卷绕的卷在退绕期间的移动可有利于产生第二多轴机器人10邻近例如拼接器114来定位幅材材料122、124的另一个回旋卷绕的卷所需的空间。在当前正在退绕的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷由于退绕而接近设置在其上的材料端部时，幅材材料122、124的新的回旋卷绕的卷可接合至当前正在退绕的幅材材料122、124的回旋卷绕的卷，其方式与如上文所述的方式一致。在此类拼接事件之后，具有协同地附接到其的芯轴60的多轴机器人10可随后根据制造操作诸如处置容器的需要处置幅材材料122、124的回旋卷绕的卷的先前卷的剩余部分。

本发明提及的所有出版物、专利申请和公布的专利均全文引入方式并入本文。对于任何文件的引用不应当解释为承认其是有关本发明的现有技术。

本文所公开的量纲和/或值不应理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个此类量纲和/或值旨在表示所引用的量纲和/或值以及围绕该量纲和/或值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

除非明确排除或限制，将本文引用的每篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请，全文以引用方式并入本文。任何文献的引用均不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或其单独地或与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。另外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已经举例说明并描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围的情况下可以做出多个其它改变和修改。因此，本文旨在所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于获得、装载、拼接和退绕幅材材料的回旋卷绕的卷并将从所述回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷退绕的所述幅材材料不间断地推进到下游设备的退绕设备，所述退绕设备的特征在于：

a.多轴机器人；和

b.端部执行器，所述端部执行器操作地连接到所述多轴机器人，所述端部执行器的特征在于：

a.固定马达；

b.旋转耦接头，所述旋转耦接头机械地耦接到所述固定马达；和

c.芯轴，所述芯轴机械地耦接到所述旋转耦接头，所述芯轴能够可释放地接合所述幅材材料的回旋卷绕的卷。

2.根据权利要求1所述的退绕设备，其特征还在于所述多轴机器人的特征还在于能够进行关节运动的臂，所述端部执行器与所述能够进行关节运动的臂协同地接合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的退绕设备，其特征还在于所述端部执行器的特征还在于卷抓取装置，所述卷抓取装置可操作地附接至所述芯轴以用于抓取幅材材料的回旋卷绕的卷。

4.根据权利要求3所述的退绕设备，其特征还在于所述卷抓取装置的特征还在于能够径向朝向和径向远离所述芯轴移动的臂。

5.根据权利要求3所述的退绕设备，其特征还在于所述卷抓取装置适于旋转退绕所述幅材材料的回旋卷绕的卷。

6.根据前述权利要求中任一项所述的退绕设备，其特征还在于所述多轴机器人的特征还在于用于如下的装置：操作所述多轴机器人以便实现所述多轴机器人与所述幅材材料的回旋卷绕的卷的接合和脱离。

7.根据前述权利要求中任一项所述的退绕设备，其特征还在于所述多轴机器人的特征还在于用于如下的控制装置：控制所述多轴机器人，以便实现所述多轴机器人远离所述下游设备的移动以及实现在所述芯轴与所述幅材材料的回旋卷绕的卷接合的同时所述多轴机器人的协调移动，使得所述幅材材料的回旋卷绕的卷能够相对于所述下游设备移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的退绕设备，其特征还在于所述端部执行器能够自主确定所述幅材材料的回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷的特征，所述幅材材料的回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷的所述特征选自包括以下的组：幅材材料的回旋卷绕的卷的卷直径、幅材材料的回旋卷绕的卷的芯区域直径、幅材材料的回旋卷绕的卷的材料类型、幅材材料的回旋卷绕的卷的物理特征以及它们的组合。

9.根据前述权利要求中任一项所述的退绕设备，其特征还在于所述退绕设备在所述幅材材料的回旋卷绕的卷正在退绕的同时定位所述幅材材料的回旋卷绕的卷。

10.一种用于退绕设备的端部执行器，所述退绕设备用于获得、装载、拼接和退绕幅材材料的回旋卷绕的卷并将从所述回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷退绕的所述幅材材料不间断地推进到下游设备，所述端部执行器的特征在于：

a.固定马达；

b.旋转耦接头，所述旋转耦接头机械地耦接到所述固定马达；和

c.芯轴，所述芯轴机械地耦接到所述旋转耦接头，所述芯轴能够可释放地接合所述幅材材料的回旋卷绕的卷。

11.根据权利要求10所述的端部执行器，其特征还在于所述端部执行器的特征还在于卷抓取装置，所述卷抓取装置可操作地附接至所述芯轴以用于抓取幅材材料的回旋卷绕的卷。

12.根据权利要求10-11中任一项所述的端部执行器，其特征还在于所述卷抓取装置的特征还在于能够径向朝向和径向远离所述芯轴移动的臂。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的端部执行器，其特征还在于所述卷抓取装置适于旋转退绕所述幅材材料的回旋卷绕的卷。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的端部执行器，其特征还在于所述端部执行器能够自主确定所述幅材材料的回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷的特征，所述幅材材料的回旋卷绕的卷中的每个回旋卷绕的卷的所述特征选自包括以下的组：幅材材料的回旋卷绕的卷的卷直径、幅材材料的回旋卷绕的卷的芯区域直径、幅材材料的回旋卷绕的卷的材料类型、幅材材料的回旋卷绕的卷的物理特征以及它们的组合。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的端部执行器，其特征还在于所述端部执行器能够与多轴机器人连接地并协同地接合。