CN107380550B - 一种快递袋包装装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

一种快递袋包装装置，包括机架、放料机构、开袋机构、撕膜机构、撕单机构、封袋机构和控制模块；各个机构相互独立工作，在单片机控制单元的控制下有相互配合，除了第一步的放快递袋和最后一步的封袋，其他步骤既可以按步骤逐步完成；也可同时进行相互配合进行，在撕膜、打开快递袋、放料的同时进行撕单操作，在放料完成的同时完成撕单动作，并将快递单粘合到快递袋上完成贴单动作。该结构的结构特征和工作方式，通过单个机构独立同时运行以及协调配合，有效缩短了包装的时间，极大提高包装效率和节省人力成本。

Description

一种快递袋包装装置及工作方法

技术领域

本发明涉及包装装置及工作方法，尤其是一种快递袋包装装置及工作方法。

背景技术

近年来，随着电子商务的快速发展，我国电商物流保持较快增长，企业主体多元发展，经营模式不断创新，服务能力显著提升，已成为现代物流业的重要组成部分和推动国民经济发展的新动力。根据统计分析，当下我国电子商务有以下四个趋势：1、发展规模迅速扩大。2015年，我国电子商务交易额预计为20.8万亿元，同比增长约27％。全国网络零售交易额为3.88万亿元，同比增长33.3％，其中实物商品网上零售额为32424亿元，同比增长31.6％。2015年，全国快递服务企业业务量累计完成206.7亿件，同比增长48％，其中约有70％是由于国内电子商务产生的快递量。总体看，电子商务引发的物流仓储和配送需求呈现高速增长态势。2、企业主体多元发展。企业主体从快递、邮政、运输、仓储等行业向生产、流通等行业扩展，与电子商务企业相互渗透融合速度加快，涌现出一批知名电商物流企业。3、服务能力不断提升。第三方物流、供应链型、平台型、企业联盟等多种组织模式加快发展。服务空间分布上有同城、异地、全国、跨境等多种类型；服务时限上有“限时达、当日递、次晨达、次日递”等。可提供预约送货、网订店取、网订店送、智能柜自提、代收货款、上门退换货等多种服务。4、信息技术广泛应用。企业信息化、集成化和智能化发展步伐加快。条形码、无线射频识别、自动分拣技术、可视化及货物跟踪系统、传感技术、全球定位系统、地理信息系统、电子数据交换、移动支付技术等得到广泛应用，提升了行业服务效率和准确性。

在现代物流高速发展的大环境下，由于人工包装耗时较长，且随工作时间增长劳动生产率呈下降趋势，因此快递包装机应运而生。它的空间利用率高、便于实现自动化管理，快递包装机对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义，可广泛应用于物流行业。然而，现有的快递包装机主要以纸箱包装机为主，面向我国广泛的小型电商卖家的快递袋包装机的机型种类非常的少，并且结构偏大、操作复杂。如申请号为201610279153.3，申请公布号为105836209A，申请人为武汉科技大学的中国发明专利公开了一种多尺寸快递袋包装机，在机架上从下至上依次设置有用于快递袋缠绕的收卷装置、用于快递袋通过并夹持的定位装置、用于热封快递袋下开口并切割快递袋的下热封装置、用于驱动快递袋移动的输送装置及用于热封快递袋上开口的上热封装置。再如申请号为201610399372.5，申请公布号为105883031A，申请人为浙江理工大学的中国发明专利公开了快递包裹自动包装机，包括送袋装置、夹持机械手装置、送货装置和传输装置；人工输入发货地址代码和收货地址代码，夹持机械手装置从送袋装置中取袋，与传输装置配合，将袋口打开；送货装置利用曲柄摇杆-摇杆滑块组合机构带动推杆，将货物推入快递袋；夹持机械手装置的压条将袋子压在加热丝上热封后，由传输装置将包装好的快递包裹送入称重模块；根据重量、发货地和收货地，控制模块与打印机通信，打印输出快递单。又如申请号为201520887687.5，授权公告号为CN 205221171 U，专利权人为湖南工业大学的中国实用新型专利公开了一种快递物品包装机，包装机包括控制气路、推箱气缸、取袋气缸、开袋气缸、封口气缸，控制气路分别对推箱气缸、取袋气缸、开袋气缸、封口气缸进行控制；其工作方法是：A.推箱气缸通过活塞杆与储袋箱固连，用于推动储袋箱在导轨上移动。B.取袋气缸的活塞杆与取袋吸盘相连，该取袋吸盘用于从储袋箱中吸取快递袋。C.开袋气缸的活塞杆与开袋吸盘相连。该开袋吸盘用于与取袋吸盘配合吸开快递袋。D.封口气缸的活塞杆与装置有热封条的热封压板相连。该热封压板用于对快递袋进行封口。上述三种快递袋包装机都存在体积庞大、造价过高的缺陷，不适用于广泛的中小卖家，并且上述包装机针对包装快递袋等柔性物体时，容错性不佳，在装袋、贴单、封包等过程中的存在控制精度不高导致降低效率和包装不良的现况。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种具有较强的容错性，操作控制精确度高，体积小，工作效率高，成本适宜的快递袋包装装置。该装置能够实现自动化放料、开袋、撕膜、撕单、封袋等快递袋包装的全部程序，通过放料、开袋、撕膜、撕单、封袋机构之间的精确协调配合，极大提高包装效率和节省人力成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种快递袋包装装置，包括机架、放料机构、开袋机构、撕膜机构、撕单机构、封袋机构和控制模块；

所述机架包括两片侧板和支撑部，侧板固定在支撑部上，在两片侧板之间设有两片以上的中间板，所述中间板的两端分别与侧板固定连接，在两片侧板之间还设有快递袋背板，在快递袋背板面向中间板的一面固定连接设有四个以上的滑杆，在中间板上设有与滑杆相配合的滑孔，滑杆穿过所述滑孔，在快递袋背板和中间板之间的滑杆上套有弹簧，在滑杆远离快递袋背板的一端设有限位凸缘，在其中一片侧板的内侧还固定连接设有与快递袋背板相接触的角码；在支撑部上固定设有倾斜设置的取件板，在取件板远离快递袋背板的一端设有与取件板相垂直的限位板；

所述放料机构设置在机架的上方，所述放料机构包括进料板和第一伺服电机，所述进料板通过进料板旋转轴与机架的两片侧板枢接，所述第一伺服电机固定在机架的其中一片侧板的外侧，第一伺服电机与进料板旋转轴通过联轴器连接；

所述开袋机构包括一片以上的掀袋板，所述掀袋板与进料板通过弹簧合页连接，所述弹簧合页的一端与进料板远离进料板旋转轴的一端下方固定连接，弹簧合页的另一端与掀袋板固定连接；

所述撕膜机构包括第一舵机、摆臂、撕膜板和一个以上的撕膜钩，所述第一舵机固定在机架的其中一片侧板的外侧，第一舵机的转轴与摆臂的一端固定，摆臂的另一端与撕膜板通过铰链连接，撕膜钩的上端与撕膜板固定连接，在撕膜钩下端在朝向快递袋背板的方向上设有钩尖状的撕膜钩尖部；

所述撕单机构包括撕单架、第二伺服电机、第一齿轮和第二齿轮、第一齿条和第二齿条、第一棘爪和第二棘爪、一个以上的摩擦轮、主动轴、从动轴，所述撕单架设置在进料板下方且与两片侧板相垂直固定连接，撕单架上设有与撕单架相垂直的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板与撕单架固定连接，在第一支撑板和第二支撑板上分别设有与撕单架相平行的滑槽，在撕单架上靠近第一支撑板的一侧设有导轨，在导轨上安装设有滑块，第二伺服电机固定在滑块上，第二伺服电机的转动轴通过联轴器与主动轴固定连接，所主动轴伸入在滑槽内，摩擦轮固定在主动轴上且设置在第一支撑板和第二支撑板之间，从动轴设置在摩擦轮的下方且与摩擦轮相切接触，所述从动轴与两块支撑板相枢接，第一齿轮固定在主动轴上且设置在第一支撑板面向第二伺服电机的一侧，所述第一棘爪和第一齿条固定在第一支撑板面向第二伺服电机的一侧，第一棘爪和第一齿条设置在第一齿轮上方且在第一棘爪与第一齿轮接触，第二齿轮固定在主动轴上且设置在第二支撑板背向摩擦轮的一侧，所述第二棘爪和第二齿条固定在第二支撑板背向摩擦轮的一侧，第二棘爪和第二齿条设置在第二齿轮上方且在第二棘爪与第二齿轮接触；

所述封袋机构包括第二舵机、第三齿轮、第三齿条、封袋板架、封袋板和一个以上的封袋条，所述封袋板架设置快递袋背板下方且与两片侧板固定连接，封袋板架由快递袋背板向取件板方向倾斜，所述封袋板架上设有矩形孔，所述封袋板伸入在矩形孔内，所述第二舵机固定在封袋板架背向撕单机构的一面，所述第三齿轮与第二舵机的转动轴固定连接，所述第三齿条固定在封袋板上，第三齿条与第三齿轮相啮合，封袋条设置在封袋板远离撕单机构的一端下方且通过弹性铰接件与封袋板相铰接；

所述控制模块包括单片机控制单元、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第一限位开关、第二限位开关、红外传感器，在单片机控制单元内设有位置控制系统，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第一限位开关、第二限位开关、红外传感器分别与单片机控制单元电性连接，第一电机驱动器与第一伺服电机电性连接，第二电机驱动器与第二伺服电机电性连接，第三电机驱动器与第一舵机电性连接，第四电机驱动器与第二舵机电性连接，所述红外传感器设置在取件板上，所述第一限位开关设置在放料机构上，所述第二限位开关设置在撕单机构上。

本发明的第二目的是提供一种快递袋包装装置的工作方法，其操作控制精确度高，容错性较强，操作便捷，工作效率高，并且性价比高，应用范围广。该装置的工作方法通过放料、开袋、撕膜、撕单、封袋机构之间的精确协调配合，能够实现自动化放料、开袋、撕膜、撕单、封袋等快递袋包装的全部程序，极大提高包装效率和节省人力成本。

为解决上述技术问题，本装置的工作方法包括如下步骤：

S1、将一个以上的快递袋放置在快递袋背板上，通过快递袋背板与中间板之间的弹簧产生的弹力，使得快递袋被夹持在快递袋背板和角码之间，使得快递袋垂直放置，并且封袋板伸出封袋板架上的矩形孔在快递袋的一侧；

S2、单片机控制单元通过第三电机驱动器控制第一舵机转动角度带动摆臂和撕膜板向上，撕膜板下端的撕膜钩与快递袋相接触，撕膜钩沿着快递袋向上通过撕膜钩尖部将快递袋上的封胶膜条撕掉；

S3、将货物放至进料板上，单片机控制单元通过第一电机驱动器控制第一伺服电机转动从而带动进料板旋转，货物在重力作用下向下滑动，在进料板旋转的同时带动弹簧合页向下移动，从而带动掀袋板向下移动，掀袋板向下移动的过程中将快递袋掀开，掀开快递袋后货物依靠重力向下滑进快递袋内，封袋板抵挡住快递袋防止快递袋继续下滑，当带动进料板旋转至第一限位开关位置时，单片机控制单元通过第一电机驱动器控制第一伺服电机停止转动；

S4、进料板旋转触动第一限位开关时，单片机控制单元通过第二电机驱动器控制第二伺服电机逆时针转动，第二伺服电机逆转带动主动轴逆转，带动摩擦轮、第一齿轮和第二齿轮逆转，第一齿轮和第二齿轮刚开始逆转时，其上方的第一棘爪和第二棘爪会分别卡住第一齿轮和第二齿轮，使第一齿轮和第二齿轮不能在原地旋转并且第一棘爪和第二棘爪会分别推动第一齿轮和第二齿轮向前移动，从而使第一齿轮和第二齿轮分别与其上方的第一齿条和第二齿条啮合，使第一齿轮和第二齿轮边旋转边向前移动以完成复位动作，移到齿条行程尽头时摩擦轮移动到快递单的边缘；

S5、当移到齿条行程尽头时触动第二限位开关，单片机控制单元通过第二电机驱动器控制第二伺服电机顺时针转动角度从而带动主动轴摩擦轮、第一齿轮和第二齿轮顺时针转动，使第一齿轮、第二齿轮和摩擦轮边旋转边向后移动，放在摩擦轮下方的快递单背面的纸会被摩擦轮掀出一层离型纸并将快递单拖到从动轴上方,待第一齿轮和第二齿轮走到第一齿条和第二齿条行程尽头时,第一齿轮和第二齿轮继续向后走脱离第一齿条和第二齿,并与第一棘爪和第二棘爪接触,第一棘爪和第二棘爪使第一齿轮和第二齿轮在正转时保持在原地旋转，摩擦轮继续将快递单背面的一层离型纸掀开，摩擦轮带动从动轴旋转，从动轴旋转将快递单向前带动，快递单在向前移动的过程中会接触到快递袋，并粘在快递袋上；

S6、快递单粘在快递袋上之后，单片机控制单元通过第四电机驱动器控制第二舵机逆时针转动角度第二舵机逆转带动第三齿轮逆转，第三齿轮带动第三齿条以及封袋板向背向快递袋的一侧移动，使得快递袋在重力的作用向下滑到机架底部的取件板上，取件板上的限位板抵挡住快递袋继续下滑；

S7、取件板上红外传感器感应到快递袋后，将信号发送给单片机控制单元，单片机控制单元通过第四电机驱动器控制第二舵机顺时针转动角度第三齿轮带动第三齿条以及封袋板向快递袋的一侧移动，封袋条在弹性铰接件的弹力作用下打开并将快递袋有封胶的封合部翻折，使得封合部和快递袋粘合，完成快递袋包装过程。

在本发明中的角度由包装装置各个结构组件的实际尺寸决定，例如摆臂较长时，角度的数值相应较大；再如封袋板和第三齿条较长时，第二舵机转动角度的数值会相应更大。

本装置通过设置快递袋背板、中间板、两者之间的弹簧，以及在侧板上设置角码，弹簧产生的弹力将快递袋夹持在快递袋背板与角码之间，起到稳固放置快递袋的作用。本装置以第一舵机、摆臂和设有钩尖部的撕膜板的结构方式，通过控制单元控制第一舵机带动摆臂和撕膜板，将放置在快递袋背板上的快递袋的胶膜条利用钩尖部撕掉。第一伺服电机、进料板、弹簧合页、掀袋板组成放料机构，通过控制单元控制第一伺服电机带动进料板和掀袋板，能够一气呵成完成开袋和放料的步骤，同时通过封袋板抵挡住快递袋防止快递袋下滑，以配合撕单机构送出的被撕开的快递单，完成贴单动作。本装置的撕单机构以伺服电机、主动轴、从动轴、齿轮、棘爪、齿条、支撑板滑槽、导轨和滑块的结构组件组成，由于齿轮、棘爪、齿条、滑槽、导轨和滑块的配合，带动摩擦轮能够前后运动，第二伺服电机逆时针转动，摩擦轮向前移到，移到齿条行程尽头时摩擦轮恰好移动到快递单的边缘，为下一步掀开快递单完成准备工作；当第二伺服电机顺时针转动时，由于摩擦轮和从动轴的相互配合，能够有效地将快递单背面的离型纸撕开，并且将快递单以背面朝向快递袋方式移动至放置快递袋背板的快递袋上，通过背面的黏胶实现贴单的步骤。本发明的封袋机构通过第二舵机、第三齿轮、第三齿条、封袋板架、封袋板和封袋条的配合，实现让快递袋下滑至机架底部，并以封袋板和封袋条的向快递袋的一侧移动，将快递袋有封胶的封合部翻折，使得封合部和快递袋粘合。

由于本发明的结构特征，机架上设有放料机构、开袋机构、撕膜机构、撕单机构、封袋机构，各个机构相互独立工作，在控制单元的控制下有相互配合，除了第一步的放快递袋和最后一步的封袋，其他步骤可同时进行相互配合，在撕膜、打开快递袋、放料的同时进行撕单操作，在放料完成的同时完成撕单动作，并将快递单粘合到快递袋上完成贴单动作。该结构的结构特征和工作方式，通过单个机构独立同时运行以及协调配合，有效缩短了包装的时间，极大提高包装效率和节省人力成本。

作为进一步改进，所述封袋板架与水平面的倾斜角度大于等于取件板与水平面的倾斜角度。在本发明中，封袋板架设置为与水平面倾斜的作用是，当货物放入快递袋后，在重力的作用下会下滑，被封袋板抵挡住停在封袋板上，由于与封袋板架倾斜设置，使得快递袋也会相应由撕单机构向快递袋背板方向倾斜，当撕单机构将快递送出后，快递单在重力作用下会垂直下落并接触到倾斜的快递袋，由于是快递袋是倾斜能够保证快递单准确无误的贴合到快递袋上。此外，封袋板架与水平面的倾斜角度大于等于取件板与水平面的倾斜角度，即封袋板与取件板之间存在夹角，有利于封袋板将快递袋放下刀取件板后，封袋板伸出并打开封袋条将封合部翻折，借助弹性铰接件的弹力完成封袋动作，提高了封袋的成功率。

作为进一步改进，在所述摩擦轮下方设有与撕单架固定连接的快递单载板。由于设有快递单载板能够更好地承载快递单，避免快递远离出单口方向的快递单部分下垂。

作为进一步改进，在所述快递袋背板面向中间板的一面设有与快递袋背板固定连接的放袋拉手。由于设有放袋拉手，在放置一个以上快递袋时，向背向快递袋的方向拉动放袋拉手，让快递袋背板和角码产生空隙，方便放置快递袋。

进一步的，在所述位置控制系统里，所述第一伺服电机、第二伺服电机、第一舵机和第二舵机的位置控制传递函数为

进一步的，所述位置控制系统的反馈控制系统采用PID控制，PID控制传递函数及相应参数按下列函数式确定：

其中，ξ为控制期望的阻尼比(0<ξ<2)，ω_n为控制期望的自然频率。

进一步的，在所述位置控制系统的反馈控制系统中增加前馈控制，其中

前馈补偿控制器G_f(s)表示为

前馈补偿控制器的输出表示为u_f(s)＝K^-1(Ts²+s)θ_r(s)，

被控系统的输入u(s)由反馈控制量u_b(s)和前馈控制量u_f(s)组成：

u(s)＝u_b(s)+u_f(s)，

系统输出：

其中，θ_r是电机期望转动的角度，θ是电机实际转动的角度，G_c(s)是上述的PID控制传递函数，在本发明中，系数K、T由电机实际的结构参数决定。ξ为控制期望的阻尼比(0<ξ<2)，ω_n为控制期望的自然频率，即带宽，PID控制量u_b(s)和前馈控制量u_f(s)组成被控对象的输入u(s)。

在位置控制系统中，增加上述的前馈控制可以明显提高系统的带宽和响应速度，从而提高精度和工作速度。

附图说明

图1为实施例1中快递袋包装装置的立体图。

图2为实施例1中快递袋包装装置的后视图。

图3为实施例1中快递袋包装装置的右视图。

图4为实施例1中去掉一块侧板的快递袋包装装置示意图。

图5为实施例1中去掉两块侧板的快递袋包装装置示意图。

图6为实施例1中去掉两块侧板的快递袋包装装置的另一视角示意图。

图7为实施例1中放料机构、开袋机构、撕膜机构的示意图。

图8为实施例1中放料机构、开袋机构、撕膜机构另一视角的示意图。

图9为实施例1中放料机构、开袋机构、撕膜机构另一视角的示意图。

图10为实施例1中放料机构、开袋机构、撕膜机构另一视角的示意图。

图11为实施例1中撕单机构的示意图。

图12为实施例1中撕单机构另一视角的示意图。

图13为实施例1中封袋机构的示意图。

图14为实施例1中封袋机构另一视角的示意图。

图15为实施例1中封袋机构另一视角的示意图。

图16为实施例1中控制模块的模块示意图。

图17为实施例1中工作方法的流程图。

图18为实施例1中的反馈系统中增加前馈系统的系统框图。

图19为实施例2中工作方法的流程图。

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1至图6所示，本实施中的快递袋包装装置，包括机架1、放料机构2、开袋机构7、撕膜机构3、撕单机构4、封袋机构5和控制模块。其中，放料机构2、开袋机构7、撕膜机构3设置在机架1顶部，撕单机构4固定在机架1上且撕单机构4的快递单出口朝向快递袋，封袋机构5处于机架1底部。

如图1至图6所示，机架1包括两片侧板11和支撑部12，侧板11固定在支撑部12上，在两片侧板11之间设有三组中间板13，中间板13的两端分别与侧板11固定连接，在两片侧板11之间还设有快递袋背板14，在快递袋背板14面向中间板13的一面固定连接设有四个滑杆15，在其中两组中间板13上设有与滑杆15相配合的滑孔16，滑杆15穿过所述滑孔16，在快递袋背板14和中间板13之间的滑杆15上套有弹簧17，在滑杆15远离快递袋背板14的一端设有限位凸缘(未示出)，在其中一片侧板11的内侧还固定连接设有与快递袋背板14相接触的角码18；在支撑部12上固定设有倾斜设置的取件板121，在取件板121远离快递袋背板14的一端设有与取件板121相垂直的限位板122。在本实施例，本包装装置通过设置快递袋背板14、中间板13、两者之间的弹簧17，以及在侧板11上设置角码18，弹簧17产生的弹力将快递袋夹持在快递袋背板14与角码18之间，起到稳固放置快递袋的作用。

如图7至图9所示，放料机构2设置在机架1的上方，放料机构2包括进料板21和第一伺服电机22，进料板21通过进料板21旋转轴与机架1的两片侧板11枢接，第一伺服电机22固定在机架1的其中一片侧板11的外侧，第一伺服电机22与进料板21旋转轴通过联轴器连接。

如图7至图9所示，开袋机构7包括二片掀袋板71，掀袋板71与进料板21通过弹簧合页72连接，所述弹簧合页72的一端与进料板21远离进料板21旋转轴的一端下方固定连接，弹簧合页72的另一端与掀袋板71固定连接。第一伺服电机22、进料板、弹簧合页72、掀袋板71组成放料机构2，通过控制单元控制第一伺服电机22带动进料板和掀袋板71，能够一气呵成完成开袋和放料的步骤，同时通过封袋板55抵挡住快递袋防止快递袋下滑，以配合撕单机构4送出的被撕开的快递单，完成贴单动作。

如图7至图9所示，撕膜机构3包括第一舵机31、摆臂32、撕膜板33和三个撕膜钩34，所述第一舵机31固定在机架1的其中一片侧板11的外侧，第一舵机31的转轴与摆臂32的一端固定，摆臂32的另一端与撕膜板33通过铰链连接，撕膜钩34的上端与撕膜板33固定连接，在撕膜钩34下端在朝向快递袋背板14的方向上设有钩尖状的撕膜钩尖部341。本装置以第一舵机31、摆臂32和设有钩尖部的撕膜板33的结构方式，通过控制单元控制第一舵机31带动摆臂32和撕膜板33，将放置在快递袋背板14上的快递袋的胶膜条利用钩尖部撕掉。

如图10至图12所示，撕单机构4包括撕单架41、第二伺服电机42、第一齿轮431和第二齿轮432、第一齿条441和第二齿条442、第一棘爪451和第二棘爪452、两个摩擦轮46、主动轴47、从动轴48，所述撕单架41设置在进料板21下方且与两片侧板11相垂直固定连接，撕单架41上设有与撕单架41相垂直的第一支撑板491和第二支撑板492，第一支撑板491和第二支撑板492与撕单架41固定连接，在第一支撑板491和第二支撑板492上分别设有与撕单架41相平行的滑槽493，在撕单架41上靠近第一支撑板491的一侧设有导轨411，在导轨411上安装设有滑块4111，第二伺服电机42固定在滑块4111上，第二伺服电机42的转动轴通过联轴器与主动轴47固定连接，所主动轴47伸入在滑槽493内，摩擦轮46固定在主动轴47上且设置在第一支撑板491和第二支撑板492之间，从动轴48设置在摩擦轮46的下方且与摩擦轮46相切接触，所述从动轴48与两块支撑板相枢接，第一齿轮431固定在主动轴47上且设置在第一支撑板491面向第二伺服电机42的一侧，所述第一棘爪451和第一齿条441固定在第一支撑板491面向第二伺服电机42的一侧，第一棘爪451和第一齿条441设置在第一齿轮431上方且在第一棘爪451与第一齿轮431接触，第二齿轮432固定在主动轴47上且设置在第二支撑板492背向摩擦轮46的一侧，所述第二棘爪452和第二齿条442固定在第二支撑板492背向摩擦轮46的一侧，第二棘爪452和第二齿条442设置在第二齿轮432上方且在第二棘爪452与第二齿轮432接触。本装置的撕单机构4以伺服电机、主动轴47、从动轴48、齿轮、棘爪、齿条、支撑板滑槽493、导轨411和滑块4111的结构组件组成，由于齿轮、棘爪、齿条、滑槽493、导轨411和滑块4111的配合，带动摩擦轮46能够前后运动，第二伺服电机42逆时针转动，摩擦轮46向前移到，移到齿条行程尽头时摩擦轮46恰好移动到快递单的边缘，为下一步掀开快递单完成准备工作；当第二伺服电机42顺时针转动时，由于摩擦轮46和从动轴48的相互配合，能够有效地将快递单背面的离型纸撕开，并且将快递单以背面朝向快递袋方式移动至放置快递袋背板14的快递袋上，通过背面的黏胶实现贴单的步骤。

如图13至图15所示，所述封袋机构5包括第二舵机51、第三齿轮52、第三齿条53、封袋板架54、封袋板55和二个封袋条56，所述封袋板架54设置快递袋背板14下方且与两片侧板11固定连接，封袋板架54由快递袋背板14向取件板121方向倾斜，所述封袋板架54上设有矩形孔57，所述封袋板55伸入在矩形孔57内，所述第二舵机51固定在封袋板架54背向撕单机构4的一面，所述第三齿轮52与第二舵机51的转动轴固定连接，所述第三齿条53固定在封袋板55上，第三齿条53与第三齿轮52相啮合，封袋条56设置在封袋板55远离撕单机构4的一端下方且通过弹性铰接件与封袋板55相铰接。在本实施例的封袋机构5通过第二舵机51、第三齿轮52、第三齿条53、封袋板架54、封袋板55和封袋条56的配合，实现让快递袋下滑至机架1底部，并以封袋板55和封袋条56的向快递袋的一侧移动，将快递袋有封胶的封合部翻折，使得封合部和快递袋粘合。

如图16所示，在本实施例中，控制模块包括单片机控制单元61、第一电机驱动器62、第二电机驱动器63、第三电机驱动器64、第四电机驱动器65、第一限位开关66、第二限位开关67、红外传感器68，在单片机控制单元61内设有位置控制系统，第一电机驱动器62、第二电机驱动器63、第三电机驱动器64、第四电机驱动器65、第一限位开关66、第二限位开关67、红外传感器68分别与单片机控制单元61电性连接，第一电机驱动器62与第一伺服电机22电性连接，第二电机驱动器63与第二伺服电机42电性连接，第三电机驱动器64与第一舵机31电性连接，第四电机驱动器65与第二舵机51电性连接，所述红外传感器68设置在取件板121上，所述第一限位开关66设置在放料机构2上，所述第二限位开关67设置在撕单机构4上。在所述位置控制系统里，所述第一伺服电机22、第二伺服电机42、第一舵机31和第二舵机51的位置控制传递函数为其中，系数K、T由电机实际的结构参数决定。在所述位置控制系统的反馈控制系统采用PID控制，PID控制传递函数及相应参数按下列函数式确定：

其中，G_c(s)是PID控制传递函数，ξ为控制期望的阻尼比(0<ξ<2)，ω_n为控制期望的自然频率。

在本实施例，所述位置控制系统的反馈控制系统中增加了前馈控制，其系统框图如图18所示，图18的虚线方框表示前馈控制算法，其中

前馈补偿控制器G_f(s)表示为

前馈补偿控制器的输出表示为u_f(s)＝K^-1(Ts²+s)θ_r(s)，

被控系统的输入u(s)由反馈控制量u_b(s)和前馈控制量u_f(s)组成：

u(s)＝u_b(s)+u_f(s)，

系统输出：

其中，θ_r是电机期望转动的角度，θ是电机实际转动的角度，G_c(s)是上述的PID控制传递函数，在本实施例中，系数K、T由电机实际的结构参数决定。ξ为控制期望的阻尼比(0<ξ<2)，ω_n为控制期望的自然频率，即带宽，PID控制量u_b(s)和前馈控制量u_f(s)组成被控对象的输入u(s)。

在位置控制系统中增加前馈控制可以明显提高系统的带宽和响应速度，增加前馈控制系统后的系统框图如图18所示。

如图17所示，上述包装装置在具体工作时，第一步，是将一个以上的快递袋放置在快递袋背板14上，通过快递袋背板14与中间板13之间的弹簧17产生的弹力，使得快递袋被夹持在快递袋背板14和角码18之间，使得快递袋垂直放置，并且封袋板55伸出封袋板架54上的矩形孔57，在快递袋的一侧。

第二步，单片机控制单元61通过第三电机驱动器64控制第一舵机31转动角度带动摆臂32和撕膜板33向上，撕膜板33下端的撕膜钩34与快递袋相接触，撕膜钩34沿着快递袋向上通过撕膜钩尖部341将快递袋上的封胶膜条撕掉。

第三步，将货物放至进料板上，单片机控制单元61通过第一电机驱动器62控制第一伺服电机22转动从而带动进料板旋转，货物在重力作用下向下滑动，在进料板21旋转的同时带动弹簧合页72向下移动，从而带动掀袋板71向下移动，掀袋板71向下移动的过程中将快递袋掀开，掀开快递袋后货物依靠重力向下滑进快递袋内，封袋板55抵挡住快递袋防止快递袋继续下滑，当带动进料板旋转至第一限位开关66位置时，单片机控制单元61通过第一电机驱动器62控制第一伺服电机22停止转动。

第四步，进料板旋转触动第一限位开关66时，单片机控制单元61通过第二电机驱动器63控制第二伺服电机42逆时针转动，第二伺服电机42逆转带动主动轴47逆转，带动摩擦轮46、第一齿轮431和第二齿轮432逆转，第一齿轮431和第二齿轮432刚开始逆转时，其上方的第一棘爪451和第二棘爪452会分别卡住第一齿轮431和第二齿轮432，使第一齿轮431和第二齿轮432不能在原地旋转并且第一棘爪451和第二棘爪452会分别推动第一齿轮431和第二齿轮432向前移动，从而使第一齿轮431和第二齿轮432分别与其上方的第一齿条441和第二齿条442啮合，使第一齿轮431和第二齿轮432边旋转边向前移动以完成复位动作，移到齿条行程尽头时摩擦轮46移动到快递单的边缘。

第五步，当移到齿条行程尽头时触动第二限位开关67，单片机控制单元61通过第二电机驱动器63控制第二伺服电机42顺时针转动角度从而带动主动轴47摩擦轮46、第一齿轮431和第二齿轮432顺时针转动，使第一齿轮431、第二齿轮432和摩擦轮46边旋转边向后移动，放在摩擦轮46下方的快递单背面的纸会被摩擦轮46掀出一层离型纸并将快递单拖到从动轴48上方,待第一齿轮431和第二齿轮432走到第一齿条441和第二齿条442行程尽头时,第一齿轮431和第二齿轮432继续向后走脱离第一齿条441和第二齿,并与第一棘爪451和第二棘爪452接触,第一棘爪451和第二棘爪452使第一齿轮431和第二齿轮432在正转时保持在原地旋转，摩擦轮46继续将快递单背面的一层离型纸掀开，摩擦轮46带动从动轴48旋转，从动轴48旋转将快递单向前带动，快递单在向前移动的过程中会接触到快递袋，并粘在快递袋上。

第六步，快递单粘在快递袋上之后，单片机控制单元61通过第四电机驱动器65控制第二舵机51逆时针转动角度第二舵机51逆转带动第三齿轮52逆转，第三齿轮52带动第三齿条53以及封袋板55向背向快递袋的一侧移动，使得快递袋在重力的作用向下滑到机架1底部的取件板121上，取件板121上的限位板122抵挡住快递袋继续下滑。

第七步，取件板121上红外传感器68感应到快递袋后，将信号发送给单片机控制单元61，单片机控制单元61通过第四电机驱动器65控制第二舵机51顺时针转动角度第三齿轮52带动第三齿条53以及封袋板55向快递袋的一侧移动，封袋条56在弹性铰接件的弹力作用下打开并将快递袋有封胶的封合部翻折，使得封合部和快递袋粘合，完成快递袋包装过程。

在本实施例中，当然，对于不同大小尺寸的递袋包装机，角度由包装装置各个结构组件的实际尺寸决定，例如摆臂32较长时，角度的数值相应较大；再如封袋板55和第三齿条53较长时，第二舵机51转动角度的数值会相应更大。

毫无疑问，本发明还可以具有多种变换和改型，并不仅限于上述实施的具体结构，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

实施例2

如图1至图16所示，本实施中的快递袋包装装置，包括机架1、放料机构2、开袋机构7、撕膜机构3、撕单机构4、封袋机构5和控制模块。其中，放料机构2、开袋机构7、撕膜机构3设置在机架1顶部，撕单机构4固定在机架1上且撕单机构4的快递单出口朝向快递袋，封袋机构5处于机架1底部。

如图19所示，上述包装装置在具体工作时，先将一个以上的快递袋放置在快递袋背板14上，然后放置快递货物至进料板，撕膜机构5、开袋机构7、放料机构2依次工作，完成撕膜、开袋和放料的动作；与之同时，撕单机构4也开始工作完成撕单的动作，在放料动作完成的同时撕单机构4将撕掉离型纸的快递单向快递袋的位置移动，在重力作用下，移出撕单架41的快递单会下垂，在快递单完全移出撕单架41后会垂直下落，快递单下落的过程中会接触到快递袋，由于与封袋板架54倾斜设置，使得快递袋也会相应由撕单机构4向快递袋背板14方向倾斜，使得快递单粘精确地在快递袋上。在单片机控制单元61的控制下有相互配合，除了第一步的放快递袋和最后一步的封袋，其他步骤可同时进行相互配合，在撕膜、打开快递袋、放料的同时进行撕单操作，在放料完成的同时完成撕单动作，并将快递单粘合到快递袋上完成贴单动作。该结构的结构特征和工作方式，通过单个机构独立同时运行以及协调配合，有效缩短了包装的时间，极大提高包装效率和节省人力成本。

Claims (8)

1.一种快递袋包装装置，其特征在于，包括机架、放料机构、开袋机构、撕膜机构、撕单机构、封袋机构和控制模块；

所述机架包括两片侧板和支撑部，侧板固定在支撑部上，在两片侧板之间设有两片以上的中间板，所述中间板的两端分别与侧板固定连接，在两片侧板之间还设有快递袋背板，在快递袋背板面向中间板的一面固定连接设有四个以上的滑杆，在中间板上设有与滑杆相配合的滑孔，滑杆穿过所述滑孔，在快递袋背板和中间板之间的滑杆上套有弹簧，在滑杆远离快递袋背板的一端设有限位凸缘，在其中一片侧板的内侧还固定连接设有与快递袋背板相接触的角码；在支撑部上固定设有倾斜设置的取件板，在取件板远离快递袋背板的一端设有与取件板相垂直的限位板；

所述放料机构设置在机架的上方，所述放料机构包括进料板和第一伺服电机，所述进料板通过进料板旋转轴与机架的两片侧板枢接，所述第一伺服电机固定在机架的其中一片侧板的外侧，第一伺服电机与进料板旋转轴通过联轴器连接；

所述开袋机构包括一片以上的掀袋板，所述掀袋板与进料板通过弹簧合页连接，所述弹簧合页的一端与进料板远离进料板旋转轴的一端下方固定连接，弹簧合页的另一端与掀袋板固定连接；

所述撕膜机构包括第一舵机、摆臂、撕膜板和一个以上的撕膜钩，所述第一舵机固定在机架的其中一片侧板的外侧，第一舵机的转轴与摆臂的一端固定，摆臂的另一端与撕膜板通过铰链连接，撕膜钩的上端与撕膜板固定连接，在撕膜钩下端在朝向快递袋背板的方向上设有钩尖状的撕膜钩尖部；

所述撕单机构包括撕单架、第二伺服电机、第一齿轮和第二齿轮、第一齿条和第二齿条、第一棘爪和第二棘爪、一个以上的摩擦轮、主动轴、从动轴，所述撕单架设置在进料板下方且与两片侧板相垂直固定连接，撕单架上设有与撕单架相垂直的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板与撕单架固定连接，在第一支撑板和第二支撑板上分别设有与撕单架相平行的滑槽，在撕单架上靠近第一支撑板的一侧设有导轨，在导轨上安装设有滑块，第二伺服电机固定在滑块上，第二伺服电机的转动轴通过联轴器与主动轴固定连接，所主动轴伸入在滑槽内，摩擦轮固定在主动轴上且设置在第一支撑板和第二支撑板之间，从动轴设置在摩擦轮的下方且与摩擦轮相切接触，所述从动轴与两块支撑板相枢接，第一齿轮固定在主动轴上且设置在第一支撑板面向第二伺服电机的一侧，所述第一棘爪和第一齿条固定在第一支撑板面向第二伺服电机的一侧，第一棘爪和第一齿条设置在第一齿轮上方且在第一棘爪与第一齿轮接触，第二齿轮固定在主动轴上且设置在第二支撑板背向摩擦轮的一侧，所述第二棘爪和第二齿条固定在第二支撑板背向摩擦轮的一侧，第二棘爪和第二齿条设置在第二齿轮上方且在第二棘爪与第二齿轮接触；

所述封袋机构包括第二舵机、第三齿轮、第三齿条、封袋板架、封袋板和一个以上的封袋条，所述封袋板架设置快递袋背板下方且与两片侧板固定连接，封袋板架由快递袋背板向取件板方向倾斜，所述封袋板架上设有矩形孔，所述封袋板伸入在矩形孔内，所述第二舵机固定在封袋板架背向撕单机构的一面，所述第三齿轮与第二舵机的转动轴固定连接，所述第三齿条固定在封袋板上，第三齿条与第三齿轮相啮合，封袋条设置在封袋板远离撕单机构的一端下方且通过弹性铰接件与封袋板相铰接；

所述控制模块包括单片机控制单元、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第一限位开关、第二限位开关、红外传感器，在单片机控制单元内设有位置控制系统，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第一限位开关、第二限位开关、红外传感器分别与单片机控制单元电性连接，第一电机驱动器与第一伺服电机电性连接，第二电机驱动器与第二伺服电机电性连接，第三电机驱动器与第一舵机电性连接，第四电机驱动器与第二舵机电性连接，所述红外传感器设置在取件板上，所述第一限位开关设置在放料机构上，所述第二限位开关设置在撕单机构上。

2.根据权利要求1所述的快递袋包装装置，其特征在于，所述封袋板架与水平面的倾斜角度大于等于取件板与水平面的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的快递袋包装装置，其特征在于，在所述摩擦轮下方设有与撕单架固定连接的快递单载板。

4.根据权利要求1所述的快递袋包装装置，其特征在于，在所述快递袋背板面向中间板的一面设有与快递袋背板固定连接的放袋拉手。

5.一种权利要求1所述的快递袋包装装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括如下步骤：

S1、将一个以上的快递袋放置在快递袋背板上，通过快递袋背板与中间板之间的弹簧产生的弹力，使得快递袋被夹持在快递袋背板和角码之间，使得快递袋垂直放置，并且封袋板伸出封袋板架上的矩形孔在快递袋的一侧；

S2、单片机控制单元通过第三电机驱动器控制第一舵机转动角度带动摆臂和撕膜板向上，撕膜板下端的撕膜钩与快递袋相接触，撕膜钩沿着快递袋向上通过撕膜钩尖部将快递袋上的封胶膜条撕掉；

S3、将货物放至进料板上，单片机控制单元通过第一电机驱动器控制第一伺服电机转动从而带动进料板旋转，货物在重力作用下向下滑动，在进料板旋转的同时带动弹簧合页向下移动，从而带动掀袋板向下移动，掀袋板向下移动的过程中将快递袋掀开，掀开快递袋后货物依靠重力向下滑进快递袋内，封袋板抵挡住快递袋防止快递袋继续下滑，当带动进料板旋转至第一限位开关位置时，单片机控制单元通过第一电机驱动器控制第一伺服电机停止转动；

S4、进料板旋转触动第一限位开关时，单片机控制单元通过第二电机驱动器控制第二伺服电机逆时针转动，第二伺服电机逆转带动主动轴逆转，带动摩擦轮、第一齿轮和第二齿轮逆转，第一齿轮和第二齿轮刚开始逆转时，其上方的第一棘爪和第二棘爪会分别卡住第一齿轮和第二齿轮，使第一齿轮和第二齿轮不能在原地旋转并且第一棘爪和第二棘爪会分别推动第一齿轮和第二齿轮向前移动，从而使第一齿轮和第二齿轮分别与其上方的第一齿条和第二齿条啮合，使第一齿轮和第二齿轮边旋转边向前移动以完成复位动作，移到齿条行程尽头时摩擦轮移动到快递单的边缘；

S5、当移到齿条行程尽头时触动第二限位开关，单片机控制单元通过第二电机驱动器控制第二伺服电机顺时针转动角度从而带动主动轴摩擦轮、第一齿轮和第二齿轮顺时针转动，使第一齿轮、第二齿轮和摩擦轮边旋转边向后移动，放在摩擦轮下方的快递单背面的纸会被摩擦轮掀出一层离型纸并将快递单拖到从动轴上方,待第一齿轮和第二齿轮走到第一齿条和第二齿条行程尽头时,第一齿轮和第二齿轮继续向后走脱离第一齿条和第二齿,并与第一棘爪和第二棘爪接触,第一棘爪和第二棘爪使第一齿轮和第二齿轮在正转时保持在原地旋转，摩擦轮继续将快递单背面的一层离型纸掀开，摩擦轮带动从动轴旋转，从动轴旋转将快递单向前带动，快递单在向前移动的过程中会接触到快递袋，并粘在快递袋上；

S6、快递单粘在快递袋上之后，单片机控制单元通过第四电机驱动器控制第二舵机逆时针转动角度第二舵机逆转带动第三齿轮逆转，第三齿轮带动第三齿条以及封袋板向背向快递袋的一侧移动，使得快递袋在重力的作用向下滑到机架底部的取件板上，取件板上的限位板抵挡住快递袋继续下滑；

S7、取件板上红外传感器感应到快递袋后，将信号发送给单片机控制单元，单片机控制单元通过第四电机驱动器控制第二舵机顺时针转动角度第三齿轮带动第三齿条以及封袋板向快递袋的一侧移动，封袋条在弹性铰接件的弹力作用下打开并将快递袋有封胶的封合部翻折，使得封合部和快递袋粘合，完成快递袋包装过程。

6.根据权利要求5所述的快递袋包装装置的工作方法，其特征在于，在所述位置控制系统里，所述第一伺服电机、第二伺服电机、第一舵机和第二舵机的位置控制传递函数为

7.根据权利要求5所述的快递袋包装装置的工作方法，其特征在于，所述位置控制系统的反馈控制系统采用PID控制，PID控制传递函数及相应参数按下列函数式确定：

其中，ξ为控制期望的阻尼比(0<ξ<2)，ω_n为控制期望的自然频率。

8.根据权利要求5至7任意一项所述的快递袋包装装置的工作方法，其特征在于，在所述位置控制系统的反馈控制系统中增加前馈控制，其中

前馈补偿控制器G_f(s)表示为

前馈补偿控制器的输出表示为u_f(s)＝K^-1(Ts²+s)θ_r(s)，

被控系统的输入u(s)由反馈控制量u_b(s)和前馈控制量u_f(s)组成：

u(s)＝u_b(s)+u_f(s)，

系统输出：