CN108502262A - 一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法，本系统包括系统控制模块、输送机和灌装机，还有配置了专用末端操作器的机器人模块和含相机和光源的视觉模块，末端操作器上有拾取吸盘、夹板和开袋吸盘等。其运行控制方法为：系统控制模块控制输送机阀口袋停在相机下方，提取阀口的位置姿态坐标信息，传递给机器人模块；机器人模块根据坐标信息控制末端操作器的拾取路径和套袋路径，控制末端操作器可靠地完成阀口袋定位拾取、夹紧、开袋(打开阀口)、套袋(将打开的阀口套在喂料管上)。节省人力，提高效率；具有柔性，能完成多种不同阀口袋的上袋操作；采用商品化机器人和视觉模块，简化了机械结构，提高系统可靠性，降低成本。

Description

一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法

技术领域

本发明涉及粉体包装机械技术领域，具体为一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法。

背景技术

在工农业生产中，存在着大量粉体物料需要用不同包装形式提供。粉体包装中为了避免包装过程中造成粉尘飞扬，多选用阀口袋作为包装用袋，如水泥、超细滑石粉、钛白粉等的包装。阀口袋为目前国际流行包装袋，从顶部或底部阀口进料，采用专门灌装设备，灌装物料后堆包整齐，美观，属于环保袋。

阀口袋有糊底阀口袋和线缝阀口袋之分。糊底阀口袋灌装物料后成方体，方便码垛；而线缝阀口袋灌装物料后虽不成方体，但因价格便宜，也在很多场合使用。无论是哪种阀口袋，在袋子的角部均设计有一个向内或向外折叠、并贴合在一起的小口即阀口，用于粉料的灌装。阀口袋包装时，首先将阀口袋的阀口张开，然后把阀口套在包装机的喂料管上，进行粉料的灌装。灌装完毕后，内装物料会从内部挤压封闭阀口，不需要外力自动封口。

目前，在粉体包装中，阀口袋包装相较于敞口袋包装有诸多突出优点，目前已经被普遍使用，并获得了较快的发展。阀口袋半自动化包装线已经获得了较为广泛地应用，可自动完成粉料的灌装、计量、码垛等。但在阀口袋的上袋环节却尚未实现自动化，因上袋时需要将叠压成扁平状态的阀口袋的阀口张开，再准确套至灌装机的喂料管上。现有自动上袋装置大多采用传统的机械结构设计，机构复杂、故障率较高、柔性不够(一套设备只能满足一种规格的阀口袋的上袋作业)，难以广泛地应用。目前多数阀口袋包装装置还是依赖人工操作的手眼协调优势来完成这种复杂的上袋作业。人工上袋不仅劳动强度大、效率低，而且现场装袋工人无法避免地暴露在现场的粉尘中，遭受到粉尘污染危害，其作业场所已经成为国家安监局职业健康执法检查的重点。

为了有效地改善粉体生产企业的生产环境，降低粉体包装的劳动强度，满足企业提高自动化程度和生产效率的新要求，粉体包装过程中，由可靠的阀口袋自动上袋装置取代人工上袋势在必行。

发明内容

本发明的目的是公开一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法，本系统包括系统控制模块、空袋输送机、退袋输送机和灌装机，还有配置了专用末端操作器的机器人模块和视觉模块，系统控制模块将视觉模块提供的阀口袋位姿信息传递给机器人模块，机器人模块可靠地完成阀口袋定位拾取、夹紧、开袋(打开阀口)、套袋(将打开的阀口套在喂料管上)。本发明还具有一定的柔性，能完成多种不同阀口袋的上袋操作。

本发明公开了一种阀口袋自动上袋集成系统，包括系统控制模块、空袋输送机、退袋输送机和灌装机，所述灌装机含有料筒、料筒上安装的喂料管和挡料板，系统控制模块连接控制空袋输送机、退袋输送机和灌装机的挡料板，所述空袋输送机和退袋输送机均为传送带输送机构，其传送带的上表面为水平，灌装机的喂料管处于退袋输送机传送带的上方。

所述系统控制模块包括PLC(可编程逻辑控制器)和与之连接的人机界面。

本系统还包括与系统控制模块连接的机器人模块和视觉模块。

所述机器人模块包括机器人本体、机器人控制器、机器人示教盒和末端操作器，系统控制模块连接机器人控制器。机器人示教盒也连接机器人控制器。机器人控制器连接控制机器人本体，本发明的机器人本体为三维活动臂。机器人本体腕部末端安装末端操作器。

所述系统控制模块经以太网连接机器人控制器。机器人控制器连接机器人本体。

所述末端操作器的安装架上可转动地安装拾取吸盘安装轴，安装架的一端安装回转气缸，回转气缸的输出轴驱动连接拾取吸盘安装轴，与拾取气泵连接的多个相同的拾取吸盘的顶端成一直线固定于拾取吸盘安装轴上，各拾取吸盘的盘面处于同一平面；所述末端操作器的安装架上还安装一对开袋架，开袋架上固定安装与开袋气泵连接的一对开袋吸盘，固定于安装架上的开袋气缸连接开袋架；固定于安装架的夹紧气缸连接一对夹板，夹板板面垂直于水平面且与拾取吸盘安装轴的中心线平行。

所述回转气缸、夹紧气缸、开袋气缸、拾取气泵和开袋气泵连接的气路上的电磁阀均与机器人控制器和/或系统控制模块连接，且所述回转气缸、夹紧气缸、开袋气缸均安装有气缸用传感器组件，各传感器组件与机器人控制器和/或系统控制模块连接。

所述末端操作器的一对开袋吸盘附近还安装有一对颜色传感器，所述颜色传感器为对阀口袋和喂料管的表面颜色发出不同信号的传感器，颜色传感器的信号线接入系统控制模块。

所述视觉模块包括相机、镜头、光源及光源控制器，空袋输送机的传送带的一侧竖立相机支架，其上安装相机，环形光源位于相机的镜头下方，镜头处于环形光源的内环之内，环形光源与光源控制器连接。系统控制模块连接相机和光源控制器。

空袋输送机的传送带的两侧安装光电传感器，所述光电传感器为对射型或反射型光电传感器，光电传感器的信号线接入系统控制模块。光电传感器的检测光线垂直于传送带行进方向。当阀口袋经过光电传感器，挡住光线，光电传感器的信号送至系统控制模块，系统控制模块发出指令使空袋输送机停止，此即阀口袋的拍照工位。

相机的镜头的视场覆盖的区域中心处于光电传感器的检测光线后方2～15cm、距离靠近相机的传送带边缘2～15cm，即覆盖阀口袋阀口最可能出现的区域。

为了得到阀口的清晰轮廓照片，所述视觉模块还包括背光源，背光源安装于相机下方的空袋输送机传送带上方，背光源为板形光源，与光源控制器连接。空袋输送机的传送带在背光源前向下折转，在背光源下方穿过后，空袋输送机的传送带再回转到原高度水平，背光源上表面与其前后方的空袋输送机的传送带上表面的距离为0～3mm。背光源沿传送带前进方向上的长度为折叠状态阀口袋长度的1/4至1/3。光电传感器的检测光线处于背光源长度的1/3和2/3之间。

空袋输送机的传送带为两条并行的传送带，靠近相机的一条传送带与背光源宽度相同，在背光源下方经过，另一条传送带为按常规运转的传送带，当阀口袋到达背光源上方时，背光源下方的传送带无法对阀口袋施加向前动力，而另一条传送带则仍可以正常带着阀口袋前行。

本发明公开了一种阀口袋自动上袋集成系统的控制方法，包括以下步骤：

Ⅰ、阀口袋送出

空袋输出机将阀口袋从袋库送出，阀口袋阀口所处的一端为前端，且阀口处于空袋输出机传送带靠近相机的一侧。当阀口袋前端到达光电传感器处时，阀口袋阻断光电传感器发射的光线，光电传感器发送信号至系统控制模块，系统控制模块发送指令控制空袋输出机停止，阀口袋停在拍照工位；

同时机器人模块的末端操作器处于初始状态，末端操作器位于空袋输出机上方，末端操作器的拾取吸盘盘面为水平且朝下，一对开袋架之间距离为最大，一对夹板之间距离为最大。

Ⅱ、拍照阀口

系统控制模块接通视觉模块，相机拍照并进行图像处理，将阀口袋阀口的位置姿态坐标信息传送到系统控制模块，系统控制模块将该信息转换成机器人坐标信息，发送给机器人控制器；机器人控制器收到阀口袋阀口的位置姿态坐标信息，发送接收坐标信息成功的反馈信号到系统控制模块；

若是系统控制模块接收的阀口袋阀口的位置姿态坐标信息不合格，系统控制模块发送指令到相机，重新拍照并重新进行图像处理。

如果系统控制模块接收的阀口袋阀口的位置姿态坐标信息连续三次不合格，系统控制模块报警，操作人员中止系统作业，并启动空袋输送机将拍照工位的阀口袋移走，重新启动系统。

若是系统控制模块未接收到机器人控制器的接收阀口袋阀口的位置姿态坐标信息成功的反馈信号，将重新向机器人控制器发送阀口袋阀口的位置姿态坐标信息。

如果系统控制模块连续三次向机器人控制器发送阀口袋阀口的位置姿态坐标信息，均未收到机器人控制器的接收坐标信息成功的反馈信号，系统控制模块报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅲ、末端操作器的拾取路径

机器人控制器根据得到的阀口袋阀口的位置姿态坐标信息，规划末端操作器的拾取路径，控制机器人本体将末端操作器送至拍照工位上的阀口袋上方，机器人控制器和/或系统控制模块控制机器人本体和末端操作器依次进行如下动作；

Ⅳ、拾取阀口袋

机器人控制器根据阀口袋的位置姿态信息调节末端操作器的数个拾取吸盘的中心线成一直线，该直线平行于拍照工位上的阀口袋前端，与阀口袋前端的距离为3～15cm；末端操作器被下放至拾取吸盘与阀口袋表面贴合，接通拾取气泵，拾取吸盘吸住阀口袋，机器人本体将末端操作器升起，达到阀口袋的高度后，机器人控制器向系统控制模块发送拾取完成信号，同时，末端操作器的回转气缸动作，拾取吸盘与拾取吸盘安装轴一起转动将其吸附的阀口袋上端插入2个夹板之间，夹紧气缸动作，相对的2块夹板夹紧阀口袋上端。拾取气泵断开，拾取吸盘放开阀口袋，回转气缸动作，拾取吸盘复位。阀口袋上端夹在夹板之间，袋体下垂；

Ⅴ、开袋

开袋气缸动作驱动2个开袋吸盘向阀口袋的阀口运动，至开袋吸盘贴合于阀口袋阀口的侧面停止；开袋气泵动作，开袋吸盘吸牢阀口外壁；开袋气缸反向动作2个开袋吸盘拉着阀口外壁打开阀口；开袋气缸运动到达设定的完全开袋位置后停止，并向系统控制模块发送阀口袋开袋完成信号，若在设定的夹紧开袋时间之后，系统控制模块未收到阀口袋开袋完成的信号，系统控制模块报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅵ、套袋

步骤Ⅴ的开袋动作完成后，机器人控制器按拍照工位上的阀口袋的阀口位置姿态坐标信息，以经过拾取路径后的阀口当前位置为起点、喂料管所处位置为终点规划末端操作器的套袋路径，按该路径控制机器人本体带动末端操作器和其上的阀口袋向喂料管移动，将阀口套入喂料管。

所述末端操作器还安装有一对颜色传感器，套袋前颜色传感器正对的是阀口袋，发出对应阀口袋颜色的信号，当阀口套在喂料管上到位，阀口包裹喂料管，颜色传感器正对的仍是阀口袋，发出信号不变，说明套袋成功，系统控制模块控制灌装机压紧阀口袋、开启挡料板进行粉体灌装；同时，系统控制模块向机器人控制器发出指令，后者控制开袋气泵断开使开袋吸盘放开阀口，夹紧气缸反向动作、驱动夹板放开阀口袋上端。之后，机器人控制器控制机器人本体，末端操作器恢复至初始状态，上袋作业完成。

灌装完成后，灌装机压紧装置松开，并推动阀口袋退出喂料管，阀口自行封闭，退袋输出机将完成灌装的阀口袋送出。

若是阀口套入不当，阀口不能完全包覆喂料管，颜色传感器将正对喂料管，其发出的信号变为对应喂料管的颜色的信号，系统控制模块以此信号为套袋失败信号，系统控制模块中止系统作业并报警。操作人员执行套袋异常处理指令：首先，手工操作系统控制模块发送信号到机器人控制器，将阀口袋退出；然后开袋气泵断开使开袋吸盘放开阀口，夹紧气缸反向动作驱动夹板放开阀口袋，退袋输出机将该空阀口袋送出；最后，操作人员重启系统。

与现有技术相比，本发明一种阀口袋自动上袋集成系统及控制方法具有以下有益效果：1、替代人工可靠地完成阀口袋定位拾取、夹紧、开袋、套袋的上袋作业，节省人力，提高企业自动化水平和包装效率；2、具有一定的柔性，能完成多种规格不同阀口袋的上袋操作；3、采用成熟商品化的机器人，较大幅度地简化了机械结构，且较大提高了系统的可靠性，选工业机器人范围宽，最低可选用小负载四轴工业机器人用于本集成系统，降低了系统成本；4、将成熟的机器视觉引入到上袋过程的控制，对阀口袋的阀口部位进行实时视觉测量，经图像处理与坐标变换，使机器人模块能根据阀口袋的实际位置姿态动态规划拾取路径，实现对阀口袋的精确定位和智能拾取。且视觉模块摄取阀口袋图像为非接触动作，克服了阀口袋材质软难定位、个体差异较大等因素对精确定位造成的困扰，定位精度较大幅度提高，保证开袋和套袋的可靠性；5、颜色传感器智能监控套袋过程，当套袋不成功即发送信号到系统控制模块，不再开启灌装机的挡板，有效地防止漏料，明显地改善粉体包装现场环境。

附图说明

图1为本阀口袋自动上袋集成系统实施例的整体结构示意图；

图2为本阀口袋自动上袋集成系统实施例机器人模块的末端操作器结构示意图；

图3为本阀口袋自动上袋集成系统实施例视觉模块结构示意图；

图4为本阀口袋自动上袋集成系统实施例相机支架处的空袋输送机传送带的纵向剖面右侧视图；

图5为本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例控制流程图；

图6为本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例步骤Ⅳ在拍照工位拾取阀口袋的示意图；

图7为本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例步骤Ⅳ拾取吸盘与拾取吸盘安装轴转动将阀口袋上端插入2个夹板之间的示意图；

图8为本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例步骤Ⅴ阀口袋上端夹在夹板之间、阀口打开的示意图；

图9为本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例步骤Ⅵ成功套袋的示意图。

图中标号如下：

0、阀口袋，1、空袋输送机，11、光电传感器，2、视觉模块，21、相机，22、镜头，23、环形光源，24、背光源，25、相机支架；3、机器人模块，31、末端操作器，311、回转气缸，312、拾取吸盘安装轴，313、拾取吸盘，314、开袋气缸，315、开袋吸盘，316、颜色传感器，317、夹紧气缸，318、安装架，319、夹板，4、灌装机，41、喂料管；5、退袋输送机，6、系统控制模块。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

阀口袋自动上袋集成系统实施例

本阀口袋自动上袋集成系统实施例如图1所示，包括系统控制模块6、空袋输送机1、退袋输送机5和灌装机4、机器人模块3和视觉模块2。

所述灌装机4含有料筒、料筒上安装的喂料管41和挡料板。

所述空袋输送机和退袋输送机均为传送带输送机构，其传送带的上表面为水平，灌装机的喂料管处于退袋输送机传送带的上方。

所述系统控制模块包括PLC(可编程逻辑控制器)和与之连接的人机界面。

系统控制模块6连接控制空袋输送机1、退袋输送机5、灌装机的挡料板、机器人模块3和视觉模块2。

本例机器人模块3包括机器人本体、机器人控制器、机器人示教盒和末端操作器31，系统控制模块6连接机器人控制器。机器人示教盒也连接机器人控制器。机器人控制器连接控制机器人本体，本例的机器人本体为三维活动臂。机器人本体腕部末端安装末端操作器31。

本例系统控制模块经以太网连接机器人控制器。机器人控制器连接机器人本体。

本例末端操作器31如图2所示，其安装架318上可转动地安装拾取吸盘安装轴312，安装架318的一端安装回转气缸311，回转气缸311的输出轴驱动连接拾取吸盘安装轴312，与拾取气泵连接的多个相同的拾取吸盘312的顶端成一直线固定于拾取吸盘安装轴312上，各拾取吸盘313的盘面处于同一平面。本例末端操作器31安装架318上还安装一对开袋架，开袋架上固定安装与开袋气泵连接的一对开袋吸盘315，固定于安装架上的开袋气缸314连接开袋架。固定于安装架318的夹紧气缸317连接一对夹板319，夹板319板面垂直于水平面且与拾取吸盘安装轴312的中心线平行。

本例回转气缸311、夹紧气缸317、开袋气缸314、拾取气泵和开袋气泵连接的气路上的电磁阀均与机器人控制器和/或系统控制模块6连接，且所述回转气缸311、夹紧气缸317、开袋气缸314均安装有气缸用传感器组件，各传感器组件与机器人控制器和/或系统控制模块6连接。

本例末端操作器的一对开袋吸盘315附近还安装有一对颜色传感器316，本例颜色传感器316为对阀口袋0和喂料管41的表面颜色发出不同信号的传感器，颜色传感器316的信号线接入系统控制模块6。

如图3所示，本例视觉模块2包括相机21、镜头22、环形光源23、背光源24及光源控制器，空袋输送机1的传送带的一侧竖立相机支架25，其上安装相机21，环形光源23位于相机21的镜头22下方，镜头22处于环形光源23的内环之内。

如图3所示，本例背光源24安装于相机21下方的空袋输送机1传送带上方，背光源24为板形光源，本例背光源24沿传送带前进方向上的长度为折叠状态阀口袋长度的1/4至1/3。

如图3和图4所示，空袋输送机1的传送带为两条并行的传送带，靠近相机21的一条传送带与背光源24宽度相同，在背光源24前向下折转，在背光源24下方穿过后，此传送带再回转到原高度水平；另一条传送带为按常规运转的传送带。当阀口袋0到达背光源24上方时，背光源24下方的传送带无法对阀口袋施加向前动力，而另一条传送带则仍可以正常带着阀口袋0前行。

环形光源23、背光源24均与光源控制器连接。系统控制模块6连接相机21和光源控制器。

空袋输送机1的传送带的两侧安装光电传感器11，本例光电传感器11为对射型光电传感器，光电传感器11的信号线接入系统控制模块6。光电传感器11的检测光线垂直于传送带行进方向，光电传感器的检测光线处于背光源长度的1/3和2/3之间。

当阀口袋0经过光电传感器11，其信号送至系统控制模块6，系统控制模块6发出指令使空袋输送机1停止，此即阀口袋0的拍照工位。

相机21的镜头22的视场覆盖区域的中心处于光电传感器11的检测光线后方2～15cm、距离靠近相机21的传送带边缘2～15cm，覆盖阀口袋0阀口区域。

阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例

本阀口袋自动上袋集成系统的控制方法实施例为上述阀口袋自动上袋集成系统实施例的控制方法，其流程如图5所示，包括以下步骤：

Ⅰ、阀口袋0送出

空袋输送机1将阀口袋0从袋库送出，阀口袋0阀口所处的一端为前端，且阀口处于空袋输送机1传送带靠近相机21的一侧。当阀口袋前端到达光电传感器11处时，阀口袋0阻断光电传感器11发射的光线，光电传感器11发送信号至系统控制模块6，系统控制模块6发送指令控制空袋输送机1停止，阀口袋0停在拍照工位；

同时机器人模块3的末端操作器31处于初始状态，末端操作器31位于空袋输出机1上方，末端操作器31的拾取吸盘313盘面为水平且朝下，一对开袋架之间的距离最大，一对夹板319之间距离为最大。

Ⅱ、拍照阀口

系统控制模块6接通视觉模块2，相机21拍照并进行图像处理，将阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息传送到系统控制模块6，系统控制模块6将该信息转换成机器人坐标信息，发送给机器人控制器；机器人控制器收到阀口袋的坐标信息，发送接收坐标信息成功的反馈信号到系统控制模块6；

若是系统控制模块接收的阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息不合格，系统控制模块6发送指令到相机21，重新拍照并重新进行图像处理。

如果系统控制模块6接收的阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息连续三次不合格，系统控制模块6报警，操作人员中止系统作业，并启动空袋输送机1将拍照工位的阀口袋0移走，重新启动系统。

若是系统控制模块6未接收到机器人控制器的接收阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息成功的反馈信号，将重新向机器人控制器发送阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息。

如果系统控制模块6连续三次向机器人控制器发送阀口袋阀口的位置姿态坐标信息，均未收到机器人控制器的接收坐标信息成功的反馈信号，系统控制模块6报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅲ、末端操作器31的拾取路径

机器人控制器根据得到的阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息，规划末端操作器31的拾取路径，控制机器人本体将末端操作器31送至拍照工位上的阀口袋0上方，机器人控制器和/或系统控制模块6控制机器人本体和末端操作器31依次进行如下动作；

Ⅳ、拾取阀口袋

机器人控制器根据阀口袋0的位置姿态信息调节末端操作器31的数个拾取吸盘313的中心线成一直线，该直线平行于拍照工位上的阀口袋0前端，与阀口袋0前端的距离为3～15cm，此距离按所用阀口袋0规格调节；末端操作器31被下放至拾取吸盘313与阀口袋0表面贴合，如图6所示。接通拾取气泵，拾取吸盘313吸住阀口袋0，机器人本体将末端操作器31升起，达到阀口袋0的高度后，机器人控制器向系统控制模块6发送拾取完成信号，同时，末端操作器31的回转气缸311动作，拾取吸盘313与拾取吸盘安装轴312一起转动将其吸附的阀口袋0上端插入2个夹板319之间，如图7所示。夹紧气缸317动作，相对的2块夹板317夹紧阀口袋0上端。拾取气泵断开，拾取吸盘313放开阀口袋0，回转气缸311动作，拾取吸盘313复位。阀口袋0上端夹在夹板319之间，袋体下垂；

Ⅴ、开袋

开袋气缸314动作驱动2个开袋架向阀口袋0的阀口运动，至开袋吸盘315贴合于阀口袋0阀口的侧面停止；开袋气泵动作，开袋吸盘313吸牢阀口外壁；开袋气缸314反向动作，开袋吸盘313拉着阀口外壁打开阀口，如图8所示；开袋气缸314运动到达设定的完全开袋位置后停止，并向系统控制模块6发送阀口袋0开袋完成信号。若在设定的夹紧开袋时间之后，系统控制模块6未收到阀口袋0开袋完成的信号，系统控制模块6报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅵ、套袋

步骤Ⅴ的开袋动作完成后，机器人控制器按拍照工位上阀口袋0阀口的位置姿态坐标信息，以经过拾取路径后的阀口当前位置为起点、喂料管41所处位置为终点规划末端操作器31的套袋路径，按该路径控制机器人本体带动末端操作器31和其上的阀口袋0向喂料管41移动，将阀口套入喂料管41，如图9所示。

所述末端操作器31还安装有一对颜色传感器316，套袋前颜色传感器316正对的是阀口袋0，发出对应阀口袋0颜色的信号，当阀口套在喂料管上到位，阀口包裹喂料管41，颜色传感器316正对的仍是阀口袋0，发出信号不变，说明套袋成功，系统控制模块6控制灌装机4压紧阀口袋0、开启挡料板进行粉体灌装；同时，系统控制模块6向机器人控制器发出指令，后者控制开袋气泵断开使开袋吸盘315放开阀口，夹紧气缸317反向动作、驱动夹板319放开阀口袋0上端。之后，机器人控制器控制机器人本体，末端操作器31恢复至初始状态，上袋作业完成。

灌装完成后，灌装机4压紧装置松开，并推动阀口袋0退出喂料管41，阀口自行封闭，退袋输出机5将完成灌装的阀口袋送出。

若是阀口套入不当，阀口不能完全包覆喂料管41，颜色传感器316将正对喂料管41，其发出的信号变为对应喂料管41的颜色的信号，系统控制模块6以此信号为套袋失败信号，系统控制模块6中止系统作业并报警。操作人员执行套袋异常处理指令：首先，手工操作系统控制模块发送信号到机器人控制器，将阀口袋0退出；然后系统控制模块6控制开袋气泵断开使开袋吸盘315放开阀口，再控制夹紧气缸317反向动作驱动夹板319放开阀口袋0，退袋输送机5将该空阀口袋0送出；最后，操作人员重启系统。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种阀口袋自动上袋集成系统，包括系统控制模块(6)、空袋输送机(1)、退袋输送机(5)和灌装机(4)，所述灌装机(4)含有料筒、料筒上安装的喂料管(41)和挡料板，系统控制模块(6)连接控制空袋输送机(1)、退袋输送机(5)和灌装机(4)的挡料板，所述空袋输送机(1)和退袋输送机(5)均为传送带输送机构，其传送带的上表面为水平，灌装机(4)的喂料管(41)处于退袋输送机(5)传送带的上方；所述系统控制模块(6)包括PLC和与之连接的人机界面；其特征在于：

还包括与系统控制模块(6)连接的机器人模块(3)和视觉模块(2)；

所述机器人模块(3)包括机器人本体、机器人控制器、机器人示教盒和末端操作器；系统控制模块(6)连接机器人控制器；机器人示教盒也连接机器人控制器；机器人控制器连接控制机器人本体，所述机器人本体为三维活动臂，机器人本体腕部末端安装末端操作器(31)；

所述系统控制模块(6)经以太网连接机器人控制器，机器人控制器连接机器人本体；

所述末端操作器(31)的安装架(318)上可转动地安装拾取吸盘安装轴(312)，安装架(318)的一端安装回转气缸(311)，回转气缸(311)的输出轴驱动连接拾取吸盘安装轴(312)，与拾取气泵连接的多个相同的拾取吸盘(313)的顶端成一直线固定于拾取吸盘安装轴(312)上，各拾取吸盘(313)的盘面处于同一平面；所述末端操作器(3)安装架(318)上还安装一对开袋架，开袋架上固定安装与开袋气泵连接的一对开袋吸盘(315)，固定于安装架上的开袋气缸(314)连接开袋架；固定于安装架(318)的夹紧气缸(317)连接一对夹板(319)，夹板(319)板面垂直于水平面且与拾取吸盘安装轴(312)的中心线平行；

所述回转气缸(311)、夹紧气缸(317)、开袋气缸(314)、拾取气泵和开袋气泵连接的气路上的电磁阀均与机器人控制器和/或系统控制模块(6)连接，且所述回转气缸(311)、夹紧气缸(317)、开袋气缸(314)均安装有气缸用传感器组件，各传感器组件与机器人控制器和/或系统控制模块(6)连接；

所述视觉模块(2)包括相机(21)、镜头(22)、光源及光源控制器，空袋输送机(1)的传送带的一侧竖立相机支架(25)，其上安装相机(21)，环形光源(23)位于相机(21)的镜头(22)下方，镜头(22)处于环形光源(23)的内环之内，环形光源(23)与光源控制器连接；系统控制模块(6)连接相机(21)和光源控制器；

空袋输送机(1)的传送带的两侧安装光电传感器(11)，所述光电传感器(11)为对射型或反射型光电传感器，光电传感器(11)的信号线接入系统控制模块(6)；光电传感器(11)的检测光线垂直于传送带行进方向；当阀口袋(0)经过光电传感器(11)，光电传感器(11)信号送至系统控制模块(6)，系统控制模块(6)发出指令使空袋输送机(1)停止，此即阀口袋(0)的拍照工位；

所述相机(21)的镜头(22)的视场覆盖的区域中心处于光电传感器(11)检测光线后方2～15cm、距离靠近相机(21)的传送带边缘2～15cm。

2.根据权利要求1所述的阀口袋自动上袋集成系统，其特征在于：

所述末端操作器(31)的一对开袋吸盘(315)附近还安装有一对颜色传感器(316)，所述颜色传感器(316)为对阀口袋(0)和喂料管(41)的表面颜色发出不同信号的传感器，颜色传感器(316)的信号线接入系统控制模块(6)。

3.根据权利要求1所述的阀口袋自动上袋集成系统，其特征在于：

所述视觉模块(2)还包括背光源(24)，背光源(24)安装于相机(21)下方的空袋输送机(1)传送带上方，背光源(24)为板形光源，与光源控制器连接。

4.根据权利要求3所述的阀口袋自动上袋集成系统，其特征在于：

所述空袋输送机(1)的传送带在背光源(24)前向下折转，在背光源(24)下方穿过后，该传送带再回转到原高度水平，背光源(24)上表面与其前后方的空袋输送机(1)的传送带上表面的距离为0～3mm。

5.根据权利要求3所述的阀口袋自动上袋集成系统，其特征在于：

所述背光源(24)沿传送带前进方向上的长度为折叠状态阀口袋(0)长度的1/4至1/3；光电传感器(11)的检测光线处于背光源(24)长度的1/3和2/3之间。

6.根据权利要求3所述的阀口袋自动上袋集成系统，其特征在于：

空袋输送机(1)的传送带为两条并行的传送带，靠近相机(21)的一条传送带与背光源(24)宽度相同，在背光源(24)下方经过，另一条传送带为常规运转的传送带。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀口袋自动上袋集成系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

Ⅰ、阀口袋(0)送出

空袋输送机(1)将阀口袋(0)从袋库送出，阀口袋(0)阀口所处的一端为前端，且阀口处于空袋输送机(1)传送带靠近相机(21)的一侧；当阀口袋(0)前端到达光电传感器(11)处时，阀口袋(0)阻断光电传感器(11)发射的光线，光电传感器(11)发送信号至系统控制模块(6)，系统控制模块(6)发送指令控制空袋输送机(1)停止，阀口袋(0)停在拍照工位；

同时机器人模块(3)的末端操作器(31)处于初始状态，末端操作器(31)位于空袋输送机(1)上方，末端操作器(31)的拾取吸盘(313)盘面为水平且朝下，一对开袋架之间距离为最大，一对夹板(319)之间距离为最大；

Ⅱ、拍照阀口

系统控制模块(6)接通视觉模块(2)，相机(21)拍照并进行图像处理，将阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息传送到系统控制模块(6)，系统控制模块(6)将该信息转换成机器人坐标信息，发送给机器人控制器；机器人控制器收到阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息，发送接收坐标信息成功的反馈信号到系统控制模块(6)；

若是系统控制模块(6)接收的阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息不合格，系统控制模块(6)发送指令到相机(21)，重新拍照并重新进行图像处理；

如果系统控制模块(6)接收的阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息连续三次不合格，系统控制模块(6)报警，操作人员中止系统作业，并启动空袋输送机(1)将拍照工位的阀口袋(0)移走，重新启动系统；

若是系统控制模块(6)未接收到机器人控制器的接收阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息成功的反馈信号，将重新向机器人控制器发送阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息；

如果系统控制模块(6)连续三次向机器人控制器发送阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息，均未收到机器人控制器的接收阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息成功的反馈信号，系统控制模块(6)报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅲ、末端操作器(31)的拾取路径

机器人控制器根据得到的阀口袋(0)阀口的位置姿态坐标信息，规划末端操作器(31)的拾取路径，控制机器人本体将末端操作器(31)送至拍照工位上的阀口袋(0)上方，机器人控制器和/或系统控制模块(6)控制机器人本体和末端操作器(31)依次进行如下动作；

Ⅳ、拾取阀口袋(0)

机器人控制器根据阀口袋(0)的阀口的位置姿态信息调节末端操作器(31)的数个拾取吸盘(313)的中心线成一直线，该直线平行于拍照工位上的阀口袋(0)前端，与阀口袋(0)前端的距离为3～15cm；末端操作器(31)被下放至拾取吸盘(313)与阀口袋(0)表面贴合，接通拾取气泵，拾取吸盘(313)吸住阀口袋(0)，机器人本体将末端操作器(31)升起，达到阀口袋(0)的高度后，机器人控制器向系统控制模块(6)发送拾取完成信号，同时，末端操作器(31)的回转气缸(311)动作，拾取吸盘(313)与拾取吸盘安装轴(312)一起转动将其吸附的阀口袋(0)上端插入2个夹板(319)之间，夹紧气缸(317)动作，相对的2块夹板(319)夹紧阀口袋(0)上端；拾取气泵断开，拾取吸盘(313)放开阀口袋(0)，回转气缸(311)动作，拾取吸盘(313)复位；阀口袋(0)上端夹在夹板(319)之间，袋体下垂；

Ⅴ、开袋

开袋气缸(314)动作驱动2个开袋架向阀口袋(0)的阀口运动，至开袋吸盘(315)贴合于阀口袋(0)阀口的侧面停止；开袋气泵动作，开袋吸盘(315)吸牢阀口外壁；开袋气缸(314)反向动作，开袋吸盘(315)拉着阀口外壁打开阀口；开袋气缸(314)运动到达设定的完全开袋位置后停止，并向系统控制模块(6)发送阀口袋(0)开袋完成信号，若在设定的夹紧开袋时间之后，系统控制模块(6)未收到阀口袋(0)开袋完成的信号，系统控制模块(6)报警，系统作业停止，等待操作人员处理；

Ⅵ、套袋

步骤Ⅴ的开袋动作完成后，机器人控制器(6)按拍照工位上阀口袋(0)阀口的的位置姿态坐标信息、以经过拾取路径后的阀口当前位置为起点、喂料管(41)所处位置为终点规划末端操作器(31)的套袋路径，按该路径控制机器人本体带动末端操作器(31)和其上的阀口袋(0)向喂料管(41)移动，将阀口套入喂料管(41)。

8.根据权利要求7所述的阀口袋自动上袋集成系统的控制方法，其特征在于：

所述末端操作器(31)还安装有一对颜色传感器(316)，套袋前颜色传感器(316)正对的是阀口袋(0)，发出对应阀口袋(0)颜色的信号；步骤Ⅵ当阀口套在喂料管上到位，阀口包裹喂料管(41)，颜色传感器(316)正对的仍是阀口袋(0)，发出信号不变，说明套袋成功，系统控制模块(6)控制灌装机压紧阀口袋(0)、开启挡料板进行粉体灌装；同时，系统控制模块(6)向机器人控制器发出指令，后者控制开袋气泵断开使开袋吸盘(315)放开阀口，夹紧气缸(317)反向动作、驱动夹板(319)放开阀口袋(0)；之后，机器人控制器控制机器人本体将末端操作器(31)恢复至初始状态，上袋作业完成；

若是阀口套入不当，阀口不能完全包覆喂料管(41)，颜色传感器将(316)正对喂料管(41)，其发出的信号变为对应喂料管(41)的颜色的信号，系统控制模块(6)以此信号为套袋失败信号，系统控制模块(6)中止系统作业并报警。

9.根据权利要求8所述的阀口袋自动上袋集成系统的控制方法，其特征在于：

当阀口套入不当，系统控制模块(6)中止系统作业，操作人员执行套袋异常处理指令：首先，手工操作系统控制模块(6)发送信号到机器人控制器，将阀口袋(0)退出；然后系统控制模块(6)控制开袋气泵断开使开袋吸盘(315)放开阀口，再控制夹紧气缸(317)反向动作驱动夹板(319)放开阀口袋(0)，退袋输送机(5)将该空阀口袋(0)送出；最后，操作人员重启系统。