CN108945614A - 一种机器人开箱设备及开箱方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人开箱设备，包括上料平台、机器人、开箱机械手及折页机。上料平台用于上料及供料。机器人与开箱机械手连接，带动开箱机械手取料，并通过真空吸盘的翻转作用将纸箱在折页机上方打开。折页机与机器人配合，对纸箱的大小折页进行压折。还公开了一种开箱方法，包括机器人带动开箱机械手抓取纸箱的步骤，机器人带动机械手将纸箱放置在折页机的上方并将纸箱打开的步骤，还包括机器人与折页机配合将纸箱底部的大小折页压折的步骤。与现有技术相比，本发明的上料工艺更为简单方便，可实现连续取料及供料，极大地提高了开箱效率。本发明的机器人开箱设备，具有柔性化生产的特点，适用于多品种，多规格的纸箱开箱。

Description

一种机器人开箱设备及开箱方法

技术领域

本发明涉及包装技术领域，具体涉及一种开箱设备及开箱方法。

背景技术

自动开箱机也叫自动纸箱成型机，是将大批量纸箱自动开箱、自动折合下盖、自动密封下底胶带的流水线设备，机器全部采用PLC+显示屏控制，一次完成纸箱吸箱、开箱、成型、折底、封底等包装工序。现有的开箱机为专用开箱设备，在使用过程中，因对纸箱的适用范围较小，人工参与操作工序较多，难以满足现阶段客户通用化、智能化的需求。

现有的开箱设备，其上料方式为立式，需将来料纸箱立放于上料平台上，上料工艺相对复杂，上料平台适用范围较小，不适于尺寸范围变化较大的纸箱。

现有的机器人开箱设备，其折页机构无法适用宽度尺寸变化范围较大的纸箱，且无法做到不间断供料，在来料纸箱上料时，需停机作业。

发明内容

为解决现有技术中开箱设备适用范围窄，上料工艺复杂，无法连续供料的技术问题，本发明提供一种机器人开箱设备。

本发明采用的技术方案是：

一种机器人开箱设备，包括：

至少两只上料平台，通过气缸控制两只上料平台交替伸出回缩实现连续的上料及供料；

开箱机械手，通过可翻转的真空吸盘吸取平放在上料平台上的纸箱，并可通过真空吸盘的翻转作用将纸箱打开；

机器人，机器人的手腕与开箱机械手连接，通过机器人带动开箱机械手完成取料及放料动作；

折页机，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩推动升降横梁两端的金属杆将纸箱底部的小折页压折；通过气缸的伸缩拉动滑动框架向纸箱中心运动，从而实现纸箱底部大折页的压折。

进一步地，所述上料平台包括底座，底座上平行设有两根通长的直线导轨，直线导轨上设有移动平台，移动平台在气缸的带动下沿直线导轨前后滑动，移动平台的相交的一条短边及一条长边上设有若干根定位杆。

定位杆组成为半开放式结构，可适用尺寸范围变化较大的纸箱的定位。气缸带动上料平台的运动可靠，精巧度高。

进一步地，所述开箱机械手包括固定吸盘部及可移动吸盘部，固定吸盘部与可移动吸盘部通过铰接座铰接，固定吸盘部及可移动吸盘部均设有真空吸盘及与真空吸盘连接的真空系统，固定吸盘部与移动吸盘部通过第一气缸的伸缩实现真空吸盘的平行或90度翻转。

进一步地，所述第一气缸的尾部通过底座固定安装在固定吸盘部，其头部的活塞杆与可移动吸盘部连接；气缸伸出推动可移动吸盘部绕铰接座的铰接轴向内翻转，固定吸盘部与移动吸盘部呈90度夹角；气缸回缩拉动移动吸盘部绕铰接座的铰接轴向外翻转，固定吸盘部与移动吸盘部处于同一平面。

通过控制气缸的运动可精确控制移动吸盘部的翻转动作，从而实现固定真空吸盘与移动真空吸盘的平行或90度翻转，实现纸箱的抓取及打开。控制简单，可靠性高。

进一步地，所述固定吸盘部包括第一金属板，第一金属板的后侧面设有法兰连接座，开箱机械手通过法兰连接座与机器人的手腕连接；第一金属板的前侧面设有第一金属框架，第一金属框架上设有若干第一真空吸盘，所有第一真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面，组成固定吸附面A。

进一步地，所述可移动吸盘部包括第二金属板、第三金属板、直线导轨及第二气缸；第三金属板上设有第二金属框架，第二金属框架上若干第二真空吸盘，所有第二真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面内，组成可移动吸附面B；第三金属板通过直线导轨可滑动地设于第二金属板的前端，第二金属板与第一气缸连接，第二气缸的尾部通过底座固定安装在第二金属板上，其头部的活塞杆与第三金属板固定连接；第二气缸的伸缩带动第三金属板在第二金属板上沿直线导轨前后滑动。

第二金属板带动真空吸盘沿第一金属板滑动，可调整第二真空吸盘的位置，适合尺寸变化较大的纸箱的开箱动作。

进一步地，所述折页机包括固定框架，安装在固定框架内的两只滑动框架、两根直线导轨、两只拉动气缸、一根升降横梁及升降气缸；两根直线导轨平行设于固定框架的底部且与固定框架的短边相平行，两只滑动框架分别滑动设于两根直线导轨上，拉动气缸的尾部固定安装在固定框架上，其头部的活塞杆分别与两只滑动框架相连，拉动气缸伸缩带动两只滑动框架沿直线导轨向纸箱中心靠近或远离；固定框架的顶端的一侧设有向外翻折的第一支撑面，两只滑动框架的顶端分别设有第二、第三支撑面，第一、第二、第三水平支撑面处于同一平面内；升降横梁通过升降气缸可升降地设于固定框架的中心且位于两只滑动框架之间，升降横梁顶部的左右两端相间隔地设有两根金属杆，升降气缸伸出时，金属杆高于第一水平支撑面，升降气缸缩回时，金属杆低于第一水平支撑面。

通过控制气缸的运动可精确控制滑动框架的滑移及升降横梁的升降动作，从而实现纸箱大小折页的压折。控制简单，可靠性高。

进一步地，所述其中一根金属杆的靠近另一根金属杆的一端向下倾斜，与升降横梁形成小于90度的夹角。倾斜设置的金属杆可提高纸箱小折页的压折质量。

进一步地，所述升降气缸设有两只，对称设置。可使横梁升降时保持水平，压折质量高。

上诉任一种开箱设备的开箱方法，包括以下步骤：

步骤一，通过气缸控制两只上料平台交替伸出回缩连续地将待开箱纸箱水平叠放在上料平台上；

步骤二，机器人带动开箱机械手通过设置在开箱机械手上的真空吸盘的吸附作用抓取一个纸箱；

步骤三，机器人带动开箱机械手及纸箱运动到折页机的上方；

步骤四，机器人带动开箱机械手通过真空吸盘的翻转动作将纸箱打开呈“口”字形结构；

步骤五，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩推动升降横梁两端的金属杆将纸箱底部的小折页压折；

步骤六，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩拉动滑动框架向纸箱中心运动，将纸箱底部大折页的压折。

本发明的有益效果：

1、本发明的机器人开箱设备及开箱方法，通过移动平台实现了纸箱的水平存储，并通过机器人带动机械手抓取，上料工艺更为简单方便；通过两只上料平台的交替工作，可实现连续取料及供料，极大地提高了开箱效率。

2、本发明的机器人开箱设备及开箱方法，通过设置在机械手上的可翻转的真空吸盘抓取及打开箱体，通过气缸带动的折页机进行纸箱大小折页的压折，具有柔性化生产的特点，适用于多品种，多规格的纸箱开箱。

附图说明

图1是实施方式1的机器人开箱设备的系统示意图。

图2是实施方式1的机器人开箱设备的上料平台的结构示意图。

图3是实施方式1的机器人开箱设备的开箱机械手的结构示意图(一)。

图4是实施方式1的机器人开箱设备的开箱机械手的结构示意图(二)。

图5是实施方式1的机器人开箱设备的折页机的结构示意图。

图6是实施方式1的机器人开箱设备在工作过程中机器人从上料平台拿取纸箱的状态示意图。

图7是实施方式1的机器人开箱设备在工作过程中机器人将纸箱放置在折页机上，且完成开箱的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

在以下的描述中，以图1所示的开箱设备所处方位为例，折页机40位于机器人20的前方，上料平台10位于机器人20的后方。上料平台10、开箱机械手30及折页机40中所指的前后与开箱设备一致。

实施方式1

参阅图1，一种机器人开箱设备，包括上料平台10、机器人20、开箱机械手30及折页机40。

参阅图2，上料平台10包括底座11、移动平台12、直线导轨13及气缸14。底座11为由型钢组成的矩形框架，其左右两端平行设有两根通长的直线导轨13，直线导轨13之间设有气缸14，气缸14通过紧固件安装在底座11上。直线导轨13上设有移动平台12，气缸14的活塞杆与移动平台12固定连接，气缸14运动带动移动平台12沿直线导轨13前后滑动。移动平台12上沿其短边设有数根定位杆15，沿其长边设有数根定位杆16，定位杆15、16为细长的金属圆杆，定位杆15、16组成为半开放式结构，可适用尺寸范围变化较大的纸箱的定位。

未打开的纸箱01平放于移动平台12上，纸箱的长边012抵靠定位杆16，短边011抵靠定位杆15，纸箱01被定位。在本实施例中，上料平台10设有两只，对称布置在机器人20的后方的左右两侧。

参阅图3及图4，开箱机械手30包括固定吸盘部31及可移动吸盘部32，固定吸盘部31与可移动吸盘部32通过铰接座33铰接。

固定吸盘部31包括第一金属板311、第一金属框架312、第一真空吸盘313、第一气缸314及第一真空系统315，第一金属板311的后侧面设有法兰连接座316，开箱机械手30通过法兰连接座316与机器人20的手腕连接。第一金属板311的前侧面设有矩形的第一金属框架312，第一金属框架312上设有若干第一真空吸盘313，所有第一真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面，组成固定吸附面A。第一金属板311的后侧面设有第一真空系统315，第一真空系统315与第一真空吸盘313连接，为第一真空吸盘提供真空抽吸的动力。

可移动吸盘部32包括第二金属板321、第三金属板322、直线导轨323、第二气缸324、第二金属框架325、第二真空吸盘326及第二真空系统327。第二金属板321远离第一金属板311的一端的前侧面设有相平行的两道滑槽，滑槽沿第二金属板321的纵向延伸。第三金属板322的后侧面设有相平行的两根直线导轨323，直线导轨323与滑槽相适配，第三金属板322通过直线导轨323滑动设于第二金属板321上。第三金属板322上设有矩形的第二金属框架325，第二金属框架325上设有若干第二真空吸盘326，所有第二真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面内，组成可移动吸附面B。第二金属板321的后侧面设有第二真空系统327，第二真空系统327与第二真空吸盘326连接，为第二真空吸盘提供真空抽吸的动力。两根直线导轨323的中间设有气缸安装座326，第二气缸324的尾部固定安装在第二金属板321的后侧面，其头部向第三金属板322延伸，活塞杆的伸出端与气缸安装座326连接。通过气动控制，第二气缸324带动第三金属板322在第二金属板321上伸缩，从而调整吸附面B的位置。

第一金属板311的前侧面设有气缸铰接座3141，第一气缸314的尾部通过气缸铰接座3141安装在第一金属板311上，其头部向第二金属板321延伸，第二金属板321靠近第一金属板311的一端的前侧面设有气缸安装座3211，第一气缸314的活塞杆3141与气缸安装座3211通过铰接轴可转动连接。第一气缸314回缩，吸附面A与吸附面B处于同一平面，第一气缸314伸出，吸附面A与吸附面B呈90度夹角。

参阅图5，折页机40包括一个矩形的固定框架41，固定框架41的顶端一侧的短边上设有向外翻折的金属板411，金属板411上设有第一水平支撑面4111。固定框架41内部设有滑动框架42、43，直线导轨44、45，拉动气缸46、47，升降横梁48，及升降气缸49。直线导轨44、45与固定框架41的短边平行，分别设于固定框架41的底部的两端。滑动框架42、43为竖直设置的矩形框架，底部一端与直线导轨44相适配，另一端与直线导轨45相适配，滑动设于直线导轨44、45上，可沿直线导轨44、45前后滑动。滑动框架42的顶端设有横梁421，横梁421的顶端设有第二水平支撑面4211。滑动框架43的顶端设有横梁431，横梁431的顶端设有第三水平支撑面4311。第一、第二、第三水平支撑面4111、4211、4311处于同一平面内。拉动气缸46、47设于直线导轨44与直线导轨45之间，拉动气缸46的气缸底座固定在固定框架41的底部的后侧，其活塞杆与拉动块461固定连接，拉动块461的内侧面抵靠滑动框架43的外侧面，拉动气缸46的活塞杆回缩，带动拉动块461将滑动框架43拉向固定框架41的中心。拉动气缸47的气缸底座固定在固定框架41的底部的前侧，其活塞杆与拉动块471固定连接，拉动块471的内侧面抵靠滑动框架42的外侧面，拉动气缸47的活塞杆回缩，带动拉动块471将滑动框架42拉向固定框架41的中心。升降横梁48与固定框架41的长边平行，设于固定框架41的中部，且位于滑动框架42、43之间，升降横梁48的下方设有升降气缸49，在本实施例中，升降气缸49设有两个，对称布置。升降气缸49竖直设置，其底座固定在固定框架41上，其活塞杆与升降横梁48连接，升降气缸49的活塞杆伸出，带动升降横梁48上升。升降横梁48上安装有第一金属杆50及第二金属杆51，第一金属杆50与第二金属杆51相间隔地分设于升降横梁48的两端，第一金属杆50的靠近第二金属杆51的一端向下倾斜，与升降横梁48形成小于90度的夹角。当升降气缸49伸出时，金属杆50、51高于第一水平支撑面4111，当升降气缸49缩回时，金属杆50、51低于第一水平支撑面4111。

下面以实施方式1的开箱设备为例，说明本发明的开箱方法：

步骤一，参阅图6，未开箱的纸箱01叠放在移动平台12上，纸箱的长边012抵靠定位杆16，短线011抵靠定位杆15，纸箱01被定位。第一气缸314回缩，可移动吸盘部32伸展与固定吸盘部31平行，第一真空吸盘313组成的吸附面A与第二真空吸盘326组成的吸附面B处于同一平面，机器人20带动开箱机械手30运动至取料位置，第一真空系统315及第二真空系统327启动，一个未开箱的纸箱被吸附在第一真空吸盘313及第二真空吸盘326上，完成开箱机械手30抓取纸箱01的工作；当其中一个上料平台10上纸箱时，另一个上料平台的移动平台缩回(图中为伸出状态)进行补料工序。两只上料平台交替伸出、缩回，实现不间断供料工艺。

步骤二，参阅图7，机器人20抓取纸箱01将其置于折页机40的上方；

步骤三，继续参阅图7，第一气缸314伸出，可移动吸盘部32回缩与固定吸盘部31呈90度夹角，此时，被真空吸盘吸附的纸箱01被打开，形成“口”字结构；

步骤四，继续参阅图7，折页机40上的升降气缸49伸出，金属杆50、51上升，机器人20吸附纸箱01以一倾斜角度在固定框架41上自左向右运动，当纸箱01的一个小折页42碰到金属杆51时，小折页015压折，机器人20吸附纸箱01在固定框架41上自右向左运动，小折页016碰到金属杆50时，小折页016压折，完成第一次压折；

步骤五，继续参阅图7，通过气动控制，拉动气缸46、47分别带动滑动框架42、43向纸箱01中心运动，与纸箱01的大折页013、014接触后，推动大折页013、014向纸箱01中心完成第二次压折。第二次压折完成后，第一气缸314缩回，金属杆50、51下降脱离纸箱01，由机器人20、开箱机械手30抓取纸箱向下运动，使得纸箱上的大折页013、014与第一、第二、第三水平支撑面4111、4211、4311接触，完成第三次压折。

三次压折完毕，纸箱01开箱工艺完成，并由机器人20、开箱机械手30推动纸箱01向金属板411方向运动，进行下道工序。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。

Claims (10)

1.一种机器人开箱设备，其特征在于，包括：

至少两只上料平台，通过气缸控制两只上料平台交替伸出回缩实现连续的上料及供料；

开箱机械手，通过可翻转的真空吸盘吸取平放在上料平台上的纸箱，并通过真空吸盘的翻转作用将纸箱打开；

机器人，机器人的手腕与开箱机械手连接，通过机器人带动开箱机械手完成取料及放料动作；

折页机，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩推动升降横梁两端的金属杆将纸箱底部的小折页压折；通过气缸的伸缩拉动滑动框架向纸箱中心运动，从而实现纸箱底部大折页的压折。

2.如权利要求1所述的开箱设备，其特征在于，所述上料平台包括底座，底座上平行设有两根通长的直线导轨，直线导轨上设有移动平台，移动平台在气缸的带动下沿直线导轨前后滑动，移动平台的相交的一条短边及一条长边上设有若干根定位杆。

3.如权利要求1所述的开箱设备，其特征在于，所述开箱机械手包括固定吸盘部及可移动吸盘部，固定吸盘部与可移动吸盘部通过铰接座铰接，固定吸盘部及可移动吸盘部均设有真空吸盘及与真空吸盘连接的真空系统，固定吸盘部与移动吸盘部通过第一气缸的伸缩实现真空吸盘的平行或90度翻转。

4.如权利要求3所述的开箱设备，其特征在于，所述第一气缸的尾部通过底座固定安装在固定吸盘部，其头部的活塞杆与可移动吸盘部连接；气缸伸出推动可移动吸盘部绕铰接座的铰接轴向内翻转，固定吸盘部与移动吸盘部呈90度夹角；气缸回缩拉动移动吸盘部绕铰接座的铰接轴向外翻转，固定吸盘部与移动吸盘部处于同一平面。

5.如权利要求3所述的开箱设备，其特征在于，所述固定吸盘部包括第一金属板，第一金属板的后侧面设有法兰连接座，开箱机械手通过法兰连接座与机器人的手腕连接；第一金属板的前侧面设有第一金属框架，第一金属框架上设有若干第一真空吸盘，所有第一真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面，组成固定吸附面A。

6.如权利要求3所述的开箱设备，其特征在于，所述可移动吸盘部包括第二金属板、第三金属板、直线导轨及第二气缸；第三金属板上设有第二金属框架，第二金属框架上若干第二真空吸盘，所有第二真空吸盘的吸附面均朝向前侧且位于同一平面内，组成可移动吸附面B；第三金属板通过直线导轨可滑动地设于第二金属板的前端，第二金属板与第一气缸连接，第二气缸的尾部通过底座固定安装在第二金属板上，其头部的活塞杆与第三金属板固定连接；第二气缸的伸缩带动第三金属板在第二金属板上沿直线导轨前后滑动。

7.如权利要求1所述的开箱设备，其特征在于，所述折页机包括固定框架，安装在固定框架内的两只滑动框架、两根直线导轨、两只拉动气缸、一根升降横梁及升降气缸；两根直线导轨平行设于固定框架的底部且与固定框架的短边相平行，两只滑动框架分别滑动设于两根直线导轨上，拉动气缸的尾部固定安装在固定框架上，其头部的活塞杆分别与两只滑动框架相连，拉动气缸伸缩带动两只滑动框架沿直线导轨向纸箱中心靠近或远离；固定框架的顶端的一侧设有向外翻折的第一支撑面，两只滑动框架的顶端分别设有第二、第三支撑面，第一、第二、第三水平支撑面处于同一平面内；升降横梁通过升降气缸可升降地设于固定框架的中心且位于两只滑动框架之间，升降横梁顶部的左右两端相间隔地设有两根金属杆，升降气缸伸出时，金属杆高于第一水平支撑面，升降气缸缩回时，金属杆低于第一水平支撑面。

8.如权利要求7所述的开箱设备，其特征在于，所述其中一根金属杆的靠近另一根金属杆的一端向下倾斜，与升降横梁形成小于90度的夹角。

9.如权利要求7所述的开箱设备，其特征在于，所述升降气缸设有两只，对称设置。

10.如权利要求1～9所述的任一种开箱设备的开箱方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，通过气缸控制两只上料平台交替伸出回缩连续地将待开箱纸箱水平叠放在上料平台上；

步骤二，机器人带动开箱机械手通过设置在开箱机械手上的真空吸盘的吸附作用抓取一个纸箱；

步骤三，机器人带动开箱机械手及纸箱运动到折页机的上方；

步骤四，机器人带动开箱机械手通过真空吸盘的翻转动作将纸箱打开呈“口”字形结构；

步骤五，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩推动升降横梁两端的金属杆将纸箱底部的小折页压折；

步骤六，在机器人带动纸箱的动作下，配合气缸伸缩拉动滑动框架向纸箱中心运动，将纸箱底部大折页的压折。