CN109808976A - 一种自行车车架自动贴标系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，包括自动贴标系统，所述自动贴标系统包括车架输送系统、车架固定系统、第一机械臂系统、第二机械臂系统、传感器检测系统、控制系统，所述方法包括以下工艺步骤：（1）确定是非连续标签位置还是连续标签位置；（2）车架经传送带的传送进入预定位置；（3）车架在传送带运送到预定的位置/范围区后，车架固定系统夹取并固定住车架，并移动至需要贴标的指定位置；（4）机械臂系统可沿导轨在导轨上移动至预定位置；（5）机械臂系统在控制系统的控制下进行出标、贴标、抚标的动作。其用于实现自行车车架贴标的工业生产自动化，高效的无人生产。

Description

一种自行车车架自动贴标系统及其方法

技术领域

本发明涉及自动贴标领域，具体为一种自行车车架自动贴标系统及其方法。

背景技术

当前自行车的贴标主要是靠人工，目前市场上并没有成熟的自行车贴标机器，原因是自行车车架的形状不规则，加上自行车贴标的标签都是非连续性的。且当今的工业生产线都是依靠人工进行撕标，贴标，抚标，标签纸通常为单个，人工操作极为复杂，并且效率十分的低下，故导致如今的自行车车架贴标耗费了大量的人力物力。

在自行车的生产过程中，自行车车架贴标的难点在于自行车车架形状的不规则性及自行车标签的非连续性，故需设计一套自动贴标装置，实现自动或者辅助人进行贴标的操作。除此之外，还需对车架贴标工艺过程中的各种重要参数进行检测、控制。利用多台机械臂组成生产线机器，用于实现贴标的工业生产自动化，由系统内各个机械臂进行协调完成，实现自动化的，高效的无人生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种自行车车架自动贴标系统及其方法，用于实现自行车车架贴标的工业生产自动化，高效的无人生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ：

一种自行车车架自动贴标系统的控制/使用方法，包括自动贴标系统，所述自动贴标系统包括车架输送系统、车架固定系统、第一机械臂系统、第二机械臂系统、传感器检测系统、控制系统，所述方法包括以下工艺步骤：

（1）根据一批或多个车架上标签所需要黏贴的位置确定是非连续标签位置还是连续标签位置以从控制系统调出所需要的相应的非连续贴标控制方案或连续贴标控制方案；

（2）车架以固定形式安放在传送带的车架位上，经传送带的传送进入预定位置；

（3）车架在传送带运送到预定的位置/范围区后，车架是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器进行检测并把信号传送给控制系统进行判断、处理，车架固定系统夹取并固定住车架，车架固定系统夹住车架移动至需要贴标的指定位置，车架是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器进行检测并把信号传送给控制系统进行判断、处理；

（4）第一机械臂系统和/或第二机械臂系统在控制系统的控制下可沿导轨在导轨上移动至预定位置，在第一机械臂系统和/或第二机械臂系统移动至预定位置后，传感器检测系统检测第一机械臂系统和/或第二机械臂系统相对于车架的位置、角度是否处于预设的位置、角度范围内，如果不处于预设的范围，则进行位置、角度的校正，从新调整第一机械臂系统和/或第二机械臂系统相对于车架的位置、角度；

（5）第一机械臂系统和/或第二机械臂系统在控制系统的控制下进行出标、贴标、抚标的动作。

进一步地，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括出标机构，对于非连续标签采用非连续出标机构，针对非连续型标签离散且不好定位的特性，采用A方案或B方案，其中，A方案：运用气动夹具及标签盒对标签进行定位及固定，当机械臂系统需要吸取标签时，为方便标签正反面分离，使用气动夹具将标签压紧在标签盒中，同时控制贴标头的吸盘的电磁阀得电，配合机械臂系统动作，完成取标过程；当机械臂系统完成贴标需再吸取下一张标签时，使气动夹具放松，将上一张标签纸的反面吸取至废纸盒中，再重复上述出标动作。

进一步地，其中，B方案：运用两组真空吸盘，完成标签正反面的剥离；一组吸盘位于机械臂系统的前端，在取标过程中吸住标签的正面；另一组吸盘固定在机械臂系统附近的立板上，当机械臂系统吸取标签后，靠近立板上的吸盘，控制该组吸盘的电磁阀打开，使得两组吸盘同时吸附住标签的正反面，完成标签剥离。

进一步地，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括出标机构，对于连续型标签贴标方案：针对连续型标签，采用电机带动放标机构以及收标机构动作，设计出标装置，使得标签可在指定位置预出一部分标长，再通过机械臂系统完成贴标动作，连续标出标方案速度快，定位准确。

进一步地，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括抚标机构，机械臂系统完成贴标动作后，为使标签能更稳的黏贴在自行车车架上，所述抚标机构固定在贴标头上，实现贴标、抚标一体化，使系统能在贴标动作完成后，迅速进行抚标动作。

进一步地，所述机械臂系统上的抚标机构附近还设有喷气装置，喷气装置用于喷出具有预定热温度的成型气体流/成型图案，在抚标的同时进行快速干燥。

进一步地，所述控制系统采用多个可编程控制器为主控制器，控制系统包括数据处理模块、分析模块、比较模块、调节模块、通信模块、数字输出模块，多个主控制器通过以太网或无线网与人机交互界面进行通信。

进一步地，所述第一机械臂系统包括第一底座、第一运动臂、第二运动臂、第三运动臂、吸盘、抚标滚子，第一底座、第一运动臂、第二运动臂、第三运动臂之间都活动连接，吸盘、抚标滚子设置于第三运动臂上；第二机械臂系统包括第二底座、第四运动臂、第五运动臂、第六运动臂、放标机构、收标机构，第二底座、第四运动臂、第五运动臂、第六运动臂之间都活动连接，放标机构、收标机构设置于第六运动臂上。

进一步地，所述车架固定系统包括车架固定装置，车架固定装置包括固定夹头、丝杠电机 、丝杆，固定夹头在丝杠电机的驱动下可沿丝杆作线性运动，固定夹头的夹持/固定尺寸可调节以适应不同尺寸的车架。

进一步地，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括气动夹具、吸盘，气动夹具包括气缸、压板，气缸驱动压板对标签的一定位置进行压持，标签放置于标签盒内；吸盘通过管路与气泵、电磁阀、真空发生器连接。

此自行车车架自动贴标系统相比较于以往的贴标的技术，主要的突出点在于：

（1）出标抚标一体化，将有效节省贴标时间；

（2）多自由度机械臂可实现自行车架多个位置贴标需求；

（3）加入配方管理功能，适用于多种不同尺寸标签、不同位置的贴标功能；

（4）车架固定采用可调节式装配方式，满足各种尺寸自行车架固定工作。

机械臂的多自由度由多舵机实现，通过控制系统/PLC控制各个舵机的角度，对机械臂进行轨迹规划、修正，并通过舵机的旋转完成插补运动，从而带动贴标头实现标签的一系列动作，完成贴标工艺。主要的优点是：

（1）能够在PLC的控制下带动吸盘在贴标位各部分自由移动；

（2）PLC能够实时的获取标签的坐标信息；

（3）工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠近机座的物体。

附图说明

图1为本发明车架贴标点结构示意图；

图2为本发明贴标系统总体结构示意图；

图3为本发明非连续标出标装置结构示意图；

图4为本发明连续标出标装置结构示意图；

图5为本发明吸盘气路连接结构示意图；

图6为本发明气动夹具出标结构示意图；

图7为本发真空吸盘出标结构示意图；

图8为本发明控制方法的一顺序控制流程示意图。

图中：第一机械臂/机械手1、丝杠电机/伺服电机2、丝杆3、电源开关4、控制开关5、触摸屏6、控制器/PLC7、导轨8、第一底座9、第一运动臂10、第二运动臂11、第三运动臂12、吸盘13、抚标滚子14、第二机械臂/机械手15、第二底座16、第四运动臂17、第五运动臂171、第六运动臂18、放标机构19、收标机构20、气泵21、电磁阀22、真空发生器23、吸盘24、气动夹具25、标签盒26、压板27、标签28、立板29、吸盘30；贴标点P（P1、P2、P3、P4、P5）、（不规则形状）车架W。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据车架贴标要求，需实现多个位置的标签粘贴。车架以固定形式安放在传送带车架位上，经传送带的传送进入贴标位，能够进行取标动作、贴标动作及抚标动作，完成自行车车架自动贴标过程。在本系统中，针对两类标签形式设计了两种不同的贴标方案：

（1）非连续型标签贴标方案：

针对非连续型标签离散且不好定位的特性，运用气动夹具及标签盒对标签进行定位及固定，再将机械臂转动至标签位置，通过机械臂顶端吸盘吸取标签正面，配合气动夹具动作，气动夹具压住标签反面一定的位置，将标签正反两面分离，等待自行车架到达贴标位，完成贴标动作。

（2）连续型标签贴标方案：

针对连续型标签，采用电机带动放标盘以及收标盘动作，设计出标装置，使得标签可在指定位置预出一部分标长，再通过机械臂完成贴标动作。和非连续标签相比，连续标出标方案速度更快，定位更准确。

一种自行车车架自动贴标系统及其方法，其包括：第一机械臂/机械手1、丝杠电机/伺服电机2、丝杆3、电源开关4、控制开关5、触摸屏6、控制器/PLC7、导轨8、第一底座9、第一运动臂10、第二运动臂11、第三运动臂12、吸盘13、抚标滚子14、第二机械臂/机械手15、第二底座16、第四运动臂17、第五运动臂171、第六运动臂18、放标机构19、收标机构20、气泵21、电磁阀22、真空发生器23、吸盘24、气动夹具25、标签盒26、压板27、标签28、立板29、吸盘30。

第一机械臂/机械手1、第二机械臂/机械手15可沿导轨8在控制器的控制下移动至预定位置进行出标、贴标、抚标的动作，工件/车架W固定装置包括固定夹头、丝杠电机 2、丝杆3，固定夹头在丝杠电机 2的驱动下可沿丝杆3作线性运动，固定夹头的夹持/固定尺寸可以调节以适应不同尺寸的车架W，车架W在传送带运送到指定的位置/范围区后，车架W是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器（视觉传感器、位置传感器等）进行检测并把信号传送给控制器进行判断、处理，车架W固定装置夹取并固定住车架W；车架W固定装置夹住车架W移动至需要贴标的指定位置/范围，车架W是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器（视觉传感器、位置传感器等）进行检测并把信号传送给控制器进行判断、处理。导轨8不限于特定的结构，以能够完成机械臂1、15的运动需要为基础。

第一机械臂/机械手1包括第一底座9、第一运动臂10、第二运动臂11、第三运动臂12、吸盘13、抚标滚子14，第一机械臂1各部分的运动结构类似于汽车自动化喷涂领域的机械臂结构，第一底座9、第一运动臂10、第二运动臂11、第三运动臂12之间都活动连接，吸盘13、抚标滚子14可设置于第三运动臂12上。第二机械臂/机械手15包括第二底座16、第四运动臂17、第五运动臂171、第六运动臂18、放标机构19、收标机构20，第二机械臂15各部分的运动结构类似于汽车自动化喷涂领域的机械臂结构，第二底座16、第四运动臂17、第五运动臂171、第六运动臂18之间都活动连接，放标机构19、收标机构20可设置于第六运动臂18上。吸盘通过管路与气泵21、电磁阀22、真空发生器23连接。气动夹具25包括气缸、压板27，气缸驱动压板27对标签28的一定位置进行压持，标签28放置于标签盒26内。

本专利中未作具体说明的元件/组件/结构采用现有技术中能够实现本专利的功能/效果的元件/组件/结构即可，以本领域技术人员能够实现为准，并可根据需要进行相应的选择。

本设计方案针对两类标签贴标装置进行了机械、电气控制方面的设计。虽然标签类型不同，但工艺流程相似，大体分为车架固定、出标、贴标、抚标四部分，自行车自动贴标系统由传送装置、机械臂、出标装置、抚标装置、气动单元及人机交互界面构成。其中，传送装置可带动自行车架进行传送，使待贴标自行车架连续自动地完成贴标工艺；机械臂与气动单元相互配合，进行贴标动作；抚标装置通过在标签上刷动，使标签能更稳的黏贴在自行车架上。

自行车自动贴标系统含2个机械臂，一个机械臂含多自由度/5自由度，另一个机械臂含多自由度/3个自由度，共需多路/8路脉冲输出通道，故选择2个控制器/PLC同时进行控制，采集系统的输入信号，并对机械臂及其他执行机构进行控制。整个系统采用以太网与工控机进行通信，实现对现场设备生产状态的实时监控，完成自行车架自动贴标工艺。

出标机构设计：

（1）非连续出标机构

针对非连续型标签离散且不好定位的特性，设计了两种标签分离方案。 A方案：

运用气动夹具及标签盒对标签进行定位及固定。当机械臂1需要吸取标签时，为方便标签正反面分离，需使用气动夹具将标签压紧在标签盒中，同时控制贴标头的吸盘的电磁阀得电，配合机械臂动作，完成取标过程；当机械臂1完成贴标需再吸取下一张标签时，使气动夹具放松，将上一张标签纸的反面吸取至废纸盒中，再重复上述出标动作。

B方案：

运用两组真空吸盘，完成标签正反面的剥离；一组吸盘位于机械臂的前端，在取标过程中吸住标签的正面；另一组吸盘固定在机械臂附近的立板上。当机械臂吸取标签后，靠近立板上的吸盘，控制该组吸盘的电磁阀打开，使得两组吸盘同时吸附住标签的正反面，完成标签剥离。

（2）连续出标机构

针对两种不同的机械臂结构，本方案设计了两种不同的连续出标机构，虽结构不同，但原理相似，均通过两个电机带动放标盘以及收标盘动作，使得标签通过出标头时，标签的正反面能自动分离。

由于机械臂1由吸盘进行取标，设计的连续出标装置固定在机械臂附近，系统启动时，连续出标机构预出部分标长，再有机械臂1/15运行至取标位对标签进行吸附分离。此部分的电机采用步进电机/伺服电机。

机械臂15/1的出标装置则固定于机械臂前端，与机械臂1的连续出标装置不同的是，放标盘由小电机控制，使标签纸能一直维持紧绷状态，不受机械臂动作影响；收标盘则固定在机械臂下端，由步进电机/伺服电机控制标签的出标速度。

抚标机构设计：

机械臂完成贴标动作后，为使标签能更稳的黏贴在自行车架上，本方案设计抚标机构完善贴标工艺。抚标机构固定在贴标头上，实现贴标抚标一体化，使系统能在贴标动作完成后，迅速进行抚标动作，防止标签脱落。机械臂上的抚标机构附近还设有喷气装置，喷气装置用于喷出具有预定热温度的成型气体流/图案，在抚标的同时进行快速干燥，进一步增加了标签的牢固性。

控制系统线路设计：

系统选用2个西门子的可编程控制器S7-1200为主控制器或能够实现相应功能的类似控制器/控制系统（如控制器包括数据处理模块、分析模块、比较模块、调节模块等）。2个PLC通过以太网与人机交互界面进行通信，故还需配备交换机CSM1277。又由于I/O点数较多，还需配备数字量输入输出模块SM1223满足控制要求。控制器与各动作/移动元件/组件电性连接或无线连接，用于控制它们的动作/移动轨迹等。

此自行车车架自动贴标系统相比较于以往的贴标的技术，主要的突出点在于：

（1）出标抚标一体化，将有效节省贴标时间；

（2）多自由度机械臂可实现自行车架多个位置贴标需求；

（3）加入配方管理功能，适用于多种不同尺寸标签、不同位置的贴标功能；

（4）车架固定采用可调节式装配方式，满足各种尺寸自行车架固定工作。

机械臂的多自由度由多舵机实现，通过控制系统/PLC控制各个舵机的角度，对机械臂进行轨迹规划、修正，并通过舵机的旋转完成插补运动，从而带动贴标头实现标签的一系列动作，完成贴标工艺。主要的优点是：

（1）能够在PLC的控制下带动吸盘在贴标位各部分自由移动；

（2）PLC能够实时的获取标签的坐标信息；

（3）工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠近机座的物体。

上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，包括自动贴标系统，所述自动贴标系统包括车架输送系统、车架固定系统、第一机械臂系统、第二机械臂系统、传感器检测系统、控制系统，所述方法包括以下工艺步骤：

（1）根据一批或多个车架上标签所需要黏贴的位置确定是非连续标签位置还是连续标签位置以从控制系统调出所需要的相应的非连续贴标控制方案或连续贴标控制方案；

（2）车架以固定形式安放在传送带的车架位上，经传送带的传送进入预定位置；

（3）车架在传送带运送到预定的位置/范围区后，车架是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器进行检测并把信号传送给控制系统进行判断、处理，车架固定系统夹取并固定住车架，车架固定系统夹住车架移动至需要贴标的指定位置，车架是否到达指定的位置/范围可通过预设的传感器进行检测并把信号传送给控制系统进行判断、处理；

（4）第一机械臂系统和/或第二机械臂系统在控制系统的控制下可沿导轨在导轨上移动至预定位置，在第一机械臂系统和/或第二机械臂系统移动至预定位置后，传感器检测系统检测第一机械臂系统和/或第二机械臂系统相对于车架的位置、角度是否处于预设的位置、角度范围内，如果不处于预设的范围，则进行位置、角度的校正，从新调整第一机械臂系统和/或第二机械臂系统相对于车架的位置、角度；

（5）第一机械臂系统和/或第二机械臂系统在控制系统的控制下进行出标、贴标、抚标的动作。

2.根据权利要求1所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括出标机构，对于非连续标签采用非连续出标机构，针对非连续型标签离散且不好定位的特性，采用A方案或B方案，其中，A方案：运用气动夹具及标签盒对标签进行定位及固定，当机械臂系统需要吸取标签时，为方便标签正反面分离，使用气动夹具将标签压紧在标签盒中，同时控制贴标头的吸盘的电磁阀得电，配合机械臂系统动作，完成取标过程；当机械臂系统完成贴标需再吸取下一张标签时，使气动夹具放松，将上一张标签纸的反面吸取至废纸盒中，再重复上述出标动作。

3.根据权利要求2所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，其中，B方案：运用两组真空吸盘，完成标签正反面的剥离；一组吸盘位于机械臂系统的前端，在取标过程中吸住标签的正面；另一组吸盘固定在机械臂系统附近的立板上，当机械臂系统吸取标签后，靠近立板上的吸盘，控制该组吸盘的电磁阀打开，使得两组吸盘同时吸附住标签的正反面，完成标签剥离。

4.根据权利要求1所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括出标机构，对于连续型标签贴标方案：针对连续型标签，采用电机带动放标机构以及收标机构动作，设计出标装置，使得标签可在指定位置预出一部分标长，再通过机械臂系统完成贴标动作，连续标出标方案速度快，定位准确。

5.根据权利要求4所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括抚标机构，机械臂系统完成贴标动作后，为使标签能更稳的黏贴在自行车车架上，所述抚标机构固定在贴标头上，实现贴标、抚标一体化，使系统能在贴标动作完成后，迅速进行抚标动作。

6.根据权利要求5所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述机械臂系统上的抚标机构附近还设有喷气装置，喷气装置用于喷出具有预定热温度的成型气体流/成型图案，在抚标的同时进行快速干燥。

7.根据权利要求1所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述控制系统采用多个可编程控制器为主控制器，控制系统包括数据处理模块、分析模块、比较模块、调节模块、通信模块、数字输出模块，多个主控制器通过以太网或无线网与人机交互界面进行通信。

8.根据权利要求1所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述第一机械臂系统包括第一底座、第一运动臂、第二运动臂、第三运动臂、吸盘、抚标滚子，第一底座、第一运动臂、第二运动臂、第三运动臂之间都活动连接，吸盘、抚标滚子设置于第三运动臂上；第二机械臂系统包括第二底座、第四运动臂、第五运动臂、第六运动臂、放标机构、收标机构，第二底座、第四运动臂、第五运动臂、第六运动臂之间都活动连接，放标机构、收标机构设置于第六运动臂上。

9.根据权利要求8所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述车架固定系统包括车架固定装置，车架固定装置包括固定夹头、丝杠电机 、丝杆，固定夹头在丝杠电机的驱动下可沿丝杆作线性运动，固定夹头的夹持/固定尺寸可调节以适应不同尺寸的车架。

10.根据权利要求8所述的一种自行车车架自动贴标系统的控制方法，其特征在于，所述第一机械臂系统和/或第二机械臂系统包括气动夹具、吸盘，气动夹具包括气缸、压板，气缸驱动压板对标签的一定位置进行压持，标签放置于标签盒内；吸盘通过管路与气泵、电磁阀、真空发生器连接。