CN109835531A - 粉体包装机器人智能装袋系统 - Google Patents

Abstract

粉体包装机器人智能装袋系统，由六轴工业机器人本体、抓取机械手机构、空袋库、送料小车、专用坐标点检测机构、控制柜六个部分组成，控制器控制六轴工业机器人实现在工作坐标内进行转动、上升、下降、平移动作，控制器控制抓取机械手机构能将包装空袋袋口套到包装机出料口上，控制空袋库能实现智能供袋，控制送料小车将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口，该系统能为10kg‑50kg通用型粉体包装机圆形出料口的包装设备自动套袋缝口，代替人工操作，实现全自动包装。

Description

粉体包装机器人智能装袋系统

技术领域

本发明型专利涉及一种粉体包装机器人智能装袋系统,特别是用于 10kg-50kg通用型粉体包装机具有圆形出料口设备的机器人全自动装袋设备。

背景技术

目前国内10kg-50kg通用型粉体包装机包装出料口，根据包装物料不同，包装机出料口分为两种形状。即长方形出料口和圆形出料口。长方形出料口只适用于粉尘较小的颗粒物料；圆形出料口适用于粉体物料和颗粒物料，很多包装机厂家为了备件通用都将包装机出料口制作成圆形。包装机的空包装袋上(套)袋工作普遍都是由人工操作；上袋后按动下料开关；包装机自动将空包装袋夹紧后延时下料；下料结束后夹袋机构打开，装好物料的袋子落到包装机皮带输送机上；人工将皮带输送机上的包装袋袋口整理好，送入包装机缝纫机缝口。很多包装机的工作岗位都是一个人上套袋，一个人缝口。在包装易扬尘的粉体物料时(例如：面粉、淀粉、腻子)工作空间避免不了会扬尘。随着人们环保意识的提升，在有扬尘工作岗位上，雇工越来越难，加上几年人工成本上升。很多包装机使用企业对代替人工操作包装机的智能设备提出了强烈需求。国内外很多厂家针对国内形势，都先后开发了许多种智能设备代替人工。在长方形出料口包装机的智能组合机构方面基本成熟，但价格较高约为20-40万/套，且故障率高，对包装袋要求严格。在圆形出料口粉体包装机方面大规模应用的设备至今还未出现。因此研发智能设备代替粉体物料圆形出料口包装机人工是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种粉体包装机器人智能装袋系统，该机器人智能装袋系统能为10kg-50kg通用型粉体包装机圆形出料口的包装设备自动套袋缝口，代替人工操作，实现全自动包装。

本发明的技术方案是：粉体包装机器人智能装袋系统，由以下几个部分组成：

(1)六轴工业机器人本体：包括六个轴伺服电机、六个轴，第六轴上安装有抓取机械手机构，六个轴伺服电机与六个轴分别电连接，驱动六个轴在控制器操控下，沿着工作坐标进行给定的运动；

(2)抓取机械手机构：包括五个电磁阀、开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸，空袋吸盘、两个夹袋气缸、两个气动夹手、其中四个电磁阀分别控制开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸、空袋吸盘、两个夹袋气缸，两个夹袋气缸驱动两个气动夹手开合，两个开袋吸盘轨道气缸驱动两个气动夹手的距离远近，空袋吸盘能吸附包装空袋、气动夹手能夹持包装空袋，并配合空袋吸盘、开袋吸盘，将包装空袋袋口套到包装机出料口上；

(3)空袋库：包括电机、通过电机链条传动能升降的托板、调节空袋高度的上、下限位感应器、供袋感应传感器，所述的电机装在库体底部，上、下限位感应器分别安装在托板的上、下方，该感应器触发时，在控制器的操控下，系统报警停止工作，所述的供袋感应传感器，安装在库体上端，没有袋子时，该传感器能发出信号，在控制器的操控下，使电机转动带动托板上升到一个设定单位，实现智能供袋；

(4)送料小车：包括小车伺服电机、小车夹紧电磁阀、2个气缸、夹袋夹手，所述的小车夹紧电磁阀与2个气缸气管连接，双驱动夹袋夹手夹紧或松开装满物料的袋子，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

(5)专用坐标点检测机构：包括坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3传感器，所述的坐标1传感器是指空袋库指定坐标检测点的光传感器，装在空袋库靠近包装机一侧边框外的位置，坐标1传感器检测抓取空袋是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取空袋继续移动到专用坐标2传感器附近进行包装前开袋工作；所述的坐标2传感器是指出料口外侧指定坐标检测点的光传感器，装在出料口下方的开袋吸盘平行支架上，坐标2传感器检测开袋工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取开袋向上移动到坐标3传感器附近进行套袋工作；坐标3传感器是指料口中心指定坐标检测点的光传感器，安装在出料口下方5cm位置支架上，坐标3传感器检测套袋工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令包装机夹紧袋子、称重及下料、完成包装，松开袋子，由送料小车夹袋到缝纫机缝合；

(6)控制柜：柜体内装有控制器、六个轴伺服电机控制模块，控制器外接示教器、包装机PLC，所述控制器是一台装有机器人CRP-ES80操作系统的微型计算机，控制器内存储有操作六轴工业机器人的专用指令程序，控制器与六个轴伺服电机控制模块通过总线连接双向传输信号，该六个轴伺服电机控制模块与六轴工业机器人的六个轴伺服电机分别通过总线连接双向传输信号，分别控制机器人的六个轴动作；控制器通过总线、PLC专用接口与包装机PLC电连接双向传输信号，包装机PLC具有控制包装机出料口夹手、包装机称重及下料、缝纫机启停、皮带输送机启停、包装机除尘风机启停等功能；控制器通过总线、 I/O接口与抓取机械手机构的电磁阀连接双向传输信号，通过专用指令程序控制抓取机械手机构，将空袋口套到包装机出料口上；控制器通过总线、I/O接口与调节空袋高度的上、下限位感应器、供袋感应传感器电连接双向传输信号，通过专用指令程序控制空袋库的上、下限位感应器、供袋感应传感器、电机工作，实现智能供袋；控制器通过总线、I/O接口与坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3传感器电连接双向传输信号，坐标1-3传感器用于检测指定坐标检测点的信号，通过专用指令程序控制机器人动作转换；控制器通过总线、I/O接口与送料小车的小车夹紧电磁阀、小车伺服电机分别电连接双向传输信号，控制器的专用指令程序通过控制小车夹紧电磁阀、2个气缸分别控制夹袋夹手工作，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

所述的轴伺服电机与六个轴伺服电机控制模块分别电连接，构成六个单独控制单元。

所述的包装空袋袋口为圆形。

所述空袋吸盘、开袋吸盘上设有空气清洁机构，空气清洁机构由清洁吸盘电磁阀与喷吹气管连接组成。

所述的空袋库，其库体容量即待用包装袋堆积厚度为0.5-1m。

本发明粉体包装机器人智能装袋系统的优点是：

1)粉体包装机器人智能装袋系统，自动套袋、缝口，提高了工作效率，特别是为圆形出料口装袋、整理袋口的扬尘操作环境中，代替人工操作，减少了粉尘对操作工人健康造成的危害。

2)控制柜将六轴工业机器人的每轴伺服电机设为单独控制单元，降低的机器人电气检修、维护工作量。控制器通过总线和I/O接口与外设连接，可方便扩展接入点。

3)CRP操作系统操作程序编写专用指令，可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，现场微调成功后可设置一键复位点，程序可U盘备份。通信协议兼容性强，维护方便。

4)空袋库内可装0.5-1m厚度的待用包装袋，空袋库容量大。空袋库设有空袋高度上、下限位感应器，库内袋子高于或低于警戒位置时触发感应，实现了智能检测和供袋。

5)本发明的空气清洁机构对抓取机械手机构的吸盘自动喷吹，极大的增加了吸盘的工作寿命，降低了用户的使用成本；机械夹紧机构的主体材质为铝，机构的驱动为气缸驱动，减少了机构的重量，减少了工业机器人载荷又可满足系统工作强度。

6)送料小车夹袋夹手由双气缸驱动，夹紧力大，比电机、液压夹紧驱动总量轻，使用寿命长。小车轨道送料，送料稳定性高，小车伺服电机轨道驱动，送料位置精确。

附图说明

图1是本发明粉体包装机器人智能装袋系统的结构示意图。

图2是本发明粉体包装机器人智能装袋系统的主视图。

图3是图2的侧视图。

图4是本发明智能装袋系统的框架结构连接示意图。

图中：1六轴工业机器人本体、2抓取机械手机构、3空袋库、4控制柜含示教器、5专用坐标点检测机构、6送料小车。

具体实施方式

粉体包装机器人智能装袋系统，适用于10kg-50kg通用型粉体包装机具有圆形出料口设备的机器人全自动装袋设备，该机器人智能装袋系统由以下几个部分组成：

(1)六轴工业机器人本体1包括六个轴、六个轴与对应的六个轴伺服电机分别连接，第六轴上安装有抓取机械手机构，六轴工业机器人的控制，由一台微型计算机完成，其控制器用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向六个轴伺服电机控制模块发送指令信息，分散式对应控制六个轴，用于进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向控制器反馈信息；六轴工业机器人主要特点为：

可编程：六轴工业机器人最大特点是柔性启动化，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，适合于小批量多品种包装袋上袋具有均衡高效率的柔性包装生产线的应用。

拟人化：六轴工业机器人结合机器人与人的特点，在六轴工业机器人的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有模块，其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

机电一体化：系统用六轴工业机器人是机械学和微电子学的结合机电一体化技术。工业机器人具有各种传感器可以获取外部环境信息，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能。

系统用的六轴工业机器人可实现在工作坐标内进行转动、上升、下降、平移动作，带动第六轴即手腕回转轴上安装的抓取机械手机构，完成专用指令程序。

(2)抓取机械手机构2，包括五个电磁阀、开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸，空袋吸盘、两个夹袋气缸、两个气动夹手、其中四个电磁阀分别控制开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸、空袋吸盘、两个夹袋气缸，两个夹袋气缸驱动两个气动夹手闭合，两个开袋吸盘轨道气缸驱动两个气动夹手的距离远近，可实现包装空袋的袋口紧绷或松弛，包装空袋的袋口松弛时配合吸盘，袋口呈圆形，便于套到包装机圆形出料口上，袋口紧绷时配合移动小车将袋子送到缝纫机，空袋吸盘能吸附包装空袋、气动夹手能夹持包装空袋，并配合空袋吸盘、开袋吸盘，将袋口套到包装机出料口上；空袋吸盘、开袋吸盘上设有空气清洁机构，空气清洁机构由清洁吸盘电磁阀与喷吹气管连接组成，单次工作完成后，空气清洁机构对吸盘有清洁功能。电磁阀有记忆作用，当切断电信号时，阀位不变，气缸活塞位置保持不变，系统不受突然断电的干扰。所述的夹袋气缸、开袋吸盘轨道气缸是双电控带阀气缸，为自己保持式，工作压力为0.15-0.8Mpa，空袋吸盘、开袋吸盘，根据袋子大小2-4对，在气缸的驱动下完成吸附包装袋功能。抓取机械手机构工作时，根据六轴机器人的坐标、位移、时间状态和外部空袋库坐标检测点、出料口外侧指定坐标检测点、料口中心指定坐标检测点反馈的信息，由操作系统的专用指令程序通过数据交换双向通讯完成对连接电磁阀控制机构上的气缸控制，在操作系统的专用指令程序操控下，抓取机械手机构的吸盘能从空袋库内气动吸附包装空袋、然后开袋，气动夹手能夹持包装空袋，配合空袋吸盘、开袋吸盘，将包装空袋袋口拉成圆形，套到包装机出料口上。抓取机械手机构的整体特点：采用专用指令作为抓取机械手的控制，气压驱动作为驱动机构，抓取方式是吸附、夹持式，根据该机械手的动作流程和输入输出通过专用指令I/O接口程序的编辑与调试，该机械手能将包装袋迅速、灵活、准确、可靠地抓起并运送到指定程序坐标位置，完成最后的装夹任务。

(3)空袋库3，包括库体，库体四周封闭，与包装袋大小相同，空袋库内可装05-1m厚度的待用包装袋，库体底部装有电机和托板，托板通过电机链条传动能升降，库体上端设有供袋感应传感器，供袋感应传感器、感应不到空袋时发出信号，电机转动一个预定单位托板上升一个预定单位，预定单位根据包装袋现场设定。托板上、下方设有空袋高度上、下限位感应器，该限位感应器触发时系统停止工作需人工处理后复位。空袋库整体智能检测、智能上袋。

(4)送料小车6，包括小车伺服电机、小车夹紧电磁阀、2个气缸、夹袋夹手，所述的小车夹紧电磁阀与2个气缸气管连接，双驱动夹袋夹手夹紧或松开装满物料的袋子，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

(5)专用坐标点检测机构5，包括坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3 传感器，所述的坐标1传感器是指空袋库指定坐标检测点的光传感器，装在空袋库靠近包装机一侧边框外约5cm的位置，坐标1传感器检测抓取空袋是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取空袋继续移动到专用坐标2 传感器附近进行包装前开袋工作；所述的坐标2传感器是指出料口外侧指定坐标检测点的光传感器，装在出料口下方的开袋吸盘平行支架上，坐标2传感器检测开袋夹紧、袋口拉成圆形工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取开袋向上移动到坐标3传感器附近进行套袋工作；坐标3传感器是指料口中心指定坐标检测点的光传感器，安装在出料口下方5cm位置支架上，坐标3传感器检测套袋工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令包装机夹紧袋子，完成包装，松开袋子，由送料小车夹袋到缝纫机缝合；

(6)控制柜4，柜体内装有控制器、六个轴伺服电机控制模块，控制器外接示教器、包装机PLC，所述控制器是一台装有机器人CRP-ES80操作系统的微型计算机，控制器内存储有操作六轴工业机器人的专用指令程序，控制器与六个轴伺服电机控制模块通过总线连接双向传输信号，该六个轴伺服电机控制模块与六轴工业机器人的六个轴伺服电机分别连接，分别控制机器人的六个轴动作，构成六个单独控制单元；控制器通过总线、PLC专用接口与包装机PLC电连接双向传输信号，包装机PLC具有控制包装机出料口夹手、包装机称重及下料、缝纫机启停、皮带输送机启停、包装机除尘风机启停等功能；控制器通过总线、 I/O接口与抓取机械手机构的电磁阀连接双向传输信号，通过专用指令程序控制抓取机械手机构，将空袋口套到包装机出料口上；控制器通过总线、I/O接口与调节空袋高度的上、下限位感应器、供袋感应传感器电连接双向传输信号，通过专用指令程序控制空袋库的上、下限位感应器、供袋感应传感器、电机工作，实现智能供袋；控制器通过总线、I/O接口与坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3传感器电连接双向传输信号，坐标1-3传感器用于检测指定坐标检测点的信号，通过专用指令程序控制机器人动作转换；控制器通过总线、I/O接口与送料小车的小车夹紧电磁阀、小车伺服电机分别电连接双向传输信号，控制器的专用指令程序通过小车夹紧电磁阀、2个气缸分别控制夹袋夹手工作，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

系统的工作流程是：打开控制柜(含示教器)电源，确认系统各部位通电且处于正常待工作状态；将空袋库内放满待包装袋；手持示教器校准坐标，使六轴工业机器人处于零点工作位置；通过CRP-ES80操作系统调入专用指令程序；使六轴工业机器人第六轴上的抓取机械手机构根据程序用空袋吸盘从空袋库吸取空袋，吸取后沿坐标(Y轴)向包装机出料口方向移动到(约5cm)指定坐标位置，即将空袋移动出空袋库边框外时，抓取机械手机构的夹袋气缸驱动气动夹手将空袋两边夹紧，空袋按照固定轨迹送到包装机出料口下方，根据指令空袋吸盘对准出料口下方的开袋吸盘将袋子两侧吸牢，气动夹手夹紧袋口向出料口中心移动(约为出料口直径的3/5)，机器人沿Y轴向空袋库方向移动至包装机出料口外侧(约5cm)指定坐标位置，这时袋口为圆形，机器人沿Z轴方向上移，开袋吸盘通过气缸推动随着同步移动，将袋口套到包装机出料口上，到达出料口中心指定坐标后信号触发，专用指令程序根据坐标检测信号，通过数据传输双向通讯传给包装机PLC，包装机PLC对气缸控制，吸盘停止吸气，包装机出料口的夹子夹紧袋口，下料，下料结束后，包装机出料口夹子开启，气动夹手夹紧袋子向出料口中心外侧移动到原来位置，此时袋子成一字型待缝口状态，送料小车移动到包装机出料口位置，小车夹紧电磁阀动作通过气缸使夹袋夹手闭合夹紧袋子，经皮带输送将物料袋送至包装机缝纫机入口处，夹袋夹手放松，物料袋进入缝合状态。根据专用指令程序送料小车从缝纫机到下料指定位置后，等待下一个循环。

Claims (5)

1.粉体包装机器人智能装袋系统，其特征在于：由以下几个部分组成：

(1)六轴工业机器人本体：包括六个轴伺服电机、六个轴，第六轴上安装有抓取机械手机构，六个轴伺服电机与六个轴分别电连接，驱动六个轴在控制器操控下，沿着工作坐标进行给定的运动；

(2)抓取机械手机构：包括五个电磁阀、开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸，空袋吸盘、两个夹袋气缸、两个气动夹手、其中四个电磁阀分别控制开袋吸盘、两个开袋吸盘轨道气缸、空袋吸盘、两个夹袋气缸，两个夹袋气缸驱动两个气动夹手开合，两个开袋吸盘轨道气缸驱动两个气动夹手的距离远近，空袋吸盘能吸附包装空袋、气动夹手能夹持包装空袋，并配合空袋吸盘、开袋吸盘，将包装空袋袋口套到包装机出料口上；

(3)空袋库：包括电机、通过电机链条传动能升降的托板、调节空袋高度的上、下限位感应器、供袋感应传感器，所述的电机装在库体底部，上、下限位感应器分别安装在托板的上、下方，该感应器触发时，在控制器的操控下，系统报警停止工作，所述的供袋感应传感器，安装在库体上端，没有袋子时，该传感器能发出信号，在控制器的操控下，使电机转动带动托板上升到一个设定单位，实现智能供袋；

(4)送料小车：包括小车伺服电机、小车夹紧电磁阀、2个气缸、夹袋夹手，所述的小车夹紧电磁阀与2个气缸气管连接，双驱动夹袋夹手夹紧或松开装满物料的袋子，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

(5)专用坐标点检测机构：包括坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3传感器，所述的坐标1传感器是指空袋库指定坐标检测点的光传感器，装在空袋库靠近包装机一侧边框外约5cm位置，坐标1传感器检测抓取空袋是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取空袋继续移动到专用坐标2传感器附近进行包装前开袋工作；所述的坐标2传感器是指出料口外侧指定坐标检测点的光传感器，装在出料口下方的开袋吸盘平行支架上，坐标2传感器检测开袋工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令抓取开袋向上移动到坐标3传感器附近进行套袋工作；坐标3传感器是指料口中心指定坐标检测点的光传感器，安装在出料口下方5cm位置支架上，坐标3传感器检测套袋工作是否合格，如果合格，信号反馈给控制器，控制器指令包装机夹紧袋子、称重及下料、完成包装，松开袋子，由送料小车夹袋到缝纫机缝合；

(6)控制柜：柜体内装有控制器、六个轴伺服电机控制模块，控制器外接示教器、包装机PLC，所述控制器是一台装有机器人CRP-ES80操作系统的微型计算机，控制器内存储有操作六轴工业机器人的专用指令程序，控制器与六个轴伺服电机控制模块通过总线连接双向传输信号，该六个轴伺服电机控制模块与六轴工业机器人的六个轴伺服电机分别通过总线连接双向传输信号，分别控制机器人的六个轴动作；控制器通过总线、PLC专用接口与包装机PLC电连接双向传输信号，包装机PLC具有控制包装机出料口夹手、包装机称重及下料、缝纫机启停、皮带输送机启停、包装机除尘风机启停等功能；控制器通过总线、I/O接口与抓取机械手机构的电磁阀连接双向传输信号，通过专用指令程序控制抓取机械手机构，将空袋口套到包装机出料口上；控制器通过总线、I/O接口与调节空袋高度的上、下限位感应器、供袋感应传感器电连接双向传输信号，通过专用指令程序控制空袋库的上、下限位感应器、供袋感应传感器、电机工作，实现智能供袋；控制器通过总线、I/O接口与坐标1传感器、坐标2传感器、坐标3传感器电连接双向传输信号，坐标1-3传感器用于检测指定坐标检测点的信号，通过专用指令程序控制机器人动作转换；控制器通过总线、I/O接口与送料小车的小车夹紧电磁阀、小车伺服电机分别电连接双向传输信号，控制器的专用指令程序通过控制小车夹紧电磁阀、2个气缸分别控制夹袋夹手工作，小车伺服电机能驱动送料小车在缝纫机入口与包装机出料口之间沿轨道移动，将装满物料的袋子沿轨道送到缝纫机入口。

2.根据权利要求1所述的粉体包装机器人智能装袋系统，其特征在于：控制六个轴的轴伺服电机与六个轴伺服电机控制模块分别电连接，构成六个单独控制单元。

3.根据权利要求1所述的粉体包装机器人智能装袋系统，其特征在于：所述包装空袋的袋口为圆形。

4.根据权利要求1所述的粉体包装机器人智能装袋系统，其特征在于：所述空袋吸盘、开袋吸盘上设有空气清洁机构，空气清洁机构由清洁吸盘电磁阀与喷吹气管连接组成。

5.根据权利要求1所述的粉体包装机器人智能装袋系统，其特征在于：空袋库的库体容量即待用包装袋堆积厚度为0.5-1m。