CN109850293A - 一种机器人切膜装置及柔性切膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人切膜装置，包括机器人，所述机器人上设有力矩传感器，所述力矩传感器上设有刀具，所述刀具上设有热电偶和加热装置。本发明通过在机器人上设置力矩传感器，根据力矩传感器感应到切膜时刀具的反馈力矩值，通过设定力矩值减去反馈力矩值得到偏差值，机器人得到偏差值后通过PD运算得到进给量，机器人在切膜路径的基础上根据进给量调节刀具，使刀具切膜时的反馈力矩值和设定力矩值之间的偏差在一定的范围内，保证刀具切膜时的切膜深度恒定，既保证了切膜效果又不会割伤瓶身。本发明应用于瓶包材拆包领域领域。

Description

一种机器人切膜装置及柔性切膜的方法

技术领域

本发明属于瓶包材拆包领域，尤其涉及一种机器人切膜装置及柔性切膜的方法。

背景技术

现有的拆包机切塑模包材时，机器人切膜路径是固定的，其对于不规则包材的切膜保护主要依靠切膜机构上的缓冲弹簧作用，来实现切膜刀的偏移。这种方法切膜，当包材的边界凸出过多，仅依靠弹簧缓冲，瓶身受力仍将很大，易割伤瓶身；而当包材边界凹陷过多，切膜刀将无法接触到瓶膜或切膜力很小，无法实现切膜。

申请号为201621019043.5的专利文献公开了一种智能拆包系统，包括第一输送通道、第二输送通道、吸盒固定件、转运装置、瓶盒切膜平台、切膜机械手和切膜组件，即是通过切膜机械手带动切膜组件围绕被所述吸盒固定件吸住的瓶盒转动以将各个侧面的覆膜切开。当覆膜被切分成相互分离的两部分后，即需要分别对顶膜和底膜进行去膜操作。

该对比文件公开的切膜组件和切膜方法仍然存在上述缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机器人切膜装置及柔性切膜的方法，既保证了切膜效果又不会割伤瓶身。

为实现上述目的，本发明提出了一种机器人切膜装置，包括机器人，所述机器人上设有力矩传感器，所述力矩传感器上设有刀具，所述刀具上设有热电偶和加热装置。

进一步改进的，所述机器人设于切膜工位上，所述切膜工位的上游依次对接有等待工位、传输轨道，所述等待工位上设有用于将待切膜包材从等待工位推至切膜工位的第一推杆装置，所述切膜工位上设有用于将切膜完成的包材推送出去的第二推杆装置。

进一步改进的，所述第一推杆装置包括设于等待工位上的第一驱动件，所述第一驱动件的输出端沿等待工位至切膜工位的方向伸缩，所述第一驱动件的输出端设有L形推杆；

所述切膜工位的端部设有L形定位导流，所述L形定位导流与L形推杆接触时组成方形框架。

本发明还公开了一种上述机器人切膜装置的柔性切膜的方法，其采用的技术方案如下：

一种上述机器人切膜装置的柔性切膜的方法，包括以下步骤：

S1：将待切膜包材传输至切膜工位；将切膜的刀具加热；

S2：通过机器人控制刀具沿待切膜包材周向的切膜路径对包材切膜，所述切膜路径通过反复测试得到；

在切膜的过程中，通过设于机器人上的力矩传感器感应刀具切入包材时的反馈力矩值c(t)，通过力矩设定值r(t)减去反馈力矩值c(t)得到偏差值e(t)，力矩设定值r(t)为反复实验得到标准值，将偏差值e(t)反馈给机器人后得到：

进给量L(t)＝Kp*e(t)+Kd*[e(t)-e(t-)],Kp为比例系数，通过反复测试得到；Kd为微分系数，通过反复测试得到；t为采样周期，通过反复测试得到；

根据进给量调节刀具的切入深度，直至包材切膜完成；

S3：将切膜完成的包材传送出去；

S4：重复步骤S1至S3，直至待切膜包材全部切膜完成并传送出去。

进一步改进的，进给量L(t)的值为正时，机器人控制刀具根据Lt的值进刀；

进给量L(t)的值为负时，机器人控制刀具根据Lt的值退刀；

当进给量L(t)的值为零时，机器人控制刀具沿切膜路径移动。

进一步改进的，步骤S1中，待切膜包材通过传输轨道传送至等待工位，通过第一推杆装置将待切膜包材继续推至切膜工位。

进一步改进的，所述第一推杆装置推待切膜包材时，所述L形推杆与待切膜包材的相邻两边贴合；

所述待切膜包材被推至切膜工位并抵住L形定位导流时，所述L形推杆和L形定位导流组成方形框架，所述L形推杆继续推待切膜包材时对待切膜包材挤压定形。

进一步改进的，所述刀具沿待切膜包材的瓶子的瓶颈处切膜。

进一步改进的，步骤S3中，通过第二推杆装置将切膜完成的包材推送出去。

进一步改进的，步骤S1中，当刀具通过加热装置加热至相应温度后，通过热电偶将刀具加热完成的信号反馈给机器人。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

1、本发明通过在机器人上设置力矩传感器，根据力矩传感器感应到切膜时刀具的反馈力矩值，通过设定力矩值减去反馈力矩值得到偏差值，机器人得到偏差值后通过PD运算得到进给量，机器人在切膜路径的基础上根据进给量调节刀具，使刀具切膜时的反馈力矩值和设定力矩值之间的偏差在一定的范围内，保证刀具切膜时的切膜深度恒定，既保证了切膜效果又不会割伤瓶身。

2、本发明的刀具在切膜前可以通过加热装置加热，刀具加热到合格的温度后，热电偶将刀具加热完成的信号反馈给机器人，机器人即可准备切膜。通过将刀具加热到一定温度可以切膜的效果和效率。

3、本发明的L形推杆和L形定位导流能够对待切膜的包材进行轻微挤压，轻微挤压能够调整包材的形状，同时还具有对包材定位的作用，使设定的切膜路径与待切膜的包材更为契合，便于提高切膜的效率和效果。

4、本发明的刀具从包材中瓶子的瓶颈处切膜，因为瓶颈部位的膜与瓶子有较大的间隙，可以防止切膜时刀具对瓶子割伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为机器人控制刀具切膜时的示意图；

图3为图2中标识部分的示意图；

图4切膜时刀具与包材的关系示意图；

图5为切膜路径示意图；

图6为本发明的切膜流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个以上，例如三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1至图4，一种机器人切膜装置，包括机器人4，机器人4上设有力矩传感器6，力矩传感器6上设有刀具3，刀具3上设有热电偶和加热装置。加热装置为设于刀具上的加热电阻丝，机器人4包括了控制模块和电源设置，加热电阻丝、力矩传感器6均与控制模块与电源设备电性相连以实现统一协调控制。

机器人4设于切膜工位2上，切膜工位2的上游依次对接有等待工位71、传输轨道7，等待工位71上设有用于将待切膜包材1从等待工位71推至切膜工位2的第一推杆装置，切膜工位2上设有用于将切膜完成的包材1推送出去的第二推杆装置。

第一推杆装置包括设于等待工位71上的第一驱动件，第一驱动件的输出端沿等待工位71至切膜工位2的方向伸缩，第一驱动件的输出端设有L形推杆8；第一驱动件为气缸，第二推杆装置包括了设于切膜工位2边缘的气缸，该气缸的输出端设有推杆以用于将切膜完成的包材1从切膜工位2推送出去。

切膜工位2的端部设有L形定位导流9，L形定位导流9与L形推杆8接触时组成方形框架。L形定位导流9包括两条导流杆，两导流杆分别固定设在切膜工位2的边缘，两导流杆相互垂直。

本实施例还公开了一种上述机器人切膜装置的柔性切膜的方法，其采用的技术方案如下：

请参照图1至图6，一种上述机器人切膜装置的柔性切膜的方法，包括以下步骤：

S1：将待切膜包材1传输至切膜工位2；将切膜的刀具3加热；将刀具3加热到一定的温度后切膜，更容易将膜切开，而且可以避免切膜时膜崩坏的现象。具体地，待切膜包材1通过传输轨道7传送至等待工位71，通过第一推杆装置将待切膜包材1继续推至切膜工位2。第一推杆装置推待切膜包材1时，L形推杆8与待切膜包材1的相邻两边贴合；

待切膜包材1被推至切膜工位2并抵住L形定位导流9时，L形推杆8和L形定位导流9组成方形框架，L形推杆8继续推待切膜包材1时对待切膜包材1挤压定形。当刀具3通过加热装置加热至相应温度后，通过热电偶将刀具3加热完成的信号反馈给机器人4。

S2：通过机器人4控制刀具3沿待切膜包材1周向的切膜路径5对包材1切膜，优选的，刀具3沿待切膜包材1的瓶子11的瓶颈处切膜。切膜路径5通过反复测试得到；根据多次试验，得到最理想的切膜路径5，使切膜路径5与包材1契合。因此，切膜路径5的获得并不是唯一的，每个人获得的切膜路径5有可能不一样，只是大致相同，这个在后续的切膜过程中会进行调整。

在切膜的过程中，通过设于机器人4上的力矩传感器6感应刀具3切入包材1时的反馈力矩值c(t)，通过力矩设定值r(t)减去反馈力矩值c(t)得到偏差值e(t)，力矩设定值r(t)为反复实验得到标准值，将偏差值e(t)反馈给机器人4后得到：力矩设定值r(t)的每一次都有可能不一样，同样是一个参考的数值范围。在机器人4的控制模块中会设定一个数值范围，调整后，当力矩设定值r(t)减去反馈力矩值c(t)得到偏差值e(t)落在该数值范围内即为调整合格，在任意的时候，当力矩设定值r(t)减去反馈力矩值c(t)得到偏差值e(t)落在该数值范围内，也不需要对刀具3进行调整。

根据PD计算公式得到：进给量L(t)＝Kp*e(t)+Kd*[e(t)-e(t-1)],Kp为比例系数，通过反复测试得到，可以假设当刀具3刚接触到膜时，此时反馈力矩值c(t)为零，偏差值e(t)最大，然后慢慢进刀，直到反馈力矩值c(t)等于力矩设定值r(t)，此时偏差值e(t)为0，这时累计的进给量除以偏差值e(t)就等于Kp。这只取了两个点，也可以多取几组数据，如差值为0.5e(t)、0.2e(t)时其累计的进给量分别是多少，因此Kp可以表示为反馈力矩值之差和进给量成一定的线性关系；Kd为微分系数，通过反复测试得到，其主要是看稳定后e(t)的值变化大小而确定，起一个提前反馈和减小L(t)值的波动的作用，并没有具体的计算公式，其是得出Kp值后经过反复调试而得到的理想值，因此，每个人或每次调试得到的Kd值并不是唯一的，可能都只是落在一定的范围内；t为采样周期，是可以自定义的，通过反复测试得到；“PD计算公式”中的P为比例计算，D指微分计算。

根据进给量调节刀具3的切入深度，直至包材1切膜完成；

S3：将切膜完成的包材1传送出去；具体地，通过第二推杆装置将切膜完成的包材1推送出去。

S4：重复步骤S1至S3，直至待切膜包材1全部切膜完成并传送出去。

进给量L(t)的值为正时，机器人4控制刀具3根据Lt的值进刀；

进给量L(t)的值为负时，机器人4控制刀具3根据Lt的值退刀；

当进给量L(t)的值为零时，机器人4控制刀具3沿切膜路径5移动。理论上而言，这种L(t)的值为零的情况是很少的，这里描述的零也只是说L(t)在一个设定的范围内，机器人4就不需要控制刀具3退刀也不需要进刀。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人切膜装置，其特征在于，包括机器人(4)，所述机器人(4)上设有力矩传感器(6)，所述力矩传感器(6)上设有刀具(3)，所述刀具(3)上设有热电偶和加热装置。

2.根据权利要求1所述的机器人切膜装置，其特征在于，所述机器人(4)设于切膜工位(2)上，所述切膜工位(2)的上游依次对接有等待工位(71)、传输轨道(7)，所述等待工位(71)上设有用于将待切膜包材(1)从等待工位(71)推至切膜工位(2)的第一推杆装置，所述切膜工位(2)上设有用于将切膜完成的包材(1)推送出去的第二推杆装置。

3.根据权利要求2所述的机器人切膜装置，其特征在于，所述第一推杆装置包括设于等待工位(71)上的第一驱动件，所述第一驱动件的输出端沿等待工位(71)至切膜工位(2)的方向伸缩，所述第一驱动件的输出端设有L形推杆(8)；

所述切膜工位(2)的端部设有L形定位导流(9)，所述L形定位导流(9)与L形推杆(8)接触时组成方形框架。

4.一种如权利要求1至3任一项所述机器人切膜装置的柔性切膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待切膜包材(1)传输至切膜工位(2)；将切膜的刀具(3)加热；

S2：通过机器人(4)控制刀具(3)沿待切膜包材(1)周向的切膜路径(5)对包材(1)切膜，所述切膜路径(5)通过反复测试得到；

在切膜的过程中，通过设于机器人(4)上的力矩传感器(6)感应刀具(3)切入包材(1)时的反馈力矩值c(t)，通过力矩设定值r(t)减去反馈力矩值c(t)得到偏差值e(t)，力矩设定值r(t)为反复实验得到标准值，将偏差值e(t)反馈给机器人(4)后得到：

进给量L(t)＝Kp*e(t)+Kd*[e(t)-e(t-1)],Kp为比例系数，通过反复测试得到；Kd为微分系数，通过反复测试得到；t为采样周期，通过反复测试得到；

根据进给量调节刀具(3)的切入深度，直至包材(1)切膜完成；

S3：将切膜完成的包材(1)传送出去；

S4：重复步骤S1至S3，直至待切膜包材(1)全部切膜完成并传送出去。

5.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，进给量L(t)的值为正时，机器人(4)控制刀具(3)根据L(t)的值进刀；

进给量L(t)的值为负时，机器人(4)控制刀具(3)根据L(t)的值退刀；

当进给量L(t)的值为零时，机器人(4)控制刀具(3)沿切膜路径(5)移动。

6.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，步骤S1中，待切膜包材(1)通过传输轨道(7)传送至等待工位(71)，通过第一推杆装置将待切膜包材(1)继续推至切膜工位(2)。

7.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，所述第一推杆装置推待切膜包材(1)时，所述L形推杆(8)与待切膜包材(1)的相邻两边贴合；

所述待切膜包材(1)被推至切膜工位(2)并抵住L形定位导流(9)时，所述L形推杆(8)和L形定位导流(9)组成方形框架，所述L形推杆(8)继续推待切膜包材(1)时对待切膜包材(1)挤压定形。

8.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，所述刀具(3)沿待切膜包材(1)的瓶子(11)的瓶颈处切膜。

9.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，步骤S3中，通过第二推杆装置将切膜完成的包材(1)推送出去。

10.根据权利要求4所述的柔性切膜的方法，其特征在于，步骤S1中，当刀具(3)通过加热装置加热至相应温度后，通过热电偶将刀具(3)加热完成的信号反馈给机器人(4)。