CN112124720B - 一种破袋机构及物袋自动分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种破袋机构及物袋自动分离系统，通过移动机械手将垃圾袋抓取到破袋机构上方，进而通过破袋机构划破塑料垃圾袋，实现垃圾和垃圾袋的可靠分离。该物袋自动分离系统，其特征在于，包括：机械手单元、水平移动单元、破袋机构、动力单元和控制单元；机械手单元用于抓取投放在破袋机构中的袋子；水平移动单元用于带动机械手单元在破袋机构上方水平移动；破袋机构用于在机械手单元抓取袋子后，撕破袋子，使袋子中的物品掉落，将袋子和袋子内的物品分离；动力单元为机械手单元、水平移动单元和破袋机构提供动力；控制单元控制机械手单元、水平移动单元、破袋机构和动力单元的运行。

Description

一种破袋机构及物袋自动分离系统

技术领域

本发明涉及一种破袋机构以及采用该破袋机构的物袋分离系统，属于垃圾分类技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，垃圾总量急速增长，对垃圾进行分类并资源化利用已迫在眉睫。现有政策下，一般将生活垃圾分为：厨余垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和其他垃圾。其中其他垃圾一般填埋或者焚烧处理，厨余垃圾资源化处理：有氧堆肥和沼厌氧制沼发电。堆肥就是利用微生物，将厨余垃圾重新分解之后变为肥料，因此需要清理塑料袋，避免厨余垃圾在堆肥时出现“缺氧症状”，影响堆肥效果。厌氧制沼发电，虽然发电中用到的是厌氧发酵罐，但是在对厨余垃圾进行挤压或切碎处理时，一些又大又厚的塑料袋很可能会缠绕在刀面、挤压钝器或转轴上，诱发机械故障；或有可能会在厌氧罐内形成一层不透气的膜，导致沼气发电系统崩溃，造成更大的损失。因此垃圾袋特别是厨余垃圾袋需要和垃圾分开投放。人工拆解垃圾袋然后将垃圾袋和垃圾分开投放，不但花费时间并且手上也容易沾到污渍。

授权公告号CN 210437823 U(申请号：201921383094.X)公开了一种手工破袋器工具，包括外杆、内杆和支架，所述外杆内部设有空腔，所述内杆嵌入所述空腔内，所述外杆与所述内杆相互远离的一端均设置有所述支架，所述内杆与所述外杆滑动连接，所述外杆的一侧设置有锯齿条，所述锯齿条的一端设置有凸块，所述凸块朝向所述锯齿条的一端设置有锯齿。

但该方案需要投放人员手工划破垃圾袋，划破时垃圾袋内垃圾的浸液容易洒出污染衣服或者手；并且当垃圾箱将满时，该设备无发使用；锋利锯齿裸露，使用时未加保护，在投放垃圾并划破垃圾袋时容易引发危险。

申请公布号CN 106347896 A(申请号201610973065.3)公开了一种垃圾封闭收集设备，包括箱体、袋装垃圾送进装置、散装垃圾送进装置、破袋装置和收集桶，袋装垃圾送进装置、散装垃圾送进装置、破袋装置和收集桶均设于箱体内，袋装垃圾送进装置和散装垃圾送进装置均设于收集桶上方，破袋装置与袋装垃圾送进装置相对应。袋装垃圾送进装置将装袋后的垃圾送至破袋装置处，进行破袋，使得垃圾袋内的垃圾落入收集桶内，有效防止了垃圾袋进入到收集桶内，实现了垃圾袋和垃圾分离。其中破袋装置包括水平移动装置、上下移动装置和旋转刀辊，旋转刀辊设于上下移动装置上，上下移动装置与水平移动装置连接。水平移动装置包括驱动电机和丝杆，旋转刀辊通过架体与丝杆连接，驱动电机安装在箱体内，丝杆与驱动电机的输出轴相连接，当驱动电机转动时，丝杆转动，旋转刀辊随着架体在丝杆上水平移动，从而实现调节袋装垃圾与旋转刀辊的水平距离，保证旋转刀辊能够移动至袋装垃圾所在位置。同时，上下移动装置包括第一气缸，第一气缸与旋转刀辊的架体相对应，当第一气缸的活塞伸缩时，带动旋转刀辊上下移动，从而实现旋转刀辊上下划破垃圾袋。

但该方案中投放袋装垃圾时传送链条带动挂钩移动时，无法确保挂住垃圾袋，即便有些情况下能够挂住垃圾袋由于垃圾袋机械性能较差，可能在移动过程中将垃圾袋撕破；无法将垃圾袋移动到破袋位置；袋装垃圾在旋转刀辊和破袋垫板共同作用下被夹紧，旋转导辊左右和上下移动多切割的十字刀切口，切口过小时，垃圾袋内容易遗落垃圾，导致垃圾袋内垃圾剩余过多，达不到垃圾破袋的效果。由于垃圾垃圾袋质量较轻，破除的垃圾袋仅依靠自动脱钩装置的阻挡作用很难落下去，落进塑料袋桶内。

授权公告号CN 210417809 U(申请号201921106839.8)公开了一种将垃圾与垃圾袋进行自动分离回收的装置，具有外箱体，外箱体分为上箱体和下箱体，上箱体前侧面设置有自动开启的对开门；下箱体内前后分隔设有装垃圾桶和装垃圾袋桶，在位于装垃圾桶上方的上箱体内并排装有两条上下直线导轨，两条上下直线导轨之间设置有链条锯组件，链条锯组件的两端通过升降驱动装置使之沿着上下直线导轨升降运动，上下直线导轨上还设有高度检测红外传感器；上箱体内顶部还并排装有两条前后轨道，两前后轨道上设置有装夹小车；该装置实现了自动化的将垃圾与垃圾袋进行分类放置，能够将湿垃圾和垃圾袋分离。

但由于很多垃圾袋是黑色的，对红外线有吸收作用，黑色塑料袋时链条锯组件所在的位置高度无法确认。由于垃圾袋属于柔性材料，链条锯反向运行速度较慢时，垃圾袋不容易撕破，垃圾无法落到下面的垃圾桶内。同时锋利的锯齿容易挂住垃圾袋，控制模块控制电磁推杆打开装夹小车的活动夹板后，垃圾袋紧靠自身重力难以掉进装垃圾袋桶内，达到垃圾和塑料袋分离的结果。

申请公告号CN 110802100 A(申请号201910985191.4)公开一种餐厨垃圾破袋机，包括由两钩手组成的挂袋器、用于带动挂袋器两钩手分离/合并的拉臂；钩手包括钩座、置于钩座内的转盘，两钩手的两转盘相对称，两钩手的两转盘边缘有一段用于传动连接的齿部，双向转角电磁铁输出轴与其中一转盘连接，与齿部相对的两转盘边缘有挂钩，当两钩手合并时两转盘齿部相啮合，当双向转角电磁铁驱动转盘旋转时挂钩进/出钩座。

但由于需要手工挂袋，对于不带提手的垃圾袋不适用，并且手工挂袋容易脏手不卫生。破袋时依靠动滑块与右钩手向右移动，右钩手拉动垃圾袋提耳，将垃圾袋撕破，并且实际中很多垃圾袋不带提手，普适性较差，局限性很大。即便有提手的垃圾袋，如果提手强度较小时，垃圾袋尚未破裂前，提手已经破裂，垃圾无法全部遗落到粉碎机料斗内，无法达到垃圾和塑料袋分离的结果。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种破袋机构，能够可靠的破袋，从而保证袋内的物品和袋子可靠有效的分离。

所述破袋机构包括：外框、支撑在所述外框上的破袋驱动单元和位于所述外框内部的一个以上破袋单元；

所述外框具有贯通顶部和底部的开口；

每个所述破袋单元包括两个相对设置的破袋板，且两个所述破袋板相对的侧边加工有用于破袋的齿状结构；当具有两个以上所述破袋单元时，两个以上所述破袋单元上下层叠设置；

所述破袋驱动单元用于驱动所述破袋板齿状结构所在侧翻转，使所述破袋板齿状结构所在侧上翻划破并撕开投放在所述破袋单元上的装有物品的袋子。

作为本发明的一种优选方式：用于将投放的装有物品的袋子引导至所述破袋单元中两个破袋板齿状结构所在侧的引导机构。

作为本发明的一种优选方式：所述引导机构位于所述外框内部所述破袋单元的上方；

所述引导机构包括两个相对设置的上翻辅助板；所述上翻辅助板两相对侧边中，一侧边位于所述破袋单元上方，另一侧向下向内延伸至所述破袋单元中位于最上层的两个破袋板所在平面，由此两个上翻辅助板和最上层的两个破袋板在外框内部形成槽状结构，用于接投放的装有物品的袋子；

通过所述上翻辅助板下侧边向上翻转将所述袋子引导至所述破袋板齿状结构所在侧。

作为本发明的一种优选方式：每个破袋单元对应一个破袋驱动单元。

作为本发明的一种优选方式：一个以上所述破袋单元由同一个破袋驱动单元同步驱动。所述破袋驱动单元包括：同步框、破袋驱动器、凸台齿轮和直齿条；

每个所述破袋板与齿状结构所在侧相对的侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；每根所述转轴的一端连接一个凸台齿轮；

所述破袋驱动器和同步框相连接，通过所述破袋驱动器带动所述同步框上下移动；所述同步框加工有与所述转轴一一对应的开口；每个开口的一个竖直侧边上安装有直齿条；

所述转轴端部的凸台齿轮伸入同步框上与之对应的开口内，与开口内的直齿条啮合；当所述同步框上下移动时，直齿条上下移动，进而通过凸台齿轮带动所述转轴转动，从而驱动所述破袋板翻转。

作为本发明的一种优选方式：所述齿状结构为和破袋板的板面成设定角度的立齿。

作为本发明的一种优选方式：所述引导机构中的上翻辅助板以及一个以上所述破袋单元均由同一个破袋驱动单元驱动。所述破袋驱动单元包括：同步框、破袋驱动器、凸台齿轮和直齿条；

每个所述破袋板与齿状结构所在侧相对的侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；每个所述上翻辅助板的上侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；

每根所述转轴的一端连接一个凸台齿轮；

所述破袋驱动器和同步框相连接，通过所述破袋驱动器带动所述同步框上下移动；所述同步框加工有与所述转轴一一对应的开口；每个开口的一个竖直侧边上安装有直齿条；

所述转轴端部的凸台齿轮伸入同步框上与之对应的开口内，与开口内的直齿条啮合；当所述同步框上下移动时，直齿条上下移动，进而通过凸台齿轮带动所述转轴转动，从而驱动所述破袋板和所述上翻辅助板翻转。

此外，本发明提供一种物袋自动分离系统，无需人工挂袋，通过移动机械手将垃圾袋抓取到破袋机构上方，进而通过破袋机构划破塑料垃圾袋，实现垃圾和垃圾袋的可靠分离，该物袋自动分离系统适用场景多，使用简单，自动化程度。

所述物袋自动分离系统包括：机械手单元、水平移动单元、破袋机构、动力单元和控制单元；所述破袋机构为上述破袋机构；

所述机械手单元用于抓取投放在所述破袋机构中的袋子；

所述水平移动单元用于带动所述机械手单元在所述破袋机构上方水平移动；

所述破袋机构用于在所述机械手单元抓取袋子后，撕破袋子，使袋子中的物品掉落，将袋子和袋子内的物品分离；

所述动力单元为所述机械手单元、水平移动单元和所述破袋机构提供动力；

所述控制单元控制所述机械手单元、水平移动单元、破袋机构和动力单元的运行。

作为本发明的一种优选方式：当装有物品的袋子投放在所述破袋机构内后，所述控制单元启动所述水平移动单元，将所述机械手单元移动到所述破袋机构正上方；

然后所述控制单元控制所述机械手单元下移，抓取所述破袋机构中的垃圾袋并上移；同时所述控制单元控制所述破袋机构中的破袋单元反复翻转，划破并撕开所述袋子，使所述袋子内的物品掉落；

然后所述控制单元控制水平移动单元，将抓着空袋子的所述机械手单元从所述破袋机构正上方移开；所述控制单元控制所述机械手单元丢掉所述袋子，完成所述袋子和袋子内物品的分离。

作为本发明的一种优选方式：所述机械手单元包括：竖直移动部件、机械手驱动单元和机械手；

所述竖直移动部件通过上下伸缩带动所述机械手在竖直方向上移动；

所述机械手包括左手和右手，所述机械手驱动单元用于带动机械手张开和闭合，当所述机械手闭合时，其左手和右手的机械手掌相对，从而能够夹取投放在破袋机构中的袋子。

作为本发明的一种优选方式：所述机械手左手和右手的手掌上分布有两个以上钉状凸起，且左手和右手上的金属钉状凸起交错设置。

作为本发明的一种优选方式：所述机械手左手和右手的手掌上固定有缓冲垫，所述钉状凸起加工在所述缓冲垫上。

作为本发明的一种优选方式：所述水平移动单元包括：滑台、丝杠、电机和电机驱动器；所述机械手单元固定在滑台上，所述滑台与所述丝杠螺纹配合，形成丝杠螺母副，当所述丝杠转动时，滑台能够沿丝杠的轴线做直线运动；所述电机用于驱动丝杠转动。

作为本发明的一种优选方式：在所述水平移动单元中丝杠的一端设置有接近开关，用于校正所述机械手单元的零位。

作为本发明的一种优选方式：所述动力单元包括：动力源、动力源自动调节单元和储能装置；所述动力源工作后产生的能量暂存在所述储能装置内，当所述储能装置内能量超过设定上限值时，所述动力源自动调节单元使动力源停止工作；当所述储能装置内能量低于设定下限值时，动力源自动调节单元控制动力源启动，补充能量。

作为本发明的一种优选方式：所述动力单元还包括动力源过热保护单元，当所述动力源机体温度超过设定阈值时，所述动力源过热保护单元切断所述动力源的电源。

作为本发明的一种优选方式：采用两个收集桶分别收集袋子和袋子内的物品，所述破袋机构位于其中一个收集桶的投放口处；所述机械手单元在所述水平移动单元的带动下在两个所述收集桶的上方水平移动。

作为本发明的一种优选方式：还包括：自动开门单元；所述自动开门单元用于控制两个收集桶桶盖的打开或关闭；

投放袋子时，所述自动开门单元打开所述破袋机构对应的收集桶的桶盖；

在所述物袋自动分离系统处于工作状态时，所述自动开门单元关闭两个收集桶的桶盖。

作为本发明的一种优选方式：所述控制单元内有无线传输系统，用于将选定的所述物袋自动分离系统的运行参数实时传输到云端。

有益效果：

(1)本发明的破袋机构中，外框、上翻辅助板和破袋板构成的槽状结构有一定的坡度，确保盛装垃圾的塑料垃圾袋投放时，仅依靠自身重力的作用即可落在破袋板上；同时垃圾袋在机械手单元的抓取范围内，便于机械手抓取塑料袋。因此用户在投放时，无需改变垃圾投放的习惯，有利于垃圾分类政策的推行。

(2)破袋机构中，破袋驱动器带动同步框通过凸台齿轮和直齿条驱动上翻辅助板以及立齿破袋板上翻，立齿破袋板靠强大的爆破力划破垃圾袋，避免塑料垃圾袋拉伸过长，破袋不彻底；同时上翻辅助板向上翻转将垃圾袋向立齿破袋板的位置靠近并聚拢，以确保立齿破袋板可靠地破袋，最终垃圾袋内的垃圾从两个立齿破袋板中间掉落。立齿破袋板上的立齿在破袋前可轻微刺破垃圾袋，降低垃圾袋的机械强度，便于撕破垃圾袋；该破袋单元能有效地撕破垃圾袋，成功将垃圾和塑料垃圾袋分离。

(3)通过控制破袋驱动器带动上翻辅助板和立齿破袋板反复翻转，能够保证破袋的可靠性和彻底性，确保垃圾袋被划破。

(4)本发明的物袋自动分离系统无需考虑垃圾袋是否带提手，无需人工挂袋，无需考虑所投放垃圾袋的状态，通过机械手精准抓起垃圾袋，然后通过破袋单元可靠的撕破垃圾袋，并保证垃圾遗落到垃圾桶内，从而将垃圾和塑料垃圾袋可靠有效的分离；采用该物袋自动分离系统无需改变居民垃圾投放的习惯和方式，适用场景多，使用简单，且自动化程度，使用全程自动化操作，无需人工操作，省时省力。

(5)本发明物袋自动分离系统的机械手单元中，机械手的底座上固定有缓冲垫，内表面有若干个钉状凸起，机械手闭合时钉状凸起可增大与垃圾袋间的抓合力，缓冲垫可增大与垃圾袋间的摩擦力，保证牢靠地抓取垃圾袋；缓冲垫同时保证钉状凸起在机械手闭合抓取垃圾袋时，不被闭合时机械手掌间的相互拍打所损坏，从而保证机械手抓取垃圾袋的稳定性和可靠性；通过机械手单元抓取垃圾袋，无需用户手工挂袋，且对塑料袋是否具有提手无特殊要求，适用性广，抓取可靠。

(6)垃圾和垃圾袋分离后，机械手单元抓着塑料垃圾袋移动到水平移动单元的另一端，放开垃圾袋，并反复拍打机械手，确保塑料垃圾袋从机械手单元中分离，并遗落到下方垃圾桶中。

(7)设置自动开门单元，在破袋单元和机械手单元工作运行期间，关闭投放口，确保用户投放时的安全性。

(8)控制单元内有无线传输系统，可将系统运行的各项参数和状态实时传输到云端，便于远程监控和维护，降低用户的维护成本。

附图说明

图1为本发明的物袋自动分离系统的整体结构示意图；

图2为机械手和水平移动单元连接示意图；

图3为机械手单元结构示意图；

图4为破袋单元结构示意图

图5为破袋单元正面示意图；

图6为破袋单元背面示意图；

图7为动力单元示意图；

图8为该物袋自动分离系统应用场景图。

其中：1-机械手单元、2-水平移动单元、3-破袋机构、4-动力单元、5-自动开门单元、6-控制单元、7-滑台、8-丝杠、9-接近开关、10-步进电机、11-竖直移动部件、12-机械手气缸、13-机械手、14-底座、15-缓冲垫、16-钉状凸起、17-外框、18-上翻辅助板、19-立齿破袋板、20-同步框、21-转轴A、22-轴承、23-破袋驱动器、24-凸台齿轮、25-固定板、26-直齿条、27-立齿、28-动力源、29-动力源过热保护单元、30-动力源自动调节单元、31-储能装置、32-检测传感器、33-垃圾桶A、34-垃圾桶B

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更容易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

本实施例提供一种破袋机构，破袋机构3用于在机械手单元1抓取垃圾袋后，撕破垃圾袋，使垃圾袋中的垃圾掉落。

如图4-图6所示，破袋机构3为左右对称结构，包括：外框17、上翻辅助板18、立齿破袋板19、同步框20、转轴A21、转轴B、轴承22、破袋驱动器23、凸台齿轮24和直齿条26。其连接关系为：外框17、两个上翻辅助板18和两个立齿破袋板19构成的槽状结构有一定的坡度(坡度和大小可根据实际需求调整)，确保盛装物品的塑料袋投放时，仅依靠重力的作用即可最终落在两个立齿破袋板19上，便于机械手13抓取塑料袋。具体的：外框17为两端开口且上部开口大下部开口小的框架结构(外框17可以是圆台柱形或方台柱形)；两块上翻辅助板18和两块立齿破袋板19位于外框17内部，其中上翻辅助板18的一条长侧边固接有转轴A21，转轴A21的两端通过轴承22支撑在外框17上，转轴A21的一端与凸台齿轮A24相连，能够在凸台齿轮A24的带动下绕其自身轴线转动，从而带动上翻辅助板18绕转轴A21的轴线翻转；立齿破袋板19的一条长侧边固接有转轴B，另一条长侧边加工有和板面成一定角度(优选直立90°)的立齿27；转轴B的两端通过轴承22支撑在外框17上，转轴B的一端与凸台齿轮B相连，能够在凸台齿轮B的带动下绕其自身轴线转动，从而带动立齿破袋板19绕转轴B的轴线翻转。

两根转轴A21和两根转轴B均平行，初始时，两块立齿破袋板19水平且加工有立齿27的一端相对，两块上翻辅助板18一端固接转轴A21，另一端倾斜向下延伸至立齿破袋板19所在平面，由此两块立齿破袋板19和两块上翻辅助板18在外框17内部形成槽状结构，用于接投放的装有垃圾的垃圾袋。

如图6所示，同步框20加工有四个矩形开口，分别与两根转轴A21和两根转轴B对应，每个矩形开口的一个竖直侧边上安装有直齿条26；转轴A21连接有凸台齿轮A24的一端和转轴B连接有凸台齿轮B的一端伸出外框17后伸入同步框20上与之对应的矩形开口内，凸台齿轮A24和凸台齿轮B与矩形开口内的直齿条26啮合；破袋驱动器23通过固定板25和同步框20相连接，破袋驱动器23能够在控制单元6的控制下带动同步框20上下移动，当同步框20上下移动时，直齿条26上下移动，进而通过凸台齿轮A24带动转轴A21转动，通过凸台齿轮B带动转轴B转动，从而驱动两个立齿破袋板19上翻划破并撕开垃圾袋，使垃圾袋内的物品从两个立齿破袋板19中间落下去；上翻辅助板18向上翻转用于将塑料垃圾袋向位于中间的立齿破袋板19靠近并聚拢，以确保立齿破袋板19可靠地破袋。

为保证破袋的可靠性和彻底性，控制单元6控制破袋驱动器23带动上翻辅助板18和立齿破袋板19反复向上翻转，确保垃圾袋被划破，划破垃圾袋内垃圾遗落到破袋机构3下方的垃圾收集桶中。破袋驱动器23可选电动或者气动驱动方式，优先选择方案是气缸驱动。

上述方案中，立齿破袋板19上立齿的排数、每排数量和排列方式，对板间咬合的角度等可根据实际需求调整。立齿破袋板19和板面的角度(可根据需求进行调整。同步框20可以选择非封闭的样式，凸台齿轮24大小、齿间距、直齿条26齿间距都可根据实际设计需求进行调整。上翻辅助板18上翻的角度以及与齿破袋板19的是否同步，以及同步性都可根据实际需求调整(即上翻辅助板18和立齿破袋板19可以同步转动，也可分别控制，使其非同步转动)。

实施例2：

本实施例提供一种用于垃圾和垃圾袋分离的物袋自动分离系统，能够实现垃圾和垃圾袋的可靠分离，无需改变居民垃圾投放的习惯和方式，适用场景多，使用简单，自动化程度。

如图1和图2所示，该物袋自动分离系统包括：机械手单元1、水平移动单元2、破袋机构3、动力单元4和控制单元6；其中破袋机构3采用上述实施例1所述的破袋机构，用于在机械手单元1抓取垃圾袋后，撕破垃圾袋，使垃圾袋中的垃圾掉落。

机械手单元1通过固定螺钉和水平移动单元2中的滑台7相连，由此当滑台7水平滑动时，能够带动机械手单元1水平滑动；破袋机构3用于在机械手单元1抓取投放的垃圾袋后，撕破垃圾袋，使垃圾袋中的垃圾掉落；动力单元4为机械手单元1和破袋机构3提供动力(动力单元4通过气管或者电线和机械手单元1以及破袋机构3相连接)；水平移动单元2中驱动电机10的电源线、信号线以及接近开关9的信号线和控制单元6相连接；动力单元4通过信号线和控制单元6相连接，整个系统的运行受控于控制单元6。

如图2所示，机械手单元1用于抓取投放在破袋机构3中的垃圾袋，包括：竖直移动部件11、机械手气缸12和机械手13；其中竖直移动部件11通过上下伸缩实现机械手13在竖直方向的移动，竖直移动部件11由动力单元4驱动，以带动竖直移动部件11上下伸缩。动力单元4通过设置有电磁阀的气管与机械手气缸12相连，机械手气缸12用于带动机械手13的张开和闭合；由此控制单元6通过控制电磁阀的开合控制机械手13的张开和闭合，机械手13包括左手和右手，当机械手13张开时，左手和右手的机械手掌(即底座14)向下(如图3所示)；当机械手13闭合时，左手和右手的机械手掌(即底座14)向内翻转90°呈相对状态(如图2所示)，从而能够抓取所要撕破的垃圾袋。

如图3所示，机械手13的底座14上固定有缓冲垫15，缓冲垫15的底面上分布有若干个金属钉状凸起16。机械手13闭合时，两个缓冲垫15设置有金属钉状凸起16的一侧相对，通过金属钉状凸起16将垃圾袋刺破，增大与垃圾袋间的抓合力，从而保证机械手13抓取垃圾袋的稳定性和可靠性。机械手13左手和右手上的金属钉状凸起16交错设置，避免机械手13的左手和右手相互拍打时两边的金属钉状凸起16撞击损坏；而缓冲垫15能够保证机械手13的左手和右手相互拍打时，金属钉状凸起16不会撞击到机械手13上而损坏；同时缓冲垫15能够增大与垃圾袋间的摩擦力，保证牢靠地抓取垃圾袋。

机械手单元1中，机械手13的自由度和手指数可根据实际应用需求调整，机械手单元1的驱动方式可以选择气动或者电动，竖直移动部件11可以选择气动或者电动，竖直移动部件11的移动行程可根据实际场景确定以保证机械手13能抓住丢进破袋机构3内的垃圾袋。缓冲垫15材质可以为橡胶或其他材质，厚度也可根据实际情况调整；机械手13手掌表面钉状凸起16的尖尖锐度、数量和排列方式可根据实际情况调整，足以可靠抓取塑料垃圾袋即可；机械手13的长度和宽度可以根据实际情况调整，其抓取范围覆盖物品可能落在破袋机构3的所有区域即可。

水平移动单元2用于带动机械手单元1在破袋机构3上方水平移动，从而在投放垃圾袋后，移动至破袋机构3正上方抓取垃圾袋；并在垃圾袋和垃圾分离后，带动机械手单元1水平移动至塑料袋收集桶上方。水平移动单元2可选择电动滚轴丝杠滑台或电动同步带滑台或气动滑台。

如图2所示，水平移动单元2采用电动滚轴丝杠滑台，包括：滑台7、丝杠8、接近开关9、步进电机10(优先选用闭环步进电机)和电机驱动器(含编码器)。水平移动单元2水平放置，机械手单元1固定在滑台7上。滑台7与丝杠8螺纹配合，形成丝杠螺母副，由此当丝杠8转动时，滑台7能够沿丝杠8的轴线做直线运动，步进电机10用于驱动丝杠8转动；由此步进电机10转动时带动机械手单元1在水平移动单元2上沿丝杠8的轴线移动，实现机械手单元1的水平移动。电机驱动器受控于控制单元6，即控制单元6通过电机驱动器控制步进电机10按设定转速转动设定圈数。假设丝杠8螺纹间距为M毫米，电机驱动器细分单元为N_Pulse/r(脉冲数/圈)，控制单元6通过电机驱动器，按照一定的频率f发送一定数量T的脉冲数，控制步进电机的转动速度和圈数，从而实现对机械手单元1速度的控制和位置的精确移动。其中机械手单元1水平移动的速度V为：

V＝(f/N)*M mm/s (1)

机械手单元1水平移动的距离S为：

S＝(T/N)*M mm； (2)

在水平移动单元2中丝杠8的一端(优选为步进电机10的相对端)设置有接近开关9，用于校正机械手单元1的零点位置。控制单元6初始启动或者系统复位时，滑台7首先沿丝杠8移动到放置接近开关9所在侧，滑台7靠近接近开关9时，触发控制单元6的中断处理单元，然后控制单元6以此为基准，将机械手单元1移动到待机的零点位置，实现机械手单元1位置的复位归零。机械手单元1待机状态下位于水平移动单元2的中间位置，启动时可保证快速到达破袋机构3上方，完成垃圾袋和垃圾的分离后，再次移动到水平移动单元2的中间位置，进入待机状态。

由此实现通过水平移动单元2带动机械手单元1水平移动；通过接近开关9校正机械手的零点位置；通过控制步进电机10的转向、转速和运动圈数来控制机械手单元1移动的方向、速度和距离。

水平移动单元2中，滑台7的行程、丝杠8的螺纹间距、步进电机10速度等可根据实际需求更换；机械手单元1的复位位置、初初始状态和位置可根据实际需求调整；接近开关9可选择机械式，磁式、光电式等实现同等功能的接近开关。

动力单元4可选择气动源或电动源，动力单元4具备过热保护报警功能且过热保护温度可调整。具体的，如图7所示，动力单元4包括：动力源28、动力源过热保护单元29、动力源自动调节单元30、储能装置31和检测传感器32。其中动力源28提供足够大的动力(因此动力源优选为气动源)，驱动破袋机构3瞬间撕裂塑料袋，防止塑料袋拉扯，无法完全破袋。动力源28上电后自动开始工作，过热(动力源28机体温度超过设定阈值)时动力源过热保护单元29切断电源，防止动力源28机体温度过高。动力源28产生的能量(如压缩气体)暂存在储能装置31内，当储能装置31内能量超过设定上限值时(如储能装置31中的气压超过设定上限值时)，动力源自动调节单元30使动力源28停止工作，当储能装置31内能量低于设定下限值时(如储能装置31中的气压低于设定下限值时)，动力源自动调节单元30控制动力源28启动，补充能量。

检测传感器32实时检测动力源28和储能装置31的运行状态(如温度、气压、电流、电压等)，并传输给控制单元6。

控制单元6控制该物袋自动分离系统的运行，如图8所示，使用时，将该物袋自动分离系统安装在两个垃圾桶上方，两个垃圾桶分别为用于收集厨余垃圾的垃圾桶A33和用于收集其他垃圾的垃圾桶B34；其中破袋机构3位于垃圾桶A33的投放口处，水平移动单元2位于两个垃圾桶上方，能够带动机械手单元1在两个垃圾桶上方水平移动。当盛装垃圾的塑料垃圾袋被丢在破袋机构3内后，控制单元6启动水平移动单元2，从而控制机械手单元1从水平移动单元2的中间位置移动到破袋机构3正上方；然后控制机械手单元1下移，抓取破袋机构3中的垃圾袋并上移；控制单元6启动破袋驱动器23，从而控制破袋机构3的上翻辅助板18和立齿破袋板19反复翻转，依靠强大的爆破力瞬间划破塑料垃圾袋，塑料垃圾袋内物品遗落到破袋机构3下方的垃圾桶A33中；然后控制单元6控制水平移动单元2，带动抓着空塑料垃圾袋的机械手单元1移动到水平移动单元2的另一端，即垃圾桶B34的上方，放开塑料垃圾袋，并控制机械手13反复拍打，确保塑料垃圾袋从机械手单元1中分离，并遗落到下方的垃圾桶B34中。最后控制单元6控制机械手单元1移动至初始位置(即水平移动单元2的中间位置)处于待机状态，从而完成塑料垃圾袋和袋内物品的分离。

控制单元6控制该物袋分离系统运行的流程可根据实际需求进行调整，机械手单元1的初始位置、破袋机构3反复翻转抖动的次数、机械手单元1在水平移动单元2上移动的速度、机械手单元放开塑料袋时机械手13拍打的次数和力度可根据实际需求调整。

实施例3：

在上述实施例2的基础上，为保证该物袋自动分离系统运行时，投放人员的安全，进一步设置有自动开门单元5，自动开门单元5固定在水平移动单元2上，通过信号线与控制单元6相连接；自动开门单元5能够在控制单元6的控制下打开或关闭垃圾桶A33和垃圾桶B34的桶盖，投放垃圾袋时，控制单元6控制自动开门单元5打开垃圾桶A33的桶盖，塑料垃圾袋被丢在破袋机构3内，然后控制单元6控制自动开门单元5关闭，控制机械手单元1、水平移动单元2以及破袋机构3开始工作，完成垃圾和垃圾袋的分离。

自动开门单元5可选择连杆式、推杆式、滑轮式、电磁吸附式等。

实施例4：

在上述实施2或实施例3的基础上，控制单元6内有无线传输系统，能够将系统运行的各项参数和状态实时传输到云端，便于远程监控和维护。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (35)

1.一种破袋机构，其特征在于，包括：外框(17)、支撑在所述外框(17)上的破袋驱动单元和位于所述外框(17)内部的一个以上破袋单元；

所述外框(17)具有贯通顶部和底部的开口；

每个所述破袋单元包括两个相对设置的破袋板(19)，且两个所述破袋板(19)相对的侧边加工有用于破袋的齿状结构；当具有两个以上所述破袋单元时，两个以上所述破袋单元上下层叠设置；

所述破袋驱动单元用于驱动所述破袋板(19)齿状结构所在侧翻转，使所述破袋板(19)齿状结构所在侧上翻划破并撕开投放在所述破袋单元上的装有物品的袋子；

还包括：用于将投放的装有物品的袋子引导至所述破袋单元中两个破袋板(19)齿状结构所在侧的引导机构；

所述引导机构位于所述外框(17)内部所述破袋单元的上方；

所述引导机构包括两个相对设置的上翻辅助板(18)；所述上翻辅助板(18)两相对侧边中，一侧边位于所述破袋单元上方，另一侧向下向内延伸至所述破袋单元中位于最上层的两个破袋板(19)所在平面，由此两个上翻辅助板(18)和最上层的两个破袋板(19)在外框(17)内部形成槽状结构，用于接投放的装有物品的袋子；

通过所述上翻辅助板(18)下侧边的翻转将所述袋子引导至所述破袋板(19)齿状结构所在侧。

2.如权利要求1所述的破袋机构，其特征在于，每个破袋单元对应一个破袋驱动单元。

3.如权利要求1所述的破袋机构，其特征在于，一个以上所述破袋单元由同一个破袋驱动单元同步驱动。

4.如权利要求3所述的破袋机构，其特征在于，所述破袋驱动单元包括：同步框(20)、破袋驱动器(23)、凸台齿轮和直齿条；

每个所述破袋板(19)与齿状结构所在侧相对的侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；每根所述转轴的一端连接一个凸台齿轮；

所述破袋驱动器(23)和同步框(20)相连接，通过所述破袋驱动器(23)带动所述同步框(20)上下移动；所述同步框(20)加工有与所述转轴一一对应的开口；每个开口的一个竖直侧边上安装有直齿条；

所述转轴端部的凸台齿轮伸入同步框(20)上与之对应的开口内，与开口内的直齿条啮合；当所述同步框(20)上下移动时，直齿条上下移动，进而通过凸台齿轮带动所述转轴转动，从而驱动所述破袋板翻转。

5.如权利要求1或4所述的破袋机构，其特征在于，所述齿状结构为和破袋板(19)的板面成设定角度的立齿(27)。

6.如权利要求2所述的破袋机构，其特征在于，所述齿状结构为和破袋板(19)的板面成设定角度的立齿(27)。

7.如权利要求3所述的破袋机构，其特征在于，所述齿状结构为和破袋板(19)的板面成设定角度的立齿(27)。

8.如权利要求1所述的破袋机构，其特征在于，所述引导机构中的上翻辅助板(18)以及一个以上所述破袋单元均由同一个破袋驱动单元驱动。

9.如权利要求8所述的破袋机构，其特征在于，所述破袋驱动单元包括：同步框(20)、破袋驱动器(23)、凸台齿轮和直齿条；

每个所述破袋板(19)与齿状结构所在侧相对的侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；每个所述上翻辅助板(18)的上侧边通过一根转轴与所述破袋驱动单元相连；

每根所述转轴的一端连接一个凸台齿轮；

所述破袋驱动器(23)和同步框(20)相连接，通过所述破袋驱动器(23)带动所述同步框(20)上下移动；所述同步框(20)加工有与所述转轴一一对应的开口；每个开口的一个竖直侧边上安装有直齿条；

所述转轴端部的凸台齿轮伸入同步框(20)上与之对应的开口内，与开口内的直齿条啮合；当所述同步框(20)上下移动时，直齿条上下移动，进而通过凸台齿轮(24)带动所述转轴转动，从而驱动所述破袋板(19)和所述上翻辅助板(18)翻转。

10.如权利要求8或9所述的破袋机构，其特征在于，所述齿状结构为和破袋板(19)的板面成设定角度的立齿(27)。

11.一种物袋自动分离系统，其特征在于，包括：机械手单元(1)、水平移动单元(2)、破袋机构(3)、动力单元(4)和控制单元(6)；所述破袋机构为上述权利要求1-10任一项所述的破袋机构；

所述机械手单元(1)用于抓取投放在所述破袋机构(3)中的袋子；

所述水平移动单元(2)用于带动所述机械手单元(1)在所述破袋机构(3)上方水平移动；

所述破袋机构(3)用于在所述机械手单元(1)抓取袋子后，撕破袋子，使袋子中的物品掉落，将袋子和袋子内的物品分离；

所述动力单元(4)为所述机械手单元(1)、水平移动单元(2)和所述破袋机构(3)提供动力；

所述控制单元(6)控制所述机械手单元(1)、水平移动单元(2)、破袋机构(3)和动力单元(4)的运行。

12.如权利要求11所述的物袋自动分离系统，其特征在于，当装有物品的袋子投放在所述破袋机构(3)内后，所述控制单元(6)启动所述水平移动单元(2)，将所述机械手单元(1)移动到所述破袋机构(3)正上方；

然后所述控制单元(6)控制所述机械手单元(1)下移，抓取所述破袋机构(3)中的垃圾袋并上移；同时所述控制单元(6)控制所述破袋机构(3)中的破袋单元反复翻转，划破并撕开所述袋子，使所述袋子内的物品掉落；

然后所述控制单元(6)控制水平移动单元(2)，将抓着空袋子的所述机械手单元(1)从所述破袋机构(3)正上方移开；所述控制单元(6)控制所述机械手单元(1)丢掉所述袋子，完成所述袋子和袋子内物品的分离。

13.如权利要求11或12所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述机械手单元(1)包括：竖直移动部件(11)、机械手驱动单元和机械手(13)；

所述竖直移动部件(11)通过上下伸缩带动所述机械手(13)在竖直方向上移动；

所述机械手(13)包括左手和右手，所述机械手驱动单元用于带动机械手(13)张开和闭合，当所述机械手(13)闭合时，其左手和右手的机械手掌相对，从而能够夹取投放在破袋机构(3)中的袋子。

14.如权利要求13所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述机械手(13)左手和右手的手掌上分布有两个以上钉状凸起(16)，且左手和右手上的金属钉状凸起(16)交错设置。

15.如权利要求14所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述机械手(13)左手和右手的手掌上固定有缓冲垫(15)，所述钉状凸起(16)加工在所述缓冲垫(15)上。

16.如权利要求11或12所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述水平移动单元(2)包括：滑台(7)、丝杠(8)、电机(10)和电机驱动器；所述机械手单元(1)固定在滑台(7)上，所述滑台(7)与所述丝杠(8)螺纹配合，形成丝杠螺母副，当所述丝杠(8)转动时，滑台(7)能够沿丝杠(8)的轴线做直线运动；所述电机(10)用于驱动丝杠(8)转动。

17.如权利要求13所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述水平移动单元(2)包括：滑台(7)、丝杠(8)、电机(10)和电机驱动器；所述机械手单元(1)固定在滑台(7)上，所述滑台(7)与所述丝杠(8)螺纹配合，形成丝杠螺母副，当所述丝杠(8)转动时，滑台(7)能够沿丝杠(8)的轴线做直线运动；所述电机(10)用于驱动丝杠(8)转动。

18.如权利要求17所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述机械手(13)左手和右手的手掌上分布有两个以上钉状凸起(16)，且左手和右手上的金属钉状凸起(16)交错设置。

19.如权利要求18所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述机械手(13)左手和右手的手掌上固定有缓冲垫(15)，所述钉状凸起(16)加工在所述缓冲垫(15)上。

20.如权利要求16所述的物袋自动分离系统，其特征在于，在所述水平移动单元(2)中丝杠(8)的一端设置有接近开关(9)，用于校正所述机械手单元(1)的零位。

21.如权利要求17或18或19或20所述的物袋自动分离系统，其特征在于，在所述水平移动单元(2)中丝杠(8)的一端设置有接近开关(9)，用于校正所述机械手单元(1)的零位。

22.如权利要求11或12所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)包括：动力源(28)、动力源自动调节单元(30)和储能装置(31)；所述动力源(28)工作后产生的能量暂存在所述储能装置(31)内，当所述储能装置(31)内能量超过设定上限值时，所述动力源自动调节单元(30)使动力源(28)停止工作；当所述储能装置(31)内能量低于设定下限值时，动力源自动调节单元(30)控制动力源(28)启动，补充能量。

23.如权利要求22所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)还包括动力源过热保护单元(29)，当所述动力源(28)机体温度超过设定阈值时，所述动力源过热保护单元(29)切断所述动力源(28)的电源。

24.如权利要求13所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)包括：动力源(28)、动力源自动调节单元(30)和储能装置(31)；所述动力源(28)工作后产生的能量暂存在所述储能装置(31)内，当所述储能装置(31)内能量超过设定上限值时，所述动力源自动调节单元(30)使动力源(28)停止工作；当所述储能装置(31)内能量低于设定下限值时，动力源自动调节单元(30)控制动力源(28)启动，补充能量。

25.如权利要求16所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)包括：动力源(28)、动力源自动调节单元(30)和储能装置(31)；所述动力源(28)工作后产生的能量暂存在所述储能装置(31)内，当所述储能装置(31)内能量超过设定上限值时，所述动力源自动调节单元(30)使动力源(28)停止工作；当所述储能装置(31)内能量低于设定下限值时，动力源自动调节单元(30)控制动力源(28)启动，补充能量。

26.如权利要求14或15或18或19或20所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)包括：动力源(28)、动力源自动调节单元(30)和储能装置(31)；所述动力源(28)工作后产生的能量暂存在所述储能装置(31)内，当所述储能装置(31)内能量超过设定上限值时，所述动力源自动调节单元(30)使动力源(28)停止工作；当所述储能装置(31)内能量低于设定下限值时，动力源自动调节单元(30)控制动力源(28)启动，补充能量。

27.如权利要求24或25所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)还包括动力源过热保护单元(29)，当所述动力源(28)机体温度超过设定阈值时，所述动力源过热保护单元(29)切断所述动力源(28)的电源。

28.如权利要求26所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述动力单元(4)还包括动力源过热保护单元(29)，当所述动力源(28)机体温度超过设定阈值时，所述动力源过热保护单元(29)切断所述动力源(28)的电源。

29.如权利要求11或12所述的物袋自动分离系统，其特征在于，采用两个收集桶分别收集袋子和袋子内的物品，所述破袋机构(3)位于其中一个收集桶的投放口处；所述机械手单元(1)在所述水平移动单元(2)的带动下在两个所述收集桶的上方水平移动。

30.如权利要求13所述的物袋自动分离系统，其特征在于，采用两个收集桶分别收集袋子和袋子内的物品，所述破袋机构(3)位于其中一个收集桶的投放口处；所述机械手单元(1)在所述水平移动单元(2)的带动下在两个所述收集桶的上方水平移动。

31.如权利要求16所述的物袋自动分离系统，其特征在于，采用两个收集桶分别收集袋子和袋子内的物品，所述破袋机构(3)位于其中一个收集桶的投放口处；所述机械手单元(1)在所述水平移动单元(2)的带动下在两个所述收集桶的上方水平移动。

32.如权利要求22所述的物袋自动分离系统，其特征在于，采用两个收集桶分别收集袋子和袋子内的物品，所述破袋机构(3)位于其中一个收集桶的投放口处；所述机械手单元(1)在所述水平移动单元(2)的带动下在两个所述收集桶的上方水平移动。

33.如权利要求29所述的物袋自动分离系统，其特征在于，还包括：自动开门单元(5)；所述自动开门单元(5)用于控制两个收集桶桶盖的打开或关闭；

投放袋子时，所述自动开门单元(5)打开所述破袋机构(3)对应的收集桶的桶盖；

在所述物袋自动分离系统处于工作状态时，所述自动开门单元(5)关闭两个收集桶的桶盖。

34.如权利要求30或31或32所述的物袋自动分离系统，其特征在于，还包括：自动开门单元(5)；所述自动开门单元(5)用于控制两个收集桶桶盖的打开或关闭；

投放袋子时，所述自动开门单元(5)打开所述破袋机构(3)对应的收集桶的桶盖；

在所述物袋自动分离系统处于工作状态时，所述自动开门单元(5)关闭两个收集桶的桶盖。

35.如权利要求11或12所述的物袋自动分离系统，其特征在于，所述控制单元(6)内有无线传输系统，用于将选定的所述物袋自动分离系统的运行参数实时传输到云端。

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