CN113023010A - 一种气动拍袋式自动拆包上料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动拍袋式自动拆包上料方法，将料包搬运至传送带上；再倾斜向下地将料袋送至竖直放置的切包仓，并在切包仓底部和两侧分别设置供穿行的间隔；待料袋到达切包仓，采用切割机构对料袋进行切割拆包；切割完后，水平弹出叉针，使叉针头部穿透料袋后与对侧的叉针配体卡合以对料袋进行穿挂和限位；通过叉针上可控气流气孔向料袋内喷射脉冲气流，同时还通过无动力拍杆在外侧对鼓胀波动的料袋进行被动拍打，排出残料；通过集料送料机构来收集卸下的物料，并进行输送，以实现自动上料。本发明实现了自动拆包上料，通过脉冲气吹和拍杆被动挤压对料袋进行鼓振和拍打，多向牵引料袋壁使得残留在袋内褶皱小窝处的物料被清出，提高了上料效率。

Description

一种气动拍袋式自动拆包上料方法

技术领域

本发明涉及工业生产中的自动投料领域，具体涉及一种气动拍袋式自动拆包上料方法。

背景技术

塑料如双向拉伸薄膜BOPP等的生产主要原料为高分子颗粒PP料，用编织袋包装搬运。目前国内对颗粒料等物料的投料大多数仍然由人工完成，人工投料存在着很多弊端。首先，人工投料严重降低了工艺流程的自动化程度，人工拆包劳动强度大易疲劳，从而造成投料速度不稳定，容易出现人工速度跟不上配套设备的问题；其次，物料袋投切是一个繁重乏味的体力劳动，人工难以高效平稳地进行全天候投料。因此，塑料薄膜生产行业急需一类实用、快速、高效的自动投料装置来代替人工投料工作，以提高产品生产效率和竞争力，同时降低人力资源消耗。

编织袋广泛应用于高分子料、大米、面粉、水泥、化肥及其他产品的外包装，在工业生产中用量很大。对于颗粒料袋，意大利研发出用于高分子颗粒原料袋的自动投切系统，采用机械手将料袋搬运至一个特制的刀盘破袋器上方，然后将料袋放下，料袋下落到刀盘上并被破袋、落料，此系统容易使编织袋碎裂，造成编织袋碎屑污染原料的问题。类似的，国内一些自动拆包装置也有这种问题，如中国专利CN 2015103809614和专利CN2013102767140，均使用锯片对袋子进行破坏性拆包，容易产生包装袋碎屑。

中国专利CN2015108873053对此问题进行了改进，在破袋时不会产生袋子碎屑随物料落入料池的问题，但其仍然存在料袋料袋中物料下落不完全、容易在料袋料袋的褶皱边角处残留余料的问题。相比之下，在人工投包的工程中，工人需要在将颗粒料从料袋料袋中倒出后再用力抖几下，从而将料袋料袋中的残料抖落干净，最大限度的避免了原料的浪费。而中国专利2016110411381利用磁针作为卸料工具，通过磁针上下运动使得料包抖动来帮助残料的排出，中国专利2017100372440通过从外部对料包进行振动拍打来帮助排料，测试中发现这些装置或方法中产生的抖动，对于方砖形料包作用较好，但对普通非立体成形的料包其力度与效果不够好，由于褶皱多，仍容易在部分角落特别是层叠之处余留残料，因此需要拆包上料的新方法。

由此可见，现有技术中的自动化的拆包上料装置往往会产生包装袋碎屑，容易混入物料中，且物料下落不全造成残留余料浪费的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气动拍袋式自动拆包上料方法，能够对原料料袋进行自动搬运、切开、落料和上料，且能在卸料时将料袋完全清空，避免余料的残留，最后还能对料袋进行回收和收集。

本发明的技术方案是，提供一种气动拍袋式自动拆包上料方法，包括以下步骤：

用搬包机将料包搬运至传送带上；

采用传送带倾斜向下地传送料袋至竖直放置的切包仓，并在所述传送带末端一侧设置第一料袋传感器，在所述切包仓底部和两侧分别设置供切割穿行的间隔和供叉针穿过的缺口；

触发于所述第一料袋传感器对料袋的检测，采用切割机构对料袋进行切割拆包；

待切割完成后，水平弹出叉针，使所述叉针头部穿透料袋后与对侧的叉针配体卡合以对料袋进行穿挂和限位；

通过所述叉针上连接到可控压缩气流的气孔向料袋内喷射脉冲气流，同时还通过无动力拍杆在外侧对鼓胀波动的料袋进行被动拍打，排出残料；

通过集料送料机构来收集完成卸料后的物料，并进行输送，以实现自动上料。

作为优选，所述搬包机为多轴机器人或直角坐标机器人，所述多轴机器人或直角坐标机器人的末端执行器为真空吸盘；

所述搬包机搬运的料包位于一个料包架上，所述料包架有一个可升降底座，每搬一包后，控制底座升高一格；

所述集料送料机构包括集料器、送料机构；所述集料器为一倒锥形容器，在落料口有一层筛网，所述筛网的网孔直径为颗粒料直径的3～7倍；所述送料机构包括下料管、料泵和上输料管。

作为优选，所述气孔中气流的脉冲式供气以PWM方式调制其气流强度，PWM脉冲的周期选定后，改变其脉冲宽度：

其中，k为强度系数，α和Φ分别为预设波动系数和预初始相位，ξ为扰动系数，rand()为(0,1)区间的随机函数。

作为优选，所述传送带包括依次相连的第一传送带、第二传送带、滑道，所述第一传送带表面与水平方向平行，所述滑道末端与垂直平面平行，

所述滑道位于所述切包仓上方且两者之间有供叉针配体穿过的间隙，所述滑道侧面末端设置所述第一料袋传感器。

作为优选，所述叉针采用永磁体且包括叉针头、叉针体和横档，其初始状态下缩置于叉针出射机构中，并在料袋切割出料后由叉针出射机构将其射出，从切包仓的侧面缺口穿透料包后与磁性叉针配体吸合，

所述叉针头又包括锥形开刃的针尖和与针体相接的斜楔部，针尖的底部比柱体形针体略小，斜楔部为锥台形过渡体，用于承受叉针配体的磁吸力；所述叉针尾部设有两侧凸出针体的横档，所述横档与所述叉针配体一起在料袋外壁两侧对料袋进行限位，

所述叉针出射机构通过运动底座沿轨道支架周期性地环形移动，所述切包仓支撑于副支架之上。

作为优选，在所述叉针表面，对料袋的每个缝合口至少相对而设一个气孔，所述气孔连接到可控压缩空气通道；所述叉针配体可由第一叉针配体仓弹出。

作为优选，通过拍袋机构对料袋进行被动拍打，

所述拍袋机构包括安装于副支架上且由下往上依次分布的第二料袋传感器、第一拍架、第三料袋传感器和第二拍架，

所述第一拍架和第二拍架均包括依次相连的第一转轴、支臂、第二转轴和多根并列的所述拍杆，所述支臂通过第一转轴旋转可使得末端的拍杆往两边收回到副支架位置或去往中间以夹持料袋，

所述拍杆通过第二转轴旋转可使得多根拍杆均竖直布置或在水平方向上夹持料袋，且所述拍杆长度近似等于料袋的长度。

作为优选，所述叉针出射机构包括：

第一电磁体，其通过第一电磁线圈的供电控制来产生电磁力；第一弹簧，其两端分别与出射底座及接挂针的底部相连接。

作为优选，初始状态下，所述第一弹簧为自由状态，挂针下部缩置于第一电磁体围成的容置腔底部；当弹出所述叉针时，第一电磁线圈得电，第一电磁体产生的磁力将叉针从其容置腔底部往外推送，叉针头部穿透料袋，直至该磁力与第一弹簧的回弹力平衡。

作为优选，所述割袋机构包括刀架轨道、滑块、刀架支臂、刀架转轴和切刀，切刀通过刀架支臂、刀架转轴随滑块沿刀架轨道直线移动；

所述切包仓包括左框、右框及两个分别位于他们下方的底框，所述左框和右框上均有两个供叉针通过的缺口，而两个底框之间则有供切刀穿行的间隔，所述底框表面为靠近左框或右框的一侧比靠近间隔一侧高的锯齿形斜面且表面布有通孔。

作为优选，还通过收袋机构将废料袋回收；所述收袋机构包括依次相连的第一滚架、滚筒传送带和第二滚架，以及侧壁、底座、升降杆、平台和计数器，所述侧壁与底座成直角分布，所述计数器位于第二滚架中部，所述第一滚架和第二滚架均包括框架和多条嵌在框架上串有可自由滚动滚环的支架，所述平台上有环形侧向输送带，在所述滚筒传送带一侧与叉针配体回收机构相对处设有第四料袋传感器。

作为优选，还通过叉针配体回收机构将叉针配体回收；所述叉针配体回收机构包括叉针配体回收机械手和第二叉针配体仓，所述叉针配体回收机械手又包括底座、机械手支臂、机械手转轴和抓手，所述抓手上有电磁体。

本发明的工作原理是：

一种气动拍袋式自动拆包上料方法，先通过搬包机将料袋堆中的料袋逐次搬送到卸料机构，在卸料机构中进行完全的料袋分离，颗粒料下落到集料器中，再通过送料机构输送给生产设备，而废的包装袋则由收袋机构回收收集。

塑料薄膜生产用原料，一般通过托盘转运，叉车将整托盘料堆送至预定位置后，搬包机使用末端的真空吸盘将料袋抓起，转移到卸料机构中水平放置的第一传送带，料袋横向放置，其宽度方向与传送带运行方向相同。之后，经第二传送带过渡，将料袋转运至滑道。滑道呈弧形，其末端与水平面垂直。料袋从滑道下落至其下方的切包仓且宽度方向竖直朝上，位于滑道末端的第一料袋传感器将信号反馈给控制器，控制器控制割袋机构动作。

割袋机构中的切刀经切包仓底框间的间隔先对准料袋底侧边的中央，然后通过刀架支臂、刀架转轴随滑块沿刀架轨道直线移动，将料袋从底侧边在长度方向上划开，由于料袋处于竖直方位，物料在重力作用下逐渐从料袋中下落。切包仓底框为斜面组合体且布有通孔，不会积料。

之后，叉针出射机构将缩于机构内的一对叉针平行往外弹射，锥形叉针头经切包仓左框缺口从料袋上部距袋边1/7～1/5袋宽处穿透料袋后，再经切包仓右框缺口与同时从第一叉针配体仓中移出的叉针配体相连接。在叉针配体及叉针上横档的固定下，料袋被限制住并可随叉针一起移动。

虽然大部分物料可以自然地从料袋中流出，但由于料袋非光滑且有褶皱和边角，特别是缝合的扁平编制袋总会在袋壁的角落中余留有一些残料。为此，之后控制器继续命令叉针出射机构在运动底座的牵引下带动料袋往上移动并在拍袋机构的配合下进行气动抖袋、拍袋以除去残料。

复位状态下，第一拍架和第二拍架都紧靠在副支架旁且它们末端的拍杆处于垂直方位。当料袋上移触发第二料袋传感器时，叉针刚好通过第一拍架上拍杆的位置，控制器控制第一拍架分别旋转其第一转轴与第二转轴，使其末端拍杆转至水平方位且支臂朝中靠拢，从而第一拍架从两侧将料袋下端夹持。与此同时，控制器控制与叉针气孔相连的压缩空气通道，以间断式向叉针气孔输送高压气体。高压气体将空料袋鼓起，将其褶皱边角处的物料在料袋壁波动下被振动、吹出；又料袋在逐步上移时由于高压气体对料袋袋壁的间断式冲击其下端被几根拍杆间断地高速拍打，使得料袋壁快速波动从而改变料袋中褶皱小窝的形状，从而改变残料的受力方向，并在气流的直接冲击下加快残余物料的下落与排出。在第三料袋传感器的传感辅助下，第二拍架再次对料袋进行拍振，料袋中的残料被快速排空。

叉针出射机构继续前行至上端的副轨道时，被排空的废袋随其转到位于副轨道上方的第一滚架上，由第一滚架将废袋托起。当废袋前行触发第四料袋传感器时，控制器控制叉针配体回收机构将叉针配体回收：

叉针配体回收机械手旋转机械手转轴，摆动机械手支臂，使抓手对准叉针配体，抓手中的操作部将叉针夹持并将其转移回收，如可通过电磁体上电得磁将磁性叉针配体从叉针上吸离或通过夹持部将二者分离；同时，叉针出射机构将叉针抽回缩入内部；叉针配体回收机械手再旋转底座上的主臂，使抓手对准第二叉针配体仓，抓手中电磁体去磁将叉针配体放入第二叉针配体仓。

叉针配体回收后，废袋随滚筒传送带继续前行至第二滚架，从第二滚架上滑落，碰到侧壁后落到平台上。滚架侧边有档条，从滚架滑落的废袋触发其中部的计数器，计数器反馈给控制器，根据计数值控制器控制升降杆每来几个废袋降低平台一次，累积到一定数量后，平台上的输送带侧向滚动，将废袋堆平移到旁边的打包台。

集料器呈倒锥形，其上部落料口有一层筛网防止杂物掉落，下部连接到送料机构的下料管，料泵为气力物料输送泵，将物料以物料流的形式经上输料管输送给生产设备。

料袋架底部有一个可升降底座，可以在料袋搬运过程中调节并保持料袋堆顶部料袋的高度，从而使得搬包机只需重复轨迹即可不断搬运料袋。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过直线走刀对料袋进行切割，不会对颗粒料产生包装袋碎屑污染。

2、本发明通过脉冲气吹和拍杆被动挤压对料袋进行鼓振和拍打，对料袋壁的多向牵引使得残留在袋内小窝处的物料被清出，防止了原料浪费。

3、本发明实现了物料袋卸载、上料的全自动操作，大大提高了上料效率，而且上料速度平稳可控。

4、本发明能对废包进行回收和整理，进一步提高了自动化水平。

5、本发明采用的叉针配体可以重复使用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为应用了本发明方法的气动拍袋式自动拆包上料装置的整体结构示意图；

图2为气动拍袋式自动拆包卸料机构的结构示意图；

图3为切包仓及切包示意图；

图4为环形轨道结构示意图；

图5为拍袋立体示意图；

图6A、图6B、图6C为拍袋机构结构示意图；

图7为叉针配体回收示意图；

图8为收袋机构结构示意图；

图9A为叉针出射机构、叉针及叉针配体结构示意图；

图9B为另一实施例中叉针出射机构及叉针结构示意图；

图9C为另一实施例中叉针及叉针配体结构示意图；

图9D为另一实施例中叉针配体方位示意图；

图9E、图9F为另一实施例中叉针出射机构及叉针结构示意图；

图9G为另一实施例中叉针及供气通道结构示意图；

图10为本发明所采用的工作流程示意图。

图中：1、卸料机构 2、送料机构 3、集料器 4、搬包机 5、收袋机构 6、料袋架 7、料袋堆 8、第一传送带 9、第二传送带 10、滑道 11、切包仓 12、叉针出射机构 13、轨道支架14、叉针 15、叉针配体 16、第一叉针配体仓 17、割袋机构 18、副支架 19、第一拍架 20、第二拍架 21、第一料袋传感器 22、第二料袋传感器 23、第三料袋传感器 24、第四料袋传感器 25、机械手支臂 26、机械手转轴 27、抓手 28、叉针配体回收机械手 29、第二叉针配体仓 30、叉针配体回收机构 31、拍袋机构 41、供气通道

50、动力滚筒 51、第一滚架 52、滚筒传送带 53、第二滚架 54、滚环 55、计数器56、侧壁 57、平台 58、底座 59、升降杆

71、料袋 72、废袋

82、叉针击发机构

101、第一转轴 102、支臂 103、第二转轴 104、拍杆

111、左框 112、右框 113、间隔 114、缺口 115、底框

121、第一电磁体 122、第一弹簧 123、出射底座 124、套筒 125、凸轮 126、间隙(通槽) 127、第一弯臂 128、第二弯臂 129、转针轴

1211、第一电磁线圈 131、主轨道 132、副轨道 133、环回轨道

141、针头 142、针体 143、横档 144、气孔 145、第二弹簧

1411、针尖 1412、斜楔部 1413、凹槽 1441、导向片(喇叭状)

151、吸合磁体 152、斜档 153、卡珠 154、滑管 155、弹簧座 156、卡珠弹簧

261、第二电磁体 262、电磁线圈 263、操作柄 264、夹持部 171、刀架轨道 172、滑块 173、刀架支臂 174、刀架转轴 175、切刀

201、下料管 202、料泵 203、上输料管

401、真空吸盘

411、供气头 412、锥嘴 413、供气管 414、卡接模块

821、击发器(凸轮、气阀、直线电动阀) 822、第三电磁体 823、第三电磁线圈 824、衔铁 825、第三弹簧

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1：

如图1所示，本发明基于气动拍袋式自动拆包上料装置，所述的气动拍袋式自动拆包上料装置包括：搬包机4、卸料机构1、集料器3、送料机构2、叉针配体回收机构30、收袋机构5、料袋架6和控制器。搬包机4、卸料机构1和收袋机构5依次排列，倒锥形集料器3位于卸料机构1下方。送料机构2包括下料管201、料泵202和上输料管203，其中下料管201从集料器的锥底接料，由料泵202以物料流的方式将原料经上输料管203往高处输送，向后续生产设备供料。

结合图10所示，本发明气动拍袋式自动拆包上料方法，包括以下步骤：

启动装置；

将料袋搬运至第一传送带，经第二传送带和滑道后转运至切包仓，使料袋侧向竖直放置；用切刀将料袋从长度方向沿底侧的中线划开，物料下落；

在料袋上部水平地钉入一对磁性叉针并用叉针配体封住磁针头，叉针出射机构带动料袋上移；通过叉针上的气孔向袋内脉冲式供高压气体，料袋上移过程中用拍架横向夹持料袋中下部，高压气流挤压拍杆夹持下的袋体，袋体抖振，快速排空残料；

回收叉针配体，收袋机构将废袋收集整理；

判断是否搬运完毕？

如果是，则结束；否则，根据下一个待搬料袋高度，改变搬包轨迹，继续搬运料袋至副传送带，并重复后续步骤。

搬包机4为直角坐标机器人，其末端有一个真空吸盘401。在料袋料袋架6底部安装一个可升降底座，每搬一包后，控制器控制底座升高一格，从而搬包机4无需改变操作高度，重复搬运轨迹即可。

如图2至5所示，卸料机构又包括依次相连的第一传送带8、第二传送带9、滑道10，位于滑道10下方的切包仓11，分别位于切包仓11两侧的叉针出射机构12、第一叉针配体仓16，分别位于切包仓11下、上方的割袋机构17、拍袋机构31，以及分别支撑叉针出射机构12、切包仓11及拍袋机构31的轨道支架13、副支架18。叉针出射机构12内有叉针14，第一叉针配体仓16内有可与叉针14相嵌接的叉针配体15，滑道10下端与切包仓11之间有供叉针配体15穿过的间隙，滑道10侧面末端设有第一料袋传感器21。

位于切包仓11上方且同样由副支架18支撑的所述拍袋机构31，包括由下往上依次分布的第二料袋传感器22、第一拍架19、第三料袋传感器23和第二拍架20。

第一传送带8表面与水平方向平行，所述滑道10末端与水平面近似垂直。叉针14包括叉针头141、叉针体142和横档143，在空心的叉针体142表面有至少一个与可控压缩空气通道相连的气孔144；叉针出射机构12有一个运动底座，使其能沿环形的轨道支架13移动。轨道支架13又包括主轨道131、副轨道132和环回轨道133。

割袋机构17包括刀架轨道171、滑块172、刀架支臂173、刀架转轴174和切刀175，切刀175通过刀架支臂173、刀架转轴174随滑块172沿刀架轨道171直线移动。

切包仓11包括左框111、右框112及两个分别位于他们下方的底框115，所述左框111和右框112上均有两个供叉针通过的缺口114，而两个底框115之间则有供切刀穿行的间隔113，所述底框115表面为靠近左框111或右框112的一侧比靠近间隔113一侧高的锯齿形斜面且表面布有通孔。

结合附图所示，当第一料袋传感器21检测到料袋下落到切包仓11后，控制器控制割袋机构17动作，使切刀175从侧放的料袋的底边中央将料袋划开，物料下落；之后，叉针出射机构12弹出一对叉针14穿透料袋后与从第一叉针配体仓16中移出的叉针配体15卡合。

结合图3、图5、图9A所示，作为优选，叉针14采用永磁体磁针，其头尾两端分别受叉针配体15、叉针出射机构12的磁力牵引。

叉针14中，针头141又包括锥形开刃的针尖1411和与针体142相接的斜楔部1412，针尖1411的底部比柱体形针体142略小，斜楔部1412为锥台形过渡体，且作为承受叉针配体15磁吸力的受力部。

叉针出射机构12上设有第一电磁体121，其通过第一电磁线圈1211的供电控制来产生电磁力；第一弹簧122的两端分别与出射底座123及接挂针14的底部相连接。

作为优选，初始状态下第一弹簧122为自由状态，挂针14下部缩置于第一电磁体121围成的容置腔底部；当需要弹出叉针14时，第一电磁线圈1211得电，第一电磁体121产生的磁力将叉针14从其容置腔底部往外推送，叉针14头部穿透料袋71，直至该磁力与第一弹簧122的回弹力平衡。

叉针配体15可先通过机械手夹持移送到预设位置后，叉针14再被弹射出；或先叉针14被弹出后叉针配体15再被弹射出来。叉针配体15也采用与叉针14极性方向相配的永磁体，二者通过磁力进行吸合固定。

叉针配体15内设有吸合磁体151，在吸合磁体151内有一个与针头141适配且比针头略大的倒锥形腔，在该腔的开口底部有一个与斜楔部1412相适配的斜档152。当叉针14从叉针出射机构12射出并穿过料袋71后，磁力将磁性叉针14的针头141吸合在该腔内，且斜档152与针头141的斜楔部1412相接触，叉针14采用该斜楔部1412来承受磁吸力，从而不影响开刃的针尖部。

作为改进，也可以在叉针的针头中位于开刃针尖锥底位置处设置缺口而在叉针配体倒锥形容置腔内设与此缺口相对的突起，以承接磁力。

叉针出射机构12在其底部运动底座的驱动下沿轨道支架13朝上移动，在第二料袋传感器22、第三料袋传感23的相继检测反馈下，第一拍架19和第二拍架20依次在叉针14通过拍杆104后旋转两个转轴使两边的拍杆104往中间将料袋下部夹持住；同时控制叉针14上气孔144以脉冲方式向料袋中喷气冲击，将料袋间隔式鼓起，高压气流从料袋下端切口处排泄出，拍杆104可选用弹性可变形如塑胶材料以增加变形后回弹时对袋壁的拍打，料袋下端在拍杆104的夹持下抖振，残料被排空。

由于主轨道与副支架位置相互干涉交叉，为使得叉针出射机构能带着料袋顺利通过，需要专门设计。为此，将副支架18设置在该段轨道支架13之间，且两个支架在俯视方向分别呈水平和垂直分布；而为了增大拍杆作用范围，将拍架设计为两转轴可换向的结构。

如图6A、6B及6C所示，三幅图分别是拍袋机构的正视图、俯视图和左视图；结合图5所示，一对副支架18分列在一对主轨道131连线的中垂线上；第一拍架19和第二拍架20均包括依次相连的第一转轴101、支臂102、第二转轴103和拍杆104，支臂102通过第一转轴101旋转可使得拍杆往两边收回到副支架18方向或去往中间以夹持料袋，而拍杆104通过第二转轴102旋转可使得多根拍杆均竖直并列以减小水平方向占位宽度从而容叉针往上通过，或使得拍杆水平并与料袋长度方向平行以在横向上夹持料袋。

作为优选，可在叉针出射机构抱箍轨道支架支柱的运动底座上设置一缺口，通过该缺口来连接一个支撑架，并通过该支撑架落地，而副支架可采用直杆直接落地安装。

在测试中发现，单纯采用简单的吹气或拍打，排料效率低而在褶皱等处仍然会有残余物料。因此，需要设计巧妙的结构使得拆袋和出料连续高效地进行。在普通非立体成形的料袋的缝合端褶皱处，由于缝合处的料被不断排出，其附近的袋壁形成很多小窝，本发明采用高频脉冲式高速气流对料袋袋壁进行间断式冲击，使得这些小窝鼓胀并快速波动

通过气孔向料袋内吹入高压气流，料袋袋壁因受气流的正向压力而发生鼓胀，鼓胀到一定程度后，由于料袋自身的弹性，其弱变形产生的拉力抵消了正吹气流压力，料袋停止鼓胀。在脉冲式冲击气流作用下，当某袋壁处的气流暂时消散时，其在形变力的作用下，该处及其附近的袋壁构形发生变化；而随着多处气流强度的变化，料袋袋壁被激流作用而快速波动，进而对袋内物料形成拉扯。

作为优选，还同时对波动的袋壁进行被动拍打，在流体流形作用下，这些小窝处的残料被气流冲击、拍杆通过袋壁传递的击打力及袋壁乱序抖动的拉扯力多种多方向作用力所复合而成的牵引而移动，在脱离料袋褶皱角落后，不断下落并从低处的料袋割口处滑落。

作为优选，叉针14通过固定于横档143的供气通道41与外部可控压缩气源相连。

作为优选，叉针14上设置的多个气孔144中气流的脉冲式供气以PWM方式调制其气流强度，PWM脉冲的周期选定后，改变其脉冲宽度：

其中，k为强度系数，α和Φ分别为预设波动系数和预初始相位，ξ为扰动系数，rand()为(0,1)区间的随机函数。

作为优选，气孔144在除开口侧方向的其他方向上分布，通过气流冲击测试，优化气孔144的朝向，并使得朝向料袋两端缝口的气孔数占多数。

作为优选，气孔嘴采用锥形结构以产生锥形喷射气流。作为优选，所述叉针可不在同一个水平面上。

结合图7、图8所示，当物料完全下落，被排空的废袋72随叉针出射机构12继续前行至上端的副轨道132时，废袋72袋体逐渐转到位于副轨道132上方的第一滚架51上，当废袋72前行触发第四料袋传感器24时，控制器控制叉针配体回收机构30将叉针配体15回收，叉针配体回收机械手28旋转机械手转轴26，摆动机械手支臂25，使抓手27对准叉针配体15，抓手27中的电磁体上电得磁将叉针配体15从叉针14上吸离；同时，叉针出射机构12将叉针14抽回缩入内部；叉针配体回收机械手28再旋转底座上的主臂，使抓手27对准第二叉针配体仓29，抓手中电磁体去磁将叉针配体15放入第二叉针配体仓29。

作为优选，抓手27也可采用夹持部将叉针配体15从叉针14上拔离，并转送到第二叉针配体仓29中。

回收叉针配体15的同时，第一电磁线圈1211失电，叉针14在第一弹簧122的回弹力作用下，缩回第一电磁体121容置腔底部。

去除叉针14的废袋72落在滚筒传送带52上，叉针出射机构12带着叉针继续从环回轨道上回至主轨道切包仓左侧。第一滚架51是弯曲的楔形，从在斜向下段几近贴于副轨道132到水平段略高于副轨道132，从而能插入轨道与废料袋之间，为废袋提供支撑；且第一滚架51宽度比一对叉针间距离略小，滚筒传送带52前端一小段为渐宽结构，以容叉针通过。

废袋72在滚筒传送带52上动力滚筒50的带动下继续前行至第二滚架53，从第二滚架53上滑落，碰到与底座58垂直的侧壁56后落到平台57上。滚架侧边有档条，从滚架滑落的废袋72触发其中部的计数器55，计数器55反馈给控制器，根据计数值控制器控制升降杆59每来几个废袋降低平台57一次，累积到一定数量后，平台57上的输送带侧向滚动，将废袋堆平移到旁边的打包台。

在滚筒传送带52与第二滚架53之间，有供叉针出射机构12运转至环回轨道的间隙；作为优选，在第二滚架53朝滚筒传送带52一侧的头部，可以设置一个比一对叉针占位略宽的缺口。

作为优选，叉针出射机构12将弹射叉针14的电磁力方式换为其他可往复运动的驱动机构，如凸轮、汽缸或直线电动执行器。

如图9B所示，叉针出射机构12上设置有一个凸轮125，在凸轮125外层设有套筒124，叉针14两侧横档各通过一个第二弹簧145连接在套筒124上。随着凸轮125的旋转，初始状态其下部缩于套筒124下端的叉针14被向外推动，并在其针头穿透料袋到达最远点时凸轮暂停运动；然后在运送完料袋并排出残料回收叉针配体时，凸轮运转至另一个极限位置，叉针回到初始位置。

实施例2：

区别于实施例1，本实施例中，如图9C所示，挂针14采用卡位式方法嵌入到叉针配体15中。

挂针14采用钢针，其针头141为锥形开刃的针尖1411，在与针体142的上部相对设有一对凹槽1413，槽形可采用球状、柱状或长方体形。

叉针配体15内仍设有与针头141适配且比针头略大的倒锥形容置腔，在容置腔一侧的端部，设有一对用于对挂针凹槽1413进行卡位的卡嵌模块。卡嵌模块包括依次相连的卡珠153和卡珠弹簧156，后者固定于弹簧座155上并通过滑管154带动卡珠153左右移动。作为优选，还可在叉针配体容置腔入口部设置一口径更大的圆台锥形倒入部，为挂针嵌入提供更宽的适配区域。

在料袋切割完成后，出射位置与叉针配体对齐的挂针出射机构动作，将一对挂针往右快速射出，挂针针头穿透料袋后进入叉针配体的容置腔；当针体进入到容置腔，对卡珠进行挤压，弹簧压缩；当凹槽部到达卡珠位置时，弹簧回弹力使得卡珠弹出，将挂针卡住。之后，凹槽作为承受叉针配体作用力的受力部，使得挂针悬挂于拖包机械手上。

作为优选，所述凹槽、卡珠可互相换位，即凹槽位于叉针配体15的配体上，而卡珠位于挂针上。

还可以采用主动控制方式对卡珠进行伸缩控制，将弹簧改为电磁体结合弹簧的可控式横栓。作为优选，用沿滑管外围分布的电磁线圈来产生沿滑管方向的电磁力，卡珠采用永磁体，从而使得电磁力克服弹簧回弹力后将卡珠推出。作为优选，还可通过一个短行程驱动部件如直线运动执行器将卡珠推出或拉回滑管内。

当回收叉针配体时，叉针配体回收机械手端部采用可开合的夹持部将叉针配体夹住并从叉针上将其拔出，此时，挂针凹槽侧壁推动卡珠将弹簧压紧，挂针从第一末端执行器的容置腔中退出。当凹槽深度大或其采用柱状时，可采用主动控制方式，在夹持部夹住叉针配体时同步通过控制器将卡珠缩回滑管内；叉针配体通过夹持部与叉针卡接、脱离，且其内可装设蓄电池并通过一被夹持部操控的触碰开关进行供电控制。

实施例3：

区别于上述实施例，本实施例中，通过位于叉针出射机构外部的叉针击发机构对叉针进行击发弹射。

如图9E所示，叉针出射机构12通过连接于运动底座的第一弯臂127连接套筒124，叉针14两侧横档各通过一个第二弹簧145连接在套筒124上。初始状态下，叉针14下部缩于套筒124下端。

相对所述一对叉针14，设置有一对叉针击发机构82。叉针击发机构82中有一个击发器821，待料袋被切割完成后，其在控制器的指令下动作，将叉针14往外快速推出，以穿过料袋并将料袋叉起。叉针击发机构可与副支架类似地，落地支撑。

作为优选，击发器821采用能使得叉针往复快速运动的驱动机构，如凸轮、气阀或直线电动执行器。

如图9E所示，随着击发器821的往复动作，初始状态其下部缩于套筒124下端的叉针14被向外弹出，而后在叉针将料袋叉起、与叉针配体配接完成并将向上移动时，击发器821运转至另一个极限位置，叉针14在第二弹簧145的作用下回到水平方向的初始位置。为了使得叉针出射机构12能自由越过叉针击发机构82，所述连接套筒124中设置一个间隙126如通槽，且初始状态下叉针14的底端与击发器821的上部之间留有余位。

实施例4：

区别于实施例3，如图9F所示，本实施例中叉针击发机构82采用电磁击发机构，且采用内侧的两个第二弯臂128连接运动底座与套筒124。

击发机构82中，第三电磁体822外围设有第三电磁线圈823，第三电磁体822构成的容置腔内有一个通过第三弹簧825连接到底座的衔铁824，所述衔铁824与叉针14相对而设。

需要弹射叉针14时，控制器控制第三电磁线圈823得电，第三电磁体822的磁力将衔铁824弹射出去，后者再击打叉针14的尾部，将其击发。

实施例5：

区别于以上实施例，本实施例中通过对多个相邻气孔的冲击强度控制，来优化残料排出方法。

如图9G所示，供气通道41接入叉针14后，再通过内部的供气管413经多个可控供气头411向气孔144分别供气，供气头411通过可控气阀实现每一路的单独控制。

作为优选，供气管413一端通过软管从外部气源获得压缩气体后，另一端采用硬管以承载供气头411，为方便装配，硬管段还通过一个卡接模块414连接在两端撑于叉针内管壁的支杆上，所述卡接模块414可沿该支杆滑动且有二挡限位，从而装配时在插入叉针后通过上滑将供气头411头部的锥嘴412插入周边带有导向片1441的气孔中并限位，其中，导向片1441可采用喇叭口。

作为优选，叉针14上设置的多个气孔144中气流的脉冲式供气以PWM方式调制其气流强度，PWM脉冲的周期选定后，改变其脉冲宽度：

其中，x轴平行于料袋缝口，并以叉针的横档位置为x轴原点；k为强度系数，a和b为预设波动系数，L为料袋单侧缝口的长度，ξ为扰动系数，rand()为(0,1)区间的随机函数。

又作为优选，叉针14上多个气孔144中气流的脉冲式供气以PWM方式调制其气流强度，且相邻气孔上气流强度以大梯度变化，PWM脉冲的周期选定后，改变其脉冲宽度：

Δ＝k·|sin(x)|/|x-N·floor(x/N)|+N·rand()

其中，x轴平行于料袋缝口，并以叉针的横档位置为x轴原点；k为强度系数，N为预设的波动宽度系数，floor()、rand()分别为向下取整函数和(0,1)区间的随机函数。

作为优选，N取值为气孔数的整数倍。

实施例6：

区别于上述实施例，本实施例中还通过改变气流喷射方向、气压正负来优化残料排出。

参见图9B所示，在叉针出射机构12的底座上设置一个转针轴129，使得叉针14可以绕该轴旋转，从而改变气流喷射料袋壁的方位。作为优选，在旋转叉针时，间隔松开叉针配体对叉针的卡合。

本实施例在正压气流冲击的间隙中，还控制至少一个气孔用负压对袋壁进行冲击，即通过改变气孔中气流的进出方向来帮助排料。采用仿生理论，人在隧道中穿行或飞机低压环境中时有发生耳鸣的可能，这是因为耳膜两侧的气压不均衡，而通过反复的吸气和鼓起，能改善这种状况。

作为优选，通过换向阀来实现负压，即将选定的气孔通过换向阀切换到通过抽气泵的气路中。另外，也可以采用高压气流冲击锥形外部喷口的方法，在可控供气回路中采用一段短气管将选定气孔连接到该喷口的锥底附近，使得喷口从料袋内的该选定气孔中因涡旋而吸气。

当气孔被负压冲击时，其周围的料袋壁将被吸附在气孔嘴上或有此趋势，相应地，还将使得局部范围内的料袋壁起皱，这种负吸力与料袋自身弱变形产生的作用力、以及气孔嘴的支撑力相互平衡时，料袋停止起皱变化。在负压脉冲冲击气流作用下，随着气流变化，该处及其附近的袋壁构形将发生变化。料袋袋壁被负压激流作用而快速波动，从而而对袋内物料形成拉扯。

作为优选，所述采用负压的气孔可以为多个，并与正压气孔相邻接，通过分时的正、负压控制，进一步对袋壁进行正序、逆序及杂序的波动，以牵引料袋内小窝处的残余物料。

作为优选，还可以通过改变气流控制的脉冲时间周期来实现气流强度的改变。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气动拍袋式自动拆包上料方法，包括以下步骤：

用搬包机将料包搬运至传送带上；

采用传送带倾斜向下地传送料袋至竖直放置的切包仓，并在所述传送带末端一侧设置第一料袋传感器，在所述切包仓底部和两侧分别设置供切割穿行的间隔和供叉针穿过的缺口；

触发于所述第一料袋传感器对料袋的检测，采用切割机构对料袋进行切割拆包；

待切割完成后，水平弹出叉针，使所述叉针头部穿透料袋后与对侧的叉针配体卡合以对料袋进行穿挂和限位；

通过所述叉针上连接到可控压缩气流的气孔向料袋内喷射脉冲气流，同时还通过无动力拍杆在外侧对鼓胀波动的料袋进行被动拍打，排出残料；

通过集料送料机构来收集完成卸料后的物料，并进行输送，以实现自动上料。

2.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述搬包机为多轴机器人或直角坐标机器人，所述多轴机器人或直角坐标机器人的末端执行器为真空吸盘；

所述搬包机搬运的料包位于一个料包架上，所述料包架有一个可升降底座，每搬一包后，控制底座升高一格；

所述集料送料机构包括集料器、送料机构；所述集料器为一倒锥形容器，在落料口有一层筛网，所述筛网的网孔直径为颗粒料直径的3～7倍；所述送料机构包括下料管、料泵和上输料管。

3.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述气孔中气流的脉冲式供气以PWM方式调制其气流强度，PWM脉冲的周期选定后，改变其脉冲宽度：

其中，k为强度系数，α和Φ分别为预设波动系数和预初始相位，ξ为扰动系数，rand()为(0,1)区间的随机函数。

4.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述传送带包括依次相连的第一传送带、第二传送带、滑道，所述第一传送带表面与水平方向平行，所述滑道末端与垂直平面平行，

所述滑道位于所述切包仓上方且两者之间有供叉针配体穿过的间隙，所述滑道侧面末端设置所述第一料袋传感器。

5.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述叉针采用永磁体且包括叉针头、叉针体和横档，其初始状态下缩置于叉针出射机构中，并在料袋切割出料后由叉针出射机构将其射出，从切包仓的侧面缺口穿透料包后与磁性叉针配体吸合，

所述叉针头又包括锥形开刃的针尖和与针体相接的斜楔部，针尖的底部比柱体形针体略小，斜楔部为锥台形过渡体，用于承受叉针配体的磁吸力；所述叉针尾部设有两侧凸出针体的横档，所述横档与所述叉针配体一起在料袋外壁两侧对料袋进行限位，

所述叉针出射机构通过运动底座沿轨道支架周期性地环形移动，所述切包仓支撑于副支架之上。

6.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

通过拍袋机构对料袋进行被动拍打，所述拍袋机构包括安装于副支架上且由下往上依次分布的第二料袋传感器、第一拍架、第三料袋传感器和第二拍架，

所述第一拍架和第二拍架均包括依次相连的第一转轴、支臂、第二转轴和多根并列的所述拍杆，所述支臂通过第一转轴旋转可使得末端的拍杆往两边收回到副支架位置或去往中间以夹持料袋，

所述拍杆通过第二转轴旋转可使得多根拍杆均竖直布置或在水平方向上夹持料袋，且所述拍杆长度近似等于料袋的长度。

7.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述叉针出射机构包括：

第一电磁体，其通过第一电磁线圈的供电控制来产生电磁力；第一弹簧，其两端分别与出射底座及接挂针的底部相连接，

初始状态下，所述第一弹簧为自由状态，挂针下部缩置于第一电磁体围成的容置腔底部；当弹出所述叉针时，第一电磁线圈得电，第一电磁体产生的磁力将叉针从其容置腔底部往外推送，叉针头部穿透料袋，直至该磁力与第一弹簧的回弹力平衡。

8.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

所述割袋机构包括刀架轨道、滑块、刀架支臂、刀架转轴和切刀，切刀通过刀架支臂、刀架转轴随滑块沿刀架轨道直线移动；

所述切包仓包括左框、右框及两个分别位于他们下方的底框，所述左框和右框上均有两个供叉针通过的缺口，而两个底框之间则有供切刀穿行的间隔，所述底框表面为靠近左框或右框的一侧比靠近间隔一侧高的锯齿形斜面且表面布有通孔。

9.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

还通过收袋机构将废料袋回收，所述收袋机构包括依次相连的第一滚架、滚筒传送带和第二滚架，以及侧壁、底座、升降杆、平台和计数器，所述侧壁与底座成直角分布，所述计数器位于第二滚架中部，所述第一滚架和第二滚架均包括框架和多条嵌在框架上串有可自由滚动滚环的支架，所述平台上有环形侧向输送带，在所述滚筒传送带一侧与叉针配体回收机构相对处设有第四料袋传感器。

10.根据权利要求1所述的一种气动拍袋式自动拆包上料方法，其特征在于，

还通过叉针配体回收机构将叉针配体回收，所述叉针配体回收机构包括叉针配体回收机械手和第二叉针配体仓，所述叉针配体回收机械手又包括底座、机械手支臂、机械手转轴和抓手，所述抓手上有电磁体。

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