CN114260284B - 一种弓箭自动回收及处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弓箭自动回收及处理装置，属于机械装置自动控制技术领域。该装置包括控制系统、电机部分、切刀部分、感应装置和回收处理部分；其中控制系统控制电机部分、切刀部分和回收处理部分；底层收集的部分采用旋转盘的方式，在旋转托盘架上面分别放置有多个拖盘用来分开盛放切割下来的物料。托盘与旋转托盘架之间通过卡扣连接，一号托盘用于回收箭羽，二号托盘回收箭尾，三号托盘回收箭头，四号托盘回收箭杆。同时右侧配有一个使用步进电机驱动的机械臂，用于从旋转托盘架上夹取托盘，机械臂的卡爪可以旋转、伸缩。本发明能实现自动回收处理，提高弓箭回收处理速度，降低人工成本。

Description

一种弓箭自动回收及处理装置

技术领域

本发明属于机械装置自动控制技术领域，涉及一种弓箭自动回收及处理装置。

背景技术

目前常见的箭由箭头、箭杆、箭尾和箭羽组成，其中各部分都有回收利用价值。现有的回收方法只能靠人为分解箭来获取不同组成部分的材料，此方法耗时耗力，且速度慢。因此，亟需一种能够自动回收处理弓箭的装置来提高回收处理速度，降低人工成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弓箭自动回收及处理装置，实现箭头、箭杆、箭尾和箭羽的自动回收处理，提高弓箭回收处理速度，降低人工成本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弓箭自动回收装置，包括箭杆通道、两层切割装置、滚动装置、感应装置、动力装置和回收托盘；其中，第一层切割装置包括第一层底板和环形切刀；第二层切割装置包括切刀；所述滚动装置包括滚轮；所述感应装置包括激光装置Ⅰ、激光装置Ⅱ、压力传感器和开关量光电传感器；所述动力装置包括步进电机Ⅰ～步进电机Ⅳ；所述回收托盘包括一号托盘～四号托盘、旋转托盘架和箭羽回收装置；

所述第一层底板具有收缩功能；所述压力传感器设置在第一层底板上方，用于感应整支箭的重量，从而判断箭杆类型；所述环形切刀设置在第一层底板下方，用于切割箭羽；

所述滚轮设置在第一层底板与切刀之间的箭杆通道内，牵引箭杆向下移动；所述开关量光电传感器紧挨着滚轮下方，用于检测是否切割至箭尾；

所述激光装置Ⅰ与环形切刀位于同一水平面，为环形切刀行进提供参考速度；所述激光装置Ⅱ与切刀位于同一水平面，为切刀行进提供参考速度；

所述步进电机Ⅰ～步进电机Ⅳ分别为旋转托盘架、环形切刀、滚轮和切刀提供动力；

所述一号托盘～四号托盘设置在旋转托盘架上(托盘与旋转托盘架之间通过卡扣连接)，分别用于回收箭羽、箭尾、箭头和箭杆。

优选的，所述箭羽回收装置包括箭羽收集通道、抽风机和吸风口；抽风机将箭羽从吸风口送入箭羽收集通道，箭羽从收集通道出口送入到一号托盘。

优选的，箭杆通道下方设置有漏斗，漏斗的出口正对托盘接口。

优选的，该回收装置还包括处理装置，具体包括机械臂和熔炉；所述机械臂用于抓取各个托盘内的回收材料，并旋转机械臂将材料倒入熔炉中进行熔炼。

优选的，所述机械臂上设置有卡爪，便于旋转和伸缩。

优选的，该该装置还包括控制系统，用于控制步进电机和各切刀的工作，以及熔炉的冶炼过程。

本发明的有益效果在于：本发明通过对箭头、箭杆、箭尾和箭羽的分割控制处理，从而实现自动回收处理，提高了弓箭回收处理速度，从而降低人工成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明弓箭自动回收处理装置整体结构图；

图2为本发明弓箭自动回收处理装置整体结构图(部分剖面)；

图3为感应加热原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1～图2，本发明设计的一种弓箭自动回收装置，包括箭杆通道、两层切割装置、滚动装置、感应装置、动力装置、回收托盘、处理装置和控制系统。控制系统，用于控制步进电机和各切刀的工作，以及熔炉的冶炼过程。

其中，第一层切割装置包括第一层底板和环形切刀；第二层切割装置包括切刀。滚动装置包括滚轮。感应装置包括激光装置Ⅰ、激光装置Ⅱ、压力传感器和开关量光电传感器。

动力装置包括步进电机Ⅰ～步进电机Ⅳ。步进电机Ⅰ～步进电机Ⅳ分别为旋转托盘架、环形切刀、滚轮和切刀提供动力。

回收托盘包括一号托盘～四号托盘、旋转托盘架和箭羽回收装置。一号托盘～四号托盘设置在旋转托盘架上(托盘与旋转托盘架之间通过卡扣连接)，分别用于回收箭羽、箭尾、箭头和箭杆。

箭羽回收装置包括箭羽收集通道、抽风机和吸风口。抽风机将箭羽从吸风口送入箭羽收集通道，箭羽从收集通道出口送入到一号托盘。

第一层底板具有收缩功能。压力传感器设置在第一层底板上方，用于感应整支箭的重量，从而判断箭杆类型。环形切刀设置在第一层底板下方，用于切割箭羽。

滚轮设置在第一层底板与切刀之间的箭杆通道内，牵引箭杆向下移动；开关量光电传感器紧挨着滚轮下方，用于检测是否切割至箭尾。

激光装置Ⅰ与环形切刀位于同一水平面，为环形切刀行进提供参考速度；激光装置Ⅱ与切刀位于同一水平面，为切刀行进提供参考速度。

箭杆通道下方设置有漏斗，漏斗的出口正对托盘接口。

处理装置，具体包括机械臂和熔炉。机械臂上设置有卡爪，便于旋转和伸缩；机械臂用于抓取各个托盘内的回收材料，并旋转机械臂将材料倒入熔炉中进行熔炼。

作为一种可选的实施例，本发明弓箭自动回收即处理装置外封装有外壳，用于固定该装置。

实施例1：

本实施例中，本装置的控制系统采用STM32处理器来控制箭杆的回收处理，使用步进电机和切刀等作为机械机构来执行控制命令。STM32处理器运算速度快，采用ARM架构，在具备8个独立定时器的同时能够有效降低功耗，性能稳定。同时电机部分，控制端电机使用步进电机，能够很好的保证走刀的精确度；而切刀部分电机采用高速电机，保证切割效率。底层收集的部分采用旋转盘的方式，在旋转托盘架上面分别放置有多个拖盘用来分开盛放切割下来的物料。托盘与旋转托盘架之间通过卡扣连接，一号托盘用于回收箭羽，二号托盘回收箭尾，三号托盘回收箭头，四号托盘回收箭杆。同时右侧配有一个使用步进电机驱动的机械臂，用于从旋转托盘架上夹取托盘，机械臂的卡爪可以旋转、伸缩。

本实施例装置的回收控制流程为：

1)首先将箭头朝下投入本实施例的回收装置中，回收装置第一层底板放置有压力传感器，当箭头接触压力传感器的一瞬间，其通过压力的大小来计算箭杆大致的重量(G＝mg)来推测此次回收的箭杆是属于什么类型(碳纤维、竹杆等)，由于不同的箭杆材料不同，因此在重量上也有着比较明显的差异。通过重量的区别便可以清楚地判断出待处理箭杆的种类。本实施例通过在STM32主控内部写入不同的程序来控制本实施例的机械装置对不同的箭杆采用针对性的处理方式，为后续的材料熔炼做准备。

2)当本实施例的处理器确认好待处理的箭杆类型后，就会启动相应的执行方案。首先对箭头的部分进行处理：步进电机Ⅰ通过传动轴带动旋转托盘架进行旋转，将用于盛放箭头的三号托盘移动到漏斗下方。此时位于箭头旁的步进电机Ⅱ开始运动，置于此时箭杆位置旁边的环形切刀由步进电机Ⅱ带动伸出，由处于同一水平位置的激光装置Ⅰ为环形切刀行进提供参考速度，在接触到箭杆的瞬间降低走刀速度，提高环形切刀处高速电机的转速，在切割完成压力释放的瞬间降低切刀转速，被切割下来的箭头部分自然掉落，激光装置Ⅰ为切刀行进提供参考速度，接触箭杆时降低走刀速度，提高切刀处高速电机的转速，在切割完成压力释放的瞬间降低切刀转速，被切割下来的箭头顺着漏斗结构掉落入三号盘内。

3)切掉箭头后，托盘架旋转，四号托盘位于漏斗下方，一号盘则位于箭羽收集通道出口下方。位于机器顶端的环形切刀会慢慢接近箭杆，在碰到箭杆的一瞬间会触发其连接的压力传感装置，此时切刀会往回回收1mm的距离以保证不会切割到箭杆本身，此时箭羽切刀准备完毕。主控便会控制箭头位置的两个滑轮接近箭杆，这两个滚轮与第一层底板同步连接，通过步进电机Ⅲ控制，同时具备自锁功能。这两个滚轮的作用是牵引箭杆向下移动，完成第二步对箭羽的切割。当步进电机Ⅲ被触发后，两个附有高摩擦力橡胶的滚轮会从左右夹住箭杆，夹住的瞬间会继续施压，保证与箭杆可靠的贴合。当压力为3KG左右时停止施压，触发自锁功能，防止反向回弹。滚轮开始由步进电机Ⅲ带动皮带转动，向下牵引的同时第一层底板也跟随移动，此时上方箭羽切刀不动，羽毛自动被刮掉。在刮掉的同时切刀旁边的吸风口自动打开，里面内置有一台小型抽风机，类似于吸尘器的原理，自动将刮下的羽毛顺着箭羽收集通道收集到一号盘里，收集箭羽工作完成。

4)当收集箭羽的同时滚轮带动箭杆前进，同时开始下一步的箭杆回收工作，置于此时箭杆位置旁边的切刀由步进电机Ⅳ带动伸出，由处于同一水平位置的激光装置Ⅱ为切刀行进提供参考速度，在接触到箭杆的瞬间降低走刀速度，提高切刀处高速电机的转速，在切割完成压力释放的瞬间降低切刀转速，被切割下来的箭尾部分自然掉落，完成一次切割。滚轮转动，箭杆前进5cm，再次切割，重复切割至仅剩箭尾。滚轮直径为50mm，紧挨着滚轮下方用开关量光电传感器检测是否已切割至箭尾，此时箭尾仍被夹住。被切割下来的箭杆会顺着通道通过漏斗掉落到四号托盘里，完成箭杆部分物料的收集。

5)最后剩余箭尾部分，二号托盘由托盘架旋转带动转到漏斗下方准备承接，随后原本用于固定箭杆的滚轮释放压力，箭尾沿着轨道落入二号托盘，完成最后一步的箭尾回收。

在打托盘内已经盛好剥离的弓箭，一号托盘是真羽/塑料羽毛、二号托盘是塑料箭尾、三号托盘是箭头、四号托盘是碳素箭杆/竹箭杆。

本实施例装置的处理控制流程为：

已知：塑料熔点为280℃，碳素箭杆熔点为3500℃，铁的熔点为1538℃。

首先在收集好全部部分后，机械臂打开熔炉盖，机械臂夹取托盘，机械臂旋转将托盘内的材料倒入熔炉中，关闭熔炉盖，完成进一步熔炼。待融化冷却凝固后，机械臂打开熔炉盖，夹取已熔炼的材料放置于原托盘中，旋转托盘架，开始下一部分熔炼。重复以上步骤，直至全部材料熔炼完成。

熔炼的主要内容：由STM32主控板控制熔炼温度以及熔炼时间。首先控制炉内加热时间来达到控制炉内温度，当炉内到达某个温度后就不再加热，让这个温度持续到设定时间结束，再将其送入冷却装置，再将其温度降低，最后送出。

熔炼装置：电源、熔炼炉、冷却装置。

电源：主要控制熔炼炉以及冷却装置的开关。

熔炼炉：采用感应加热原理，类似图3；由STM32控制熔炼炉的温度以及熔炼时间。

感应加热：交流电流流向被卷曲成环状的导体(通常为铜管)，由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流(旋转电流)，于是感应电流在涡电流的影响下产生发热。

冷却装置：采用外部冷水循环，使温度降低。

整体处理流程为：

1)首先进行一号托盘的回收，若一号托盘是真羽，则一号托盘直接送入收集装置进行收集；若一号托盘是塑料羽毛，则将一号托盘送入熔炼炉对塑料羽毛进行加热，据塑料羽毛的重量设定加热时间，如：1KG塑料羽毛需要在180℃加热2min。当达到设定的加热时间后，将一号托盘送出熔炼炉来到冷却炉进行降温，当温度降低到80℃后，将一托号盘送出冷却炉来到收集装置，收集装置收集已融化的塑料箭羽。

2)接着进行二托号盘的回收，对塑料箭尾进行加热，将二托号盘送入熔炼炉，控制炉内温度达到280℃后对塑料箭尾进行加热，根据塑料箭尾的重量设定加热时间，如：1KG塑料箭尾需要在280℃加热2min。当达到设定的加热时间后，将二托号盘送出熔炼炉来到冷却炉进行降温，当温度降低到80℃后，将二托号盘送出冷却炉来到收集装置，收集装置收集已融化的塑料箭尾。

3)然后进行三号托盘的回收，铁的熔点是1538℃的，将三号托盘送入熔炼炉，提高熔炼炉的温度达到1550℃，对铁进行加热，后续过程与步骤2)一致。

4)然后进行四号托盘的回收，若四号托盘是竹箭杆，则四号托盘直接送入收集装置进行收集；若四号托盘是碳素箭杆，则四号托盘送入熔炼炉。碳素箭杆的熔点高于铁，故还要继续加温使温度到达3500℃，对碳素箭杆加热，后续过程与步骤2)一致。

表1 N号盘物体重量、加热温度、加热时间对照表

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种弓箭自动回收装置，其特征在于，该装置包括箭杆通道、两层切割装置、滚动装置、感应装置、动力装置、回收托盘、处理装置和控制系统；

其中，第一层切割装置包括第一层底板和环形切刀；第二层切割装置包括切刀；所述滚动装置包括滚轮；所述感应装置包括激光装置Ⅰ、激光装置Ⅱ、压力传感器和开关量光电传感器；所述动力装置包括步进电机Ⅰ~步进电机Ⅳ；所述回收托盘包括一号托盘~四号托盘、旋转托盘架和箭羽回收装置；

所述第一层底板具有收缩功能；所述压力传感器设置在第一层底板上方，用于感应整支箭的重量，从而判断箭杆类型；所述环形切刀设置在第一层底板下方，用于切割箭羽和箭头；所述切刀用于切割箭杆；

所述滚轮设置在第一层底板与切刀之间的箭杆通道内，牵引箭杆向下移动；所述开关量光电传感器紧挨着滚轮下方，用于检测是否切割至箭尾；箭杆通道下方设置有漏斗，漏斗的出口正对托盘接口；

所述激光装置Ⅰ与环形切刀位于同一水平面，为环形切刀行进提供参考速度；所述激光装置Ⅱ与切刀位于同一水平面，为切刀行进提供参考速度；

所述步进电机Ⅰ~步进电机Ⅳ分别为旋转托盘架、环形切刀、滚轮和切刀提供动力；

所述一号托盘~四号托盘设置在旋转托盘架上，分别用于回收箭羽、箭尾、箭头和箭杆；所述箭羽回收装置包括箭羽收集通道、抽风机和吸风口；抽风机将箭羽从吸风口送入箭羽收集通道，箭羽从收集通道出口送入到一号托盘；

所述处理装置具体包括机械臂和熔炉；所述机械臂用于抓取各个托盘内的回收材料，并旋转机械臂将材料倒入熔炉中进行冶炼；

所述控制系统用于控制步进电机和各切刀的工作，以及熔炉的冶炼过程；通过在控制系统内部写入不同的程序来控制装置对不同的箭杆采用针对性的处理方式。

2.根据权利要求1所述的弓箭自动回收装置，其特征在于，所述机械臂上设置有卡爪，便于旋转和伸缩。