CN115379988A - 用于移动和拆开纸箱堆垛的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将纸箱堆垛从托盘移动到接收位置的系统和方法，其中，该系统包括设置有夹持头的工业机器人，其中，该系统包括：用于保持多个纸箱堆垛的托盘的至少一个位置；接收位置，布置成接收处于竖直取向的纸箱堆垛；以及废物箱，用于接收切断的保持条带，其中，纸箱堆垛通过机器人从托盘处的水平位置移动到接收位置处的竖直位置，其中，在接收位置处，条带被夹持头切断，并且其中，条带由夹持头保持并移动到废物箱，在此处条带被释放到废物箱中。本发明的优点是可以使纸箱堆垛移动到传送器处并且处于竖直位置。

Description

用于移动和拆开纸箱堆垛的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于拾取和拆开纸箱堆垛的方法和系统。

背景技术

在工业中经常使用机器人来进行装卸作业。机器人可以处理各种类型的产品和物体。产品可能是规则，也可能是不规则的，物体的大小可能会有很大差异。机器人可以组装产品，也可以用于包装和堆叠产品。机器人的一种常见用途是将物体移动到托盘上，以便在生产线的端部处包装托盘。在生产线的端部处，产品通常存储在常规盒子中，这将简化在托盘上的产品的包装。然而，一些产品或产品包装成形为使得它们可以在托盘上进行包装，而无需先将它们打包进盒子。这种产品的一个例子是包含多个纸卷的包装，其可以在托盘上进行包装。

另一个常见用途是在生产线的起点处将产品从托盘移动到传送线上。移动到传送器的一个常见产品是扁平折叠纸箱或其他平板状物体。这些物体通常用保持条带包裹在一起并以捆绑的形式交付。这样的捆绑物必须从托盘移动到进给站，并且必须去除条带。

WO 2019/243674 A1描述了一种将印刷品从托盘转移动到加工线的入口区段的方法。视觉系统检测捆绑物的一侧和条带的位置。抓握构件定位在捆绑物的顶部上，并且捆绑物借助于条带通过抓握构件的刀片来提升。捆绑物被放置在入口区段中，并且条带被切割构件切断并被丢弃到废物筐中。

这种系统适用于某些类型的产品，但对于用于移动纸箱捆绑物的系统和方法而言仍有改进的余地。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于移动和拆开纸箱堆垛的改进系统。本发明的另一目的是提供一种用于移动和拆开纸箱堆垛的改进方法。

根据本发明的问题的解决方案在关于系统的权利要求1的特征部分和关于方法的权利要求10的特征部分中进行描述。其他权利要求包含系统和方法的有利实施例和进一步发展。

一种用于将纸箱堆垛从托盘移动到接收位置的系统，其中堆垛由条带保持在一起，其中接收位置包括适于将纸箱堆垛支撑在竖直位置中的至少一个纸箱支撑件，其中该系统包括设置有夹持头的工业机器人，其中该夹持头包括设置有切割器件的切割模块，其中该系统包括：用于保持多个纸箱堆垛的托盘的至少一个位置；接收位置，布置成接收处于竖直取向中的纸箱堆垛，其中传送器包括至少一个纸箱支撑件，该纸箱支撑件适于将纸箱堆垛支撑在竖直位置中；以及废物箱，用于接收切断的保持条带；本发明的目的是这样实现的：夹持头包括光学检测器件，该光学检测器件适于检测纸箱上的印刷物的位置，使得可以确定纸箱堆垛的取向和条带的位置，其中机器人被布置成将纸箱堆垛从托盘处的水平位置移动到接收位置处的竖直位置，其中切割器件被布置为在接收位置处切断条带，并且其中夹持头被布置为保持切断的条带并将其移动到废物箱，在废物箱处夹持头被设置成将条带释放到废物箱中。

根据本发明的系统的该第一实施例，在允许拾取水平的纸箱堆垛并将其转移动到竖直位置的系统中，将纸箱堆垛保持在一起的条带被切断并丢弃。该系统适用于较大的扁平折叠纸箱和其他扁平物体，它们通过塑料材料制成的保持条带堆叠在一起。此类物体的尺寸可以为30cm*50cm或更大，堆垛中的物体数量可能为10个至50个物体。扁平物体必须是相对刚性的，这是因为整个堆垛通过上方的物体抬起，而堆垛的其余部分则借助于条带通过上方的物体抬起。通过将纸箱堆垛例如在传送器的接收位置处定位在竖直位置中，纸箱的进一步处理被简化，这是因为纸箱可以以正确的取向前进。

首先检测托盘上的纸箱堆垛的取向，使得纸箱堆垛可以在接收位置处以正确的取向定位。这将使竖直的纸箱相对于例如纸箱上的印刷物具有正确的取向。纸箱的取向用于检测保持条带的位置，保持条带施加有特定公差。可以仅使用纸箱的取向来确定条带的位置，或者也可以通过检测器来检测条带的位置。还可以用条带检测器来检测条带的存在。当检测到条带的位置时，夹持头在纸箱堆垛的上表面上定位在预定位置中，使得夹持头的切割器件邻近条带定位。

使用夹持头的真空吸盘提升纸箱堆垛。通过使用真空吸盘，纸箱堆垛可以沿任何方向以任何取向提升和移动。这样，纸箱堆垛就能以正确的取向放置在竖直的接收位置中。纸箱堆垛在移动到接收位置的过程中倾斜到大约竖直的取向，同时，也可以进行旋转，使得纸箱堆垛上的印刷物的取向正确。

当纸箱堆垛放置在接收位置处并且静止不动时，切割模块从邻近条带的起始位置移动到切割位置，在该切割位置中，修剪模块的切割器件围绕条带。在这个位置，切割器件的下部刀片和上部刀片位于条带每侧上。切割致动器使具有切割边缘的刀片朝向彼此移动，从而切断条带。同时，保持器件朝下部刀片下降。保持器件将把条带夹在保持表面和下部刀片之间，从而使条带被保持器件牢固地固定。此后，夹持头释放纸箱堆垛并移动到废物箱，在废物箱处释放条带。

夹持头包括多个真空吸盘、设置有切割器件的修剪模块以及光学检测器件。修剪模块的切割模块适于从切割器件邻近条带定位的起始位置移动到条带被切割器件围绕的切割位置，在切割位置中，下部刀片和上部刀片布置在条带的每侧上。修剪模块还包括保持器件，该保持器件适于在切割模块切断条带后保持条带。由于夹持头将纸箱堆垛移动到接收位置，拆开纸箱堆垛并将切断的条带移动到废物箱，因此操作员无需持续监控或监督系统的操作。

一种用于将纸箱堆垛从托盘移动到接收位置并切断将纸箱堆垛保持在一起的条带的方法，公开了以下步骤：用光学检测器件检测纸箱上的印刷物的位置，使得可以确定纸箱堆垛的取向；根据所检测到的纸箱上的印刷物的位置确定条带的位置；使夹持头相对于条带定位在预定位置中；利用布置在夹持头上的多个真空吸盘提升纸箱堆垛；将纸箱堆垛以竖直位置放置在接收位置处；将设置在夹持头中的切割模块从起始位置移动到切割模块围绕条带的切割位置；用切割模块切割条带；用设置在夹持头上的保持器件保持条带；将夹持头移动到废物箱；以及将条带释放到废物箱中。

通过根据本发明的方法的第一实施例，提供了一种移动和拆开纸箱堆垛的简化方式。通过该方法，将纸箱堆垛从水平位置移动到竖直位置，并在竖直位置处拆开纸箱堆垛。

附图说明

下面将参照附图中所示的实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的系统的示意图，

图2示出了在根据本发明的系统中使用的夹持头的示例，

图3示出了在起始位置中的修剪模块的示例，

图4示出了在切割位置中的修剪模块的示例，

图5a-图5c以截面图示出了修剪模块的细节，以及

图6示出了根据本发明的方法的示例的流程图。

具体实施方式

以下描述的本发明的进一步发展的实施例仅被视为示例，而绝非限制本专利权利要求所设置的保护范围。在所描述的示例中，描述了从托盘移动折叠纸箱的堆垛的示例。该方法和系统也可以用于由保持条带保持在一起的其他扁平物体。诸如竖直、水平等方向的参考是相对于正常的地平面方向的，即生产车间的地板是水平的。

图1示出了根据本发明的系统，图2示出了在该系统中使用的夹持头。系统1包括机器人4，该机器人设置有夹持头20。机器人可以是标准工业机器人，其具有可以在任何方向上移动的多轴机器人臂5，并且在所描述的示例中是不需要保护笼的协作机器人。该臂设置有夹持头20，该夹持头适于通过使用真空吸盘22拾取和移动纸箱堆垛。夹持头设置有安全罩21，该安全罩将检测夹持头是否撞击到了某物并且在撞击的情况下将使机器人停止。机器人布置在传送器6的一个端部处，该传送器适于将纸箱从接收位置7处的竖直位置传送到纸箱处理站，例如，在传送器另一端部处的纸箱竖立站。纸箱堆垛以水平方向布置在托盘2上，该托盘布置在机器人和传送器旁边。该系统可以设置有一个或多个托盘，机器人可以从托盘中拾取纸箱堆垛。托盘定位在特定的预定位置处，这样系统就不必识别托盘的确切位置。利用两个托盘使得当一个托盘是空的并且需要更换时，工作不会中断。

在所示示例中，机器人适于将纸箱堆垛3从托盘2移动到位于传送器6一个端部处的竖直接收位置7。纸箱设置有某种类型的印刷物，例如，被布置在纸箱的上侧上的标识，使得可以从上方看到该标识。夹持头20将使用光学检测器件40(例如包括相机25的视觉系统)来检测印刷物。当检测到印刷物时，系统可以确定纸箱堆垛的取向。纸箱堆垛的实际取向是重要的，例如，当纸箱被进给到纸箱竖立站时，使得折叠的纸箱能以正确的取向竖立。因为条带是以已知的方式在已知的公差下施加到纸箱堆垛上的，因此，根据纸箱上印刷物的位置，还可以确定将纸箱堆垛保持在一起的条带36的位置。

夹持头20通过机器人定位在纸箱堆垛上，使得在起始位置37处，修剪模块24的切割模块28定位在条带36的一侧。修剪模块24设置在夹持头的框架23上，并且在一个示例中设置有弹性悬架，使得修剪模块在竖直方向上被弹簧加载。当夹持头为空时，修剪模块从夹持头的夹持平面伸出，即在夹持头的真空吸盘22和安全罩21下方，当夹持头设置在纸箱堆垛上时，修剪模块将支承在纸箱堆垛的上部纸箱上。弹性悬架确保切割模块的下部刀片30将与上部纸箱接触。在所示示例中，下部刀片30设置有弹簧加载的卡指26，该卡指适于支承抵靠在纸箱堆垛中的上部纸箱，即使纸箱不是完全平坦的，或者下部刀片30位于略高于上部纸箱的位置。由此，即使在下部刀片不与上部纸箱接触或上部纸箱有些翘曲时，条带也总是会被下部刀片卡住。当切割模块从起始位置移动到切割位置时，卡指可以卡住条带，使得其可以在下部刀片上向上滑动。

当夹持头支承在纸箱堆垛的上部纸箱上时，真空吸盘通过布置在机器人处的负压源与纸箱堆垛的上部纸箱接合。真空吸盘将夹持头附接到纸箱堆垛，使得纸箱堆垛可以由机器人抬起和操纵。真空吸盘抓住最上层的纸箱并且条带保持整个堆垛。通过这种方式来提升纸箱堆垛，纸箱必须相对较硬，这是因为大多数纸箱仅由条带固定。因此，夹持头不适用于提升柔软或柔性产品，即使它们由条带固定在一起。纸箱的表面也必须相对平整，这样真空吸盘才能实现很好的夹持。

当夹持头附接到纸箱堆垛时，修剪模块24的切割模块28从如图3所示的起始位置37移动到如图4所示的切割位置38。切割模块的卡指26和下部刀片30在前部是斜切的，使得它们在切割模块向切割位置移动时能很容易地滑动到条带下方，即使上部纸箱不是完全平坦的。在切割位置，条带36被切割模块28围绕，其中具有下部边缘32的下部刀片30位于条带下方，具有上部边缘33的上部刀片31位于条带上方。

夹持头20还可以设置有条带检测器(未示出)，在一个示例中，该条带检测器可以是检测条带的位置的光电传感器。光电传感器可用于确定条带的位置，这有助于在夹持头定位在纸箱堆垛上之前对夹持头进行微调。光电传感器也可用于确保纸箱堆垛设有条带。由于条带以可预测的方式施加到纸箱堆垛并且对于每个纸箱堆垛而言定位在相同的位置，因此条带检测器是可选的。

在所描述的示例中，切割模块在纸箱堆垛被提升之前从起始位置移动到切割位置。也可以在纸箱堆垛位于接收位置7后将切割模块移动到切割位置。

修剪模块24设置有线性致动器27，切割模块28安装在该线性致动器上。线性致动器将切割模块从起始位置37移动到切割位置38。切割位置可以是对应于线性致动器的端部位置的固定位置。切割模块还可以设置有检测器，例如，微动开关，它检测切割模块何时到达条带并使线性致动器停止。

当纸箱堆垛被夹持头抓住时，纸箱堆垛被提升并移动到传送器6处的接收位置7。根据托盘上纸箱堆垛的取向，还可以旋转纸箱堆垛，从而使纸箱堆垛定位在接收位置时，纸箱上的印刷物处于正确的取向。当纸箱堆垛在接收位置处支承在传送器上时，可以通过包括上部刀片31和下部刀片30的切割器件来切断条带。如图5a-图5c所示，通过接合切割模块28的切割致动器34来切断条带。切割致动器将使设置有上部边缘33的上部刀片31朝向设置有下部边缘32的下部刀片30移动，使得这些边缘执行切割动作。由于带有夹持头的系统是协作系统，在该协作系统中，人类可以在机器人臂的可触及区域中工作，因此重要的是，切割模块处没有锋利或尖锐的边缘。因此，这些边缘不是锋利的或尖锐的，而是呈90度的边缘，当刀片相互交错时，这些边缘会切断条带。

同时，如图5b所示，布置在切割器件处的保持器件35与上部刀片一起朝向下部刀片移动并且将条带夹在保持器件和下部刀片之间。条带现在被切割模块牢固地保持。保持器件可以例如包括与下部刀片中的凹部配合的尖形图案或突出部分。保持器件优选地是弹簧加载的，使得无论条带的厚度如何，该保持器件都能够以牢固的方式夹持条带。当保持器件支承在条带上时，切割器件的上部刀片继续向下并切断条带，如图5c所示。条带现在被切断并通过保持器件牢固地保持在夹持头中。

在所示示例中，传送器包括两个间隔开的传送带，使得传送器的中央是开放的。这将简化条带的移除，该条带在接收位置处沿纸箱堆垛的竖直方向定位。由于传送器在中央处是开放的，因此条带不会竖立在纸箱堆垛上，并且条带可以轻易地被移除。条带可以沿水平方向定位，在这种情况下也可以使用封闭的传送器。传送器设置有用于支撑纸箱堆垛的竖直纸箱支撑件。传送器还可以设置有额外的夹持器，以保持纸箱堆垛。纸箱堆垛在接收位置处的方向基本上是竖直的，即纸箱相对于水平面以70-90度之间的角度布置。

通过从真空吸盘中撤出负压来将纸箱堆垛从夹持头中释放。机器人将夹持头从接收位置移动到废物箱上方的位置，在该位置处，通过使切割致动器返回到其空载位置，条带被修剪模块释放。条带掉落进废物箱中，夹持头准备好拾取新的纸箱堆垛。

该系统还设置有适于控制机器人和夹持头的运动的控制单元。控制单元优选地连接到用于包括传送器系统在内的整个制造系统的控制系统。这样，机器人可以在需要时将纸箱堆垛移动到接收位置。控制单元还可以使系统适应不同类型的纸箱，例如，具有不同的尺寸的纸箱或具有不同印刷物的纸箱。

该系统的另一个优点是夹持头还可用于移除布置在不同层的纸箱堆垛之间的插入片材或衬垫。可以容易地拾取衬垫并将其沿竖直方向放置在带有纸箱堆垛的托盘旁边的托盘上。

用于将纸箱堆垛从托盘移动到接收站并拆开纸箱堆垛的方法包括以下步骤。

在第一步骤100中，用光学检测器件检测纸箱上的印刷物的位置。根据印刷物位置，可以确定纸箱包装的取向。光学检测器件可以例如包括具有相机的视觉系统，该相机将检测纸箱上印刷物的位置和取向。

在第二步骤110中，根据所检测到的纸箱上的印刷物的位置，确定将纸箱堆垛保持在一起的条带的位置。因为对于所有纸箱堆垛来说，条带都在相同的位置处施加到纸箱堆垛，因此可以根据印刷物的位置估计条带的位置，或者可以由光学检测器件单独检测条带的位置。

在步骤120中，夹持头在纸箱堆垛中以相对于条带的预定位置定位在上部纸箱上。在该位置处，修剪模块的切割模块定位在条带的一侧上并且邻近条带。

在步骤130中，通过设置在夹持头上的多个真空吸盘来提升纸箱堆垛。夹持头提升纸箱堆垛的上部纸箱，由于条带将纸箱堆垛保持在一起，纸箱堆垛中的其余纸箱随着上部纸箱一起被提升。

在步骤140中，纸箱堆垛被以竖直位置放置在接收位置中。纸箱堆垛可以以条带沿竖直方向或水平方向的方式放置。

在步骤150中，切割模块从起始位置移动到切割位置，在切割位置中，切割模块的切割器件围绕条带。在此位置，具有下部边缘的下部刀片将位于条带下方，具有上部边缘的上部刀片将位于条带上方。该步骤也可以在夹持头已附接到纸箱堆垛之后但在纸箱堆垛被提升之前执行。

在步骤160中，通过使用切割致动器将具有上部边缘的上部刀片朝向具有下部边缘的下部刀片移动，利用切割模块来切割条带。同时，保持器件向下朝向下部刀片移动。保持器件布置为邻近上部刀片。

在步骤170中，条带由布置在切割模块上的保持器件保持。保持器件将以牢固的方式将条带夹在保持器件和下部刀片之间。

在步骤180中，夹持头从接收位置移动到废物箱上方的位置。

在步骤190中，通过使切割致动器返回到其空载状态，使得保持器件释放对条带的夹持，将条带释放到废物箱中。夹持头现在可以返回托盘以拾取新的纸箱堆垛。

根据如何检测条带的位置，可包括其他步骤。如果仅通过使用印刷物的位置来确定条带的位置，则检测纸箱包装是否包括条带可能是有利的。条带的存在可以通过用于检测是否存在条带的光学检测器来检测，例如，光电传感器。该传感器可用于检测条带的存在，或条带是否错位。如果条带错位，则可以调整夹持器的保持位置，使夹持器与条带正确对准。

本发明不应被认为限于上述实施例，在所附的专利权利要求的范围内可以有许多其他的变形和修改。

附图标记

1:系统

2:托盘

3:纸箱堆垛

4:机器人

5:机器人臂

6:传送器

7:接收位置

8:废物箱

20:夹持头

21:安全罩

22:真空吸盘

23:框架

24:修剪模块

25:视觉系统

26:卡指

27:线性致动器

28:切割模块

29:切割器件

30:下部刀片

31:上部刀片

32:下部边缘

33:上部边缘

34:切割致动器

35:保持器件

36:条带

37:起始位置

38:切割位置

39:夹持平面

40:光学检测器件

Claims (12)

1.一种用于将纸箱堆垛(3)从托盘(2)移动到接收位置(7)的系统(1)，其中，堆垛(3)由条带(36)保持在一起，其中所述接收位置(7)包括适于将所述纸箱堆垛(3)支撑在竖直位置中的至少一个纸箱支撑件，其中所述系统包括设置有夹持头(20)的工业机器人(4)，其中所述夹持头(20)包括设置有切割器件(29)的切割模块(28)，其中所述系统包括用于保持多个所述纸箱堆垛(3)的托盘(2)的至少一个位置，其中所述接收位置(7)布置成接收处于竖直取向的纸箱堆垛(3)，并且其中所述系统包括废物箱(8)，以用于接收切断的保持条带(36)，其特征在于，所述夹持头(20)包括光学检测器件(40)，所述光学检测器件适于检测纸箱上的印刷物的位置，使得能够确定所述纸箱堆垛(3)的取向和条带(36)的位置，其中所述机器人(4)布置成将纸箱堆垛(3)从所述托盘(2)处的水平位置移动到所述接收位置(7)处的所述竖直位置，其中所述切割器件(29)布置成在所述接收位置(7)处切断所述条带(36)，并且其中，所述夹持头(20)布置成保持切断的所述条带(36)并将切断的所述条带移动到所述废物箱(8)，在所述废物箱处所述夹持头(20)布置成将所述条带(36)释放到所述废物箱(8)中。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收位置(7)布置在传送器(6)的一个端部处。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述夹持头(20)包括多个真空吸盘(22)，并且其中，所述切割模块(24)适于从起始位置(37)移动到切割位置(38)，在所述切割位置中，所述条带(36)被所述切割模块(24)围绕，并且其中在所述切割模块(24)切断所述条带(36)后，一保持器件(35)适于保持所述条带(36)。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述切割器件(29)和所述保持器件(35)彼此邻近地布置。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的系统，其特征在于，所述切割器件(29)和所述保持器件(35)由同一致动器(34)致动。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述光学检测器件(40)包括相机(25)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述光学检测器件(40)包括光电传感器，所述光电传感器适于检测条带(36)的存在。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述纸箱堆垛(3)以所述条带处于竖直取向的方式放置在所述接收位置(7)处。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述纸箱堆垛(3)以所述条带处于水平取向的方式放置在所述接收位置(7)处。

10.一种用于将纸箱堆垛从托盘移动到接收位置并切割将所述纸箱堆垛保持在一起的条带的方法，所述方法包括以下步骤：

-用光学检测器件检测纸箱上的印刷物的位置，使得能够确定所述纸箱堆垛的取向，

-根据所检测到的所述纸箱上的所述印刷物的位置来确定所述条带的位置，

-使夹持头相对于所述条带定位在预定位置中，

-利用布置在所述夹持头上的多个真空吸盘提升所述纸箱堆垛，

-将所述纸箱堆垛以竖直位置放置在所述接收位置处，

-使设置在所述夹持头中的切割模块从起始位置移动到切割位置，在所述切割位置中，所述切割模块围绕所述条带，

-用所述切割模块切割所述条带，

-用布置在所述夹持头上的保持器件保持所述条带，

-将所述夹持头移动到废物箱，以及

-将所述条带释放到所述废物箱中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：当修剪模块处于所述切割位置时，利用条带检测器检测条带的存在。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：移除布置在多层纸箱堆垛之间的插入片材或衬垫，并将所述片材或衬垫沿竖直方向放置在带有所述纸箱堆垛的所述托盘旁边的托盘上。

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