CN115871012B - 一种上料夹爪及上料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种上料夹爪及上料机器人。上料夹爪包括座架、视觉模块、多个吸盘、驱动模组和切刀，视觉模块设置于座架上且能够定位条盒纸垛的位置，条盒纸垛环绕其外周捆扎有纸带。多个吸盘均设置于座架上，吸盘能够根据视觉模块定位的位置吸附纸带并将条盒纸垛转运至裁切工位。驱动模组设置于座架上并与切刀传动连接，以驱动切刀裁切纸带并使纸带上形成两个裁切端。纸带的一个裁切端能够与吸盘吸附相连，以将纸带从条盒纸垛的下方抽离。上料机器人包括上料夹爪，视觉模块集成到座架上，提高了视觉识别的定位精度。上料夹爪能够实现条盒纸垛的定位和转运，同时能够完成纸带的裁切和收集，使得上料夹爪集成了多种功能。

Description

一种上料夹爪及上料机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种上料夹爪及上料机器人。

背景技术

目前，为节省占地面积、保护车间环境，烟草包装上料设备一般均采用协作式机器人完成包装材料的自动上料过程。包装材料为使用牛皮纸捆扎的条盒纸垛，条盒纸垛中的条盒纸能够折叠成烟盒。

现有的协作机器人受到负载和协作功能的影响，上料夹爪的功能相对单一，仅仅能够通过真空吸附的方式实现取料和移料功能。在取料前，需要通过单独安装在支架上的3D相机实现物料的拍照定位，随着物料高度的下降，3D相机与物料的高度差越来越大，容易导致3D相机的定位精度逐渐下降，影响上料夹爪的精准抓取。同时，在取料后需要配套使用独立的裁切设备裁切并回收牛皮纸，以便于条盒纸垛后期的取用，使得上料设备过于复杂，占地面积较大，不利于后期的维护保养，不能充分发挥协作机器人的灵活性。

因此，亟需一种上料夹爪及上料机器人来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上料夹爪及上料机器人，以实现条盒纸垛的精准上料和纸带的自动裁切和回收，提高上料夹爪的功能集成度，并简化结构，减少占地面积。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种上料夹爪，包括：

座架和视觉模块，所述视觉模块设置于所述座架上且能够定位条盒纸垛的位置，所述条盒纸垛环绕其外周捆扎有纸带；

多个吸盘，多个所述吸盘均设置于所述座架上，所述吸盘被配置为能够根据所述视觉模块定位的位置吸附所述纸带并将所述条盒纸垛转运至裁切工位；

驱动模组和切刀，所述驱动模组设置于所述座架上并与所述切刀传动连接，以驱动所述切刀裁切所述纸带并使所述纸带上形成两个裁切端；所述纸带的一个裁切端能够与所述吸盘吸附相连，以将所述纸带从所述条盒纸垛的下方抽离。

作为优选方案，所述条盒纸垛为白色，所述纸带为黄色；

所述上料夹爪还包括色标传感器，所述色标传感器设置于所述座架上并能够检测所述切刀的裁切初始位置的颜色；当所述色标传感器检测到的颜色为白色时，所述切刀能够裁切所述纸带；当所述色标传感器检测到的颜色至少包括黄色时，所述吸盘释放所述纸带且所述座架旋转180°，以使所述切刀从所述纸带宽度方向的另一侧裁切所述纸带。

作为优选方案，所述上料夹爪还包括两个安装板，每个安装板上均安装有所述吸盘；两个所述安装板沿所述纸带的长度方向相对设置于所述座架上并围设成切割通道；所述驱动模组驱动所述切刀沿所述切割通道移动，以将所述纸带沿其宽度方向裁切开。

作为优选方案，所述安装板上开设有三个呈三角形分布的第一安装孔，每个所述第一安装孔内均通过紧固件固定安装有所述吸盘。

作为优选方案，所述第一安装孔的长度沿所述纸带的宽度方向延伸，以使所述吸盘沿所述第一安装孔的长度方向的位置可调。

作为优选方案，所述安装板上还开设有第二安装孔，所述第二安装孔的长度沿所述纸带的长度方向延伸；

所述上料夹爪还包括连杆，所述连杆的一端与所述座架相连，另一端穿设于对应的所述第二安装孔内并与所述安装板相连；所述连杆能够沿所述第二安装孔的长度方向滑动，以调节所述切割通道的宽度。

作为优选方案，所述驱动模组包括：

升降驱动件，所述升降驱动件的输出端与所述切刀相连，以驱动所述切刀沿竖直方向下降至裁切初始位置，位于所述裁切初始位置的所述切刀的高度低于位于所述条盒纸垛上表面的所述纸带的高度；

横移驱动件，所述横移驱动件与所述升降驱动件传动连接，以驱动所述升降驱动件与所述切刀沿所述纸带的宽度方向移动，以将所述纸带裁切开。

作为优选方案，所述驱动模组还包括连接板，所述连接板上开设有第三安装孔，所述第三安装孔的长度沿竖直方向延伸，所述升降驱动件沿竖直方向位置可调地安装于所述第三安装孔内。

作为优选方案，所述视觉模块为3D相机。

一种上料机器人，包括机械手和上述的上料夹爪，所述机械手与所述上料夹爪的座架相连。

本发明的有益效果为：

本发明提出的上料夹爪，将视觉模块集成到座架上，无需单独安装支撑视觉模块的支架，简化了结构，同时能够避免外界因素对视觉模块造成干扰，提高了视觉识别的定位精度。吸盘能够吸附条盒纸垛外周捆扎的纸带，以将条盒纸垛转运至裁切工位，然后驱动模组驱动切刀将纸带裁切开，以便于条盒纸垛的自动上料。最后，吸盘能够与裁切后的纸带的一个裁切端吸附相连，并将纸带从条盒纸垛的下方抽离，以完成纸带的自动裁切和收集功能。上料夹爪能够实现条盒纸垛的精准定位和转运，同时能够完成条盒纸垛上的纸带的自动裁切和收集，使得上料夹爪集成了多种功能，简化了上料夹爪的结构，节约了占地面积。

本发明提出的上料机器人包括上述的上料夹爪，将视觉模块集成到座架上，无需单独安装支撑视觉模块的支架，简化了结构，同时能够避免外界因素对视觉模块造成干扰，提高了视觉识别的定位精度。吸盘能够吸附条盒纸垛外周捆扎的纸带，以将条盒纸垛转运至裁切工位，然后驱动模组驱动切刀将纸带裁切开，以便于条盒纸垛的自动上料。最后，吸盘能够与裁切后的纸带的一个裁切端吸附相连，并将纸带从条盒纸垛的下方抽离，以完成纸带的自动裁切和收集功能。上料夹爪能够实现条盒纸垛的精准定位和转运，同时能够完成条盒纸垛上的纸带的自动裁切和收集，使得上料夹爪集成了多种功能，简化了上料夹爪的结构，节约了占地面积。

附图说明

图1是本发明实施例提供的上料夹爪的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的吸盘与两个安装板的组装结构示意图；

图3是本发明实施例提供的驱动模组的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的上料夹爪的主视图。

图中部件名称和标号如下：

10、条盒纸垛；20、纸带；

1、座架；11、吊板；2、视觉模块；3、吸盘；4、驱动模组；41、升降驱动件；42、横移驱动件；43、连接板；431、第三安装孔；5、切刀；6、色标传感器；7、安装板；71、第一安装孔；72、第二安装孔；8、连杆；9、护罩。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提出了一种上料机器人，主要用于烟草包装原辅料的上料工序。具体地，烟盒通过条盒纸垛进行弯折、粘接而成。在烟草生产过程中，多层条盒纸垛经过纸带（一般为牛皮纸）捆扎成包，然后多包条盒纸垛堆叠放置于堆栈区，上料机器人将堆叠放置的条盒纸垛逐包转运至裁切工位。当然，在其他实施例中，上料机器人还能够完成其他产品的自动上料过程，在此不作具体限定。

目前，上料机器人包括机械手和上料夹爪，机械手与上料夹爪的座架相连，以通过上料夹爪抓取条盒纸垛，完成条盒纸垛的转运上料。现有的上料夹爪的功能相对单一，仅仅能够实现条盒纸垛的取料和移料功能。在取料前，需要通过单独安装在支架上的3D相机实现物料的拍照定位，随着物料高度的下降，3D相机与物料的高度差越来越大，容易导致3D相机的定位精度逐渐下降，影响上料夹爪的精准抓取。同时，在取料后需要配套使用独立的裁切设备裁切并回收纸带，使得整体的上料设备过于复杂，占地面积较大，不利于后期的维护保养。

为了解决上述问题，如图1所示，本实施例还提出了一种上料夹爪，具体包括座架1、视觉模块2、多个吸盘3、驱动模组4和切刀5，视觉模块2设置于座架1上且能够定位条盒纸垛10的位置，条盒纸垛10环绕其外周捆扎有纸带20。多个吸盘3均设置于座架1上，吸盘3能够根据视觉模块2定位的位置吸附纸带20并将条盒纸垛10转运至裁切工位。驱动模组4设置于座架1上并与切刀5传动连接，以驱动切刀5裁切纸带20并使纸带20上形成两个裁切端。纸带20的一个裁切端能够与吸盘3吸附相连，以将纸带20从条盒纸垛10的下方抽离。

在本实施例中，将视觉模块2集成到座架1上，无需单独安装支撑视觉模块2的支架，简化了结构，同时能够避免外界因素对视觉模块2造成干扰，提高了视觉识别的定位精度。吸盘3能够吸附条盒纸垛10外周捆扎的纸带20，以将条盒纸垛10转运至裁切工位，然后驱动模组4驱动切刀5将纸带20裁切开，以便于条盒纸垛10的自动上料。最后，吸盘3与裁切后的纸带20的一个裁切端吸附相连，并将纸带20从条盒纸垛10的下方抽离，以完成纸带20的自动裁切和收集功能。上料夹爪能够实现条盒纸垛10的精准定位和转运，同时能够完成条盒纸垛10上的纸带20的自动裁切和收集，使得上料夹爪集成了多种功能，简化了上料夹爪的结构，节约了占地面积。

需要说明的是，座架1上方凸设有吊板11，机械手与吊板11通过螺栓紧固连接。视觉模块2为3D相机，3D相机能够通过一次拍摄即可获得堆叠放置的最上层的每包条盒纸垛10的位置坐标，定位效率较高。同时，由于3D相机安装于座架1上，能够随座架1同步移动，以保证3D相机在适宜的高度范围内识别每层条盒纸垛10，避免外界因素的干扰，上述的外界因素指随着条盒纸垛10的转运过程导致的最上层的条盒纸垛10与固定高度安装的3D相机之间的距离越来越大，有利于提高视觉模块2的定位精度。由于3D相机的拍摄定位过程为现有技术，在此不再赘述。

如图1和图2所示，上料夹爪还包括两个安装板7，每个安装板7上均安装有吸盘3。两个安装板7沿纸带20的长度方向相对设置于座架1上并围设成切割通道。驱动模组4驱动切刀5沿切割通道移动，以将纸带20沿其宽度方向裁切开。

具体地，安装板7呈E型，安装板7上开设有三个呈三角形分布的第一安装孔71，每个第一安装孔71内均通过紧固件固定安装有吸盘3。每个安装板7上安装有三个吸盘3，且三个吸盘3不在一条线上，能够使纸带20受到均匀的吸附力，提高了吸盘3吸附的稳定性。上述的紧固件为螺栓，便于吸盘3的拆装更换，且提高了吸盘3与安装板7的连接强度。

需要说明的是，当切刀5将纸带20裁切后，两个安装板7上的三个吸盘3分别吸附于纸带20的两个裁切端。此时，其中一个安装板7上的三个吸盘3释放对应的裁切端，另一个安装板7上的三个吸盘3保持稳定的吸附状态，机械手将上料夹爪从条盒纸垛10上移开时，纸带20随吸盘3移动并从条盒纸垛10的底部抽离，机械手将纸带20移动至废料箱的上方后，吸盘3释放纸带20的裁切端，纸带20自动下落至废料箱内，完成了纸带20的自动回收。

进一步地，第一安装孔71的长度沿纸带20的宽度方向延伸，以使吸盘3沿第一安装孔71的长度方向的位置可调。即可以根据纸带20的不同宽度灵活调节同一安装板7上吸盘3沿纸带20的宽度方向的间距，以使同一安装板7上的三个吸盘3能够吸附不同宽度的纸带20，提高了上料夹爪的通用性。

如图1和图2所示，安装板7上还开设有第二安装孔72，第二安装孔72的长度沿纸带20的长度方向延伸。上料夹爪还包括连杆8，连杆8的一端与座架1相连，另一端穿设于对应的第二安装孔72内并与安装板7相连。连杆8能够沿第二安装孔72的长度方向滑动，以调节切割通道的宽度。根据切刀5在裁切时所占用的宽度灵活调节切割通道的宽度，以满足上料夹爪不同的裁切需求，提高了上料夹爪的通用性。

如图1和图3所示，驱动模组4包括升降驱动件41和横移驱动件42，升降驱动件41的输出端与切刀5相连，以驱动切刀5沿竖直方向下降至裁切初始位置，位于裁切初始位置的切刀5的高度低于位于条盒纸垛10上表面的纸带20的高度。横移驱动件42与升降驱动件41传动连接，以驱动升降驱动件41与切刀5沿纸带20的宽度方向移动，以将纸带20裁切开。具体地，横移驱动件42为横移气缸，升降驱动件41为升降气缸，使得横移驱动件42与升降驱动件41的结构简单，便于安装。由于气缸的体积较小，实现了驱动模组4的紧凑安装。

需要说明的是，当吸盘3吸附纸带20时，纸带20被吸附的区域起拱并脱离条盒纸垛10的上表面。升降气缸驱动切刀5下降至条盒纸垛10的上表面的裁切初始位置，横移气缸驱动切刀5沿切割通道移动时，切刀5能够勾住纸带20的起拱区域并从纸带20宽度方向的一侧移动至另一侧，从而将纸带20沿其宽度方向裁切开，使得纸带20形成两个裁切端。

进一步地，驱动模组4还包括连接板43，连接板43上开设有第三安装孔431，第三安装孔431的长度沿竖直方向延伸，升降驱动件41沿竖直方向位置可调地安装于第三安装孔431内，实现了升降驱动件41沿竖直方向的位置调节，便于精确调节切刀5沿竖直方向的位移。

进一步地，上料夹爪还包括护罩9，护罩9安装于座架1上并罩设于切刀5上，以避免切刀5对工作人员造成意外伤害，提高了上料夹爪的安全性。

如图4所示，当上料夹爪通过吸盘3吸附条盒纸垛10上的纸带20时，切刀5位于纸带20沿其宽度方向的一侧。本实施例的条盒纸垛10为白色，纸带20为黄色，为了保证切刀5下降至条盒纸垛10的上表面时不会压住纸带20导致裁切失败，上料夹爪还包括色标传感器6，色标传感器6设置于座架1上并能够检测切刀5的裁切初始位置的颜色。当色标传感器6检测到的颜色为白色时，切刀5能够裁切纸带20。当色标传感器6检测到的颜色至少包括黄色时，吸盘3释放纸带20且座架1旋转180°，以使切刀5从纸带20宽度方向的另一侧裁切纸带20。

具体地，上述的裁切初始位置位于纸带20靠近切刀5的一侧，当色标传感器6检测到裁切初始位置的颜色为白色时，说明纸带20没有向切刀5一侧发生偏移，即升降气缸驱动切刀5下降至条盒纸垛10的上表面（即裁切初始位置）时，切刀5不会压住纸带20。当色标传感器6检测到裁切初始位置的颜色为白色和黄色或者仅仅只有黄色时，说明纸带20已经向切刀5一侧发生了较大的偏移，即升降气缸驱动切刀5下降至条盒纸垛10的上表面（即裁切初始位置）时，切刀5会压住纸带20，导致裁切失败。当色标传感器6检测到的颜色至少包括黄色时，吸盘3释放纸带20且座架1旋转180°，切刀5随座架1同步旋转180°，使得切刀5从纸带20宽度方向的一侧旋转至另一侧，从而保证切刀5不会压住纸带20，确保成功裁切纸带20。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种上料夹爪，其特征在于，包括：

座架（1）和视觉模块（2），所述视觉模块（2）设置于所述座架（1）上且能够定位条盒纸垛（10）的位置，所述条盒纸垛（10）环绕其外周捆扎有纸带（20）；

多个吸盘（3），多个所述吸盘（3）均设置于所述座架（1）上，所述吸盘（3）被配置为能够根据所述视觉模块（2）定位的位置吸附所述纸带（20）并将所述条盒纸垛（10）转运至裁切工位；以及

驱动模组（4）和切刀（5），所述驱动模组（4）设置于所述座架（1）上并与所述切刀（5）传动连接，以驱动所述切刀（5）裁切所述纸带（20）并使所述纸带（20）上形成两个裁切端；所述纸带（20）的一个裁切端能够与所述吸盘（3）吸附相连，以将所述纸带（20）从所述条盒纸垛（10）的下方抽离；所述条盒纸垛（10）为白色，所述纸带（20）为黄色；

所述上料夹爪还包括色标传感器（6），所述色标传感器（6）设置于所述座架（1）上并能够检测所述切刀（5）的裁切初始位置的颜色；当所述色标传感器（6）检测到的颜色为白色时，所述切刀（5）能够裁切所述纸带（20）；当所述色标传感器（6）检测到的颜色至少包括黄色时，所述吸盘（3）释放所述纸带（20）且所述座架（1）旋转180°，以使所述切刀（5）从所述纸带（20）宽度方向的另一侧裁切所述纸带（20）。

2.根据权利要求1所述的上料夹爪，其特征在于，所述上料夹爪还包括两个安装板（7），每个安装板（7）上均安装有所述吸盘（3）；两个所述安装板（7）沿所述纸带（20）的长度方向相对设置于所述座架（1）上并围设成切割通道；所述驱动模组（4）驱动所述切刀（5）沿所述切割通道移动，以将所述纸带（20）沿其宽度方向裁切开。

3.根据权利要求2所述的上料夹爪，其特征在于，所述安装板（7）上开设有三个呈三角形分布的第一安装孔（71），每个所述第一安装孔（71）内均通过紧固件固定安装有所述吸盘（3）。

4.根据权利要求3所述的上料夹爪，其特征在于，所述第一安装孔（71）的长度沿所述纸带（20）的宽度方向延伸，以使所述吸盘（3）沿所述第一安装孔（71）的长度方向的位置可调。

5.根据权利要求2所述的上料夹爪，其特征在于，所述安装板（7）上还开设有第二安装孔（72），所述第二安装孔（72）的长度沿所述纸带（20）的长度方向延伸；

所述上料夹爪还包括连杆（8），所述连杆（8）的一端与所述座架（1）相连，另一端穿设于对应的所述第二安装孔（72）内并与所述安装板（7）相连；所述连杆（8）能够沿所述第二安装孔（72）的长度方向滑动，以调节所述切割通道的宽度。

6.根据权利要求1所述的上料夹爪，其特征在于，所述驱动模组（4）包括：

升降驱动件（41），所述升降驱动件（41）的输出端与所述切刀（5）相连，以驱动所述切刀（5）沿竖直方向下降至裁切初始位置，位于所述裁切初始位置的所述切刀（5）的高度低于位于所述条盒纸垛（10）上表面的所述纸带（20）的高度；以及

横移驱动件（42），所述横移驱动件（42）与所述升降驱动件（41）传动连接，以驱动所述升降驱动件（41）与所述切刀（5）沿所述纸带（20）的宽度方向移动，以将所述纸带（20）裁切开。

7.根据权利要求6所述的上料夹爪，其特征在于，所述驱动模组（4）还包括连接板（43），所述连接板（43）上开设有第三安装孔（431），所述第三安装孔（431）的长度沿竖直方向延伸，所述升降驱动件（41）沿竖直方向位置可调地安装于所述第三安装孔（431）内。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的上料夹爪，其特征在于，所述视觉模块（2）为3D相机。

9.一种上料机器人，其特征在于，包括机械手和权利要求1～8中任一项所述的上料夹爪，所述机械手与所述上料夹爪的座架（1）相连。

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