基于流水線的自動裝箱控制系統的制作方法

本發明涉及流水線的裝箱技術領域，具體涉及一種基于流水線的自動裝箱控制系統。

背景技術：

傳統的工廠流水線上在大紙箱里裝入多個裝有物件產品的小紙盒時，都是人工來將小紙盒裝入大紙箱里，大紙箱裝滿后然后推走再裝下一個紙箱，此種方式屬于純人工操作，耗費人力，影響流水線的生產進度。現有一部分自動裝箱技術方案，但是基本上都是只有水平方向和垂直方向兩個方向的移動抓取紙盒位置，用氣缸或者是電機來驅動水平方向或者是垂直方向的移動，這對于當往紙箱里裝入紙盒后紙箱已經沒有剩余空間的情況下亦即紙盒在紙箱內部排布很密集的裝箱情況下，裝前幾個盒子空間還多，越裝到最后空間越小越難裝進去，尤其是對于多行多列的裝箱，僅僅利用水平和垂直兩個方向的移動控制是沒法做到的，試想人工在這種裝箱情況下，在進行紙盒裝箱時根據紙盒在紙箱內部不同的位置，人會利用自己的手關節來將紙盒各個任意角度傾斜從而將紙盒插入空間密集有限的紙箱，而現有技術還無法做到這一點。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術的不足，提供一種基于流水線的自動裝箱控制系統，旨在解決傳統的生產線的紙盒裝箱完全依靠人工來實現的技術問題。

考慮到現有技術的上述問題，根據本發明公開的一個方面，本發明采用以下技術方案：

一種基于流水線的自動裝箱控制系統，包括機架本體、紙盒傳輸定位機構、紙箱傳輸定位機構、機器人本體、PLC控制器、機器人控制器；所述紙盒傳輸定位機構包括輸送皮帶、紙盒導向板、推桿、紙盒定位組件和隨動組件，所述輸送皮帶設置于所述機架本體上，所述輸送皮帶的至少一側設置紙盒導向板，所述輸送皮帶下方設置用于驅動輸送皮帶傳動的第一輸送電機，所述輸送皮帶首端設置第一傳感器，所述送皮帶尾端設置第二傳感器，所述輸送皮帶首端還設置用于將紙盒立起的推桿，所述推桿上連接有驅動推桿翻轉的翻轉氣缸和用于回翻動作的回轉氣缸，所述輸送皮帶尾端設置隨動組件和用于將紙盒固定夾緊的紙盒定位組件，所述隨動組件包括一個產生推出紙盒定位組件動作的推出氣缸和一個產生縮回紙盒定位組件動作的縮回氣缸，以及所述隨動組件上連接有一個用于驅動隨動組件伸出的伸出氣缸和一個用于驅動隨動組件后退的后退氣缸；所述紙箱傳輸定位機構包括滾筒輸送線、紙箱導向板、第一擋板、第二擋板和紙箱對中單元，所述滾筒輸送線兩側均設置紙箱導向板，所述滾筒輸送線下方設置用于驅動滾筒輸送線傳動的第二輸送電機，所述滾筒輸送線的兩滾筒縫隙處分別設置第一擋板和第二擋板，所述第一擋板前端設置第三傳感器，所述第二擋板前端設置第四傳感器，所述第一擋板上連接有用于驅動第一擋板上升的第一上升氣缸和驅動其下降的第一下降氣缸，所述第二擋板上連接有用于驅動第二擋板上升的第二上升氣缸和驅動其下降的第二下降氣缸，所述紙箱對中單元設置于所述第一擋板和第二擋板之間；所述機器人本體位于所述紙盒傳輸定位機構的輸送皮帶與所述紙箱傳輸定位機構的滾筒輸送線之間，且所述機器人本體與所述機器人控制器連接；所述第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器分別與所述PLC控制器電連接，所述PLC控制器還與所述機器人控制器電連接。

為了更好地實現本發明，進一步的技術方案是：

根據本發明的一個實施方案，所述機器人本體前端設置有一個吸盤組件。

根據本發明的另一個實施方案，所述吸盤組件包括吸盤連接座、吸盤、吸盤連接管、彈簧和第五傳感器，所述吸盤連接座用于與所述機器人本體前端連接，所述吸盤連接管一端與所述吸盤固定連接，所述吸盤連接管另一端與所述吸盤連接座滑動連接，所述彈簧套在所述吸盤連接管上并支撐在所述吸盤連接座與所述吸盤之間，所述第五傳感器設置于所述吸盤連接座上。

根據本發明的另一個實施方案，所述吸盤、吸盤連接管及彈簧均為兩個，兩個所述吸盤連接管之間設置傳感器金屬感應片，所述傳感器金屬感應片兩端分別設置用于卡入所述吸盤連接管的卡口，所述彈簧用于頂在所述傳感器金屬感應片上。

根據本發明的另一個實施方案，所述傳感器金屬感應片中部向一側折彎成一個凸起結構。

根據本發明的另一個實施方案，還包括真空開關、抽真空電磁閥和破真空電磁閥，所述吸盤連接管還與抽真空電磁閥和破真空電磁閥連接，所述抽真空電磁閥和破真空電磁閥分別與所述真空開關電連接，所述真空開關與所述PLC控制器電連接。

根據本發明的另一個實施方案，所述機器人本體為六軸機器人。

根據本發明的另一個實施方案，所述機架本體上設置塔燈。

根據本發明的另一個實施方案，所述紙箱對中單元包括伺服驅動器和底座，所述伺服驅動器與伺服電機電連接，所述伺服電機的輸出端與同步帶連接，所述底座上設置導軌，所述導軌上設置能夠滑動的兩塊夾板，所述同步帶能夠帶動所述夾板滑動。

本發明還可以是：

根據本發明的另一個實施方案，所述底座上還設置用于伺服電機正極限位置檢測的第六傳感器、用于伺服電機反極限位置檢測的第七傳感器和用于伺服電機原點位置檢測第八傳感器，所述第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器分別與所述PLC控制器電連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果之一是：

本發明的一種基于流水線的自動裝箱控制系統，用安裝有吸盤的機器人吸起小紙盒放進大紙箱，用PLC控制器和機器人控制實現完全自動裝箱，無需人工操作，并且大紙箱里裝入的小紙盒的行數和列數以及大紙箱和小紙盒的尺寸大小隨時可在觸摸屏上調整，實現多種產品多種數量的裝箱，還可以防止小紙盒里的產品損壞，起到保護作用，大大減小了安全隱患；以及本發明結構緊湊、機構巧妙，可以實現多品種多樣式的自動裝箱，使用方便簡單，提高了生產效率。

附圖說明

為了更清楚的說明本申請文件實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據這些附圖得到其它的附圖。

圖1為根據本發明一個實施例的自動裝箱控制系統的一側結構示意圖。

圖2為根據本發明一個實施例的自動裝箱控制系統的另一側結構示意圖。

圖3為根據本發明一個實施例的紙箱定位伺服系統的結構示意圖。

圖4為根據本發明一個實施例的吸盤組件的結構示意圖。

其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為：

1－機架本體，2－紙盒傳輸定位機構，3－紙箱傳輸定位機構，4－機器人本體，5－輸送皮帶，6－紙盒導向板，7－推桿，8－紙盒定位組件，9－隨動組件，10－第一輸送電機，11－第一傳感器，12－第二傳感器，13－翻轉氣缸，14－回轉氣缸，15－推出氣缸，16－縮回氣缸，17－伸出氣缸，18－后退氣缸，19－滾筒輸送線，20－紙箱導向板，21－第二輸送電機，22－第一擋板，23－第二擋板，24－第三傳感器，25－第四傳感器，26－第一上升氣缸，27－第一下降氣缸，28－第二上升氣缸，29－第二下降氣缸，30－紙箱對中單元，31－吸盤組件，32－吸盤連接座，33－吸盤，34－吸盤連接管，35－彈簧，36－第五傳感器，37－傳感器金屬感應片，38－卡口，39－機器人控制器，40－塔燈，41－伺服電機，42－同步帶，43－夾板，44－底座，45－導軌，46－第六傳感器，47－第七傳感器，48－第八傳感器，49－真空開關，50－抽真空電磁閥，51－破真空電磁閥，52－紙盒，53－紙箱。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

如圖1～圖4所示，一種基于流水線的自動裝箱控制系統，包括機架本體1、紙盒傳輸定位機構2、紙箱傳輸定位機構3、機器人本體4、PLC控制器、機器人控制器39、觸摸屏；所述紙盒傳輸定位機構2包括輸送皮帶5、紙盒導向板6、推桿7、紙盒定位組件8和隨動組件9，所述輸送皮帶5設置于所述機架本體1上，所述輸送皮帶5的至少一側設置紙盒導向板6，所述輸送皮帶5下方設置用于驅動輸送皮帶5傳動的第一輸送電機10，所述輸送皮帶5首端設置第一傳感器11，所述送皮帶5尾端設置第二傳感器12，所述輸送皮帶5首端還設置用于將紙盒立起的推桿7，所述推桿7上連接有驅動推桿7翻轉的翻轉氣缸13和用于回翻動作的回轉氣缸14，所述輸送皮帶5尾端設置隨動組件9和用于將紙盒固定夾緊的紙盒定位組件8，所述隨動組件9包括一個產生推出紙盒定位組件8動作的推出氣缸15和一個產生縮回紙盒定位組件8動作的縮回氣缸16，以及所述隨動組件9上連接有一個用于驅動隨動組件9伸出的伸出氣缸17和一個用于驅動隨動組件9后退的后退氣缸18；所述紙箱傳輸定位機構3包括滾筒輸送線19、紙箱導向板20、第一擋板22、第二擋板23和紙箱對中單元30，所述滾筒輸送線19兩側均設置紙箱導向板20，所述滾筒輸送線19下方設置用于驅動滾筒輸送線19傳動的第二輸送電機21，所述滾筒輸送線19的兩滾筒縫隙處分別設置第一擋板22和第二擋板23，所述第一擋板22前端設置第三傳感器24，所述第二擋板23前端設置第四傳感器25，所述第一擋板22上連接有用于驅動第一擋板22上升的第一上升氣缸26和驅動其下降的第一下降氣缸27，所述第二擋板23上連接有用于驅動第二擋板23上升的第二上升氣缸28和驅動其下降的第二下降氣缸29，所述紙箱對中單元30設置于所述第一擋板22和第二擋板23之間；所述機器人本體4位于所述紙盒傳輸定位機構2的輸送皮帶5與所述紙箱傳輸定位機構3的滾筒輸送線19之間，且所述機器人本體4與所述機器人控制器39連接；所述第一傳感器11、第二傳感器12、第三傳感器24和第四傳感器25分別與所述PLC控制器電連接，所述PLC控制器還與所述機器人控制器39電連接，即機器人控制器39的輸出信號引腳和輸入信號引腳分別與PLC控制器的輸入信號引腳和輸出信號引腳電連接。PLC控制器可位于機架本體1側面，所述機器人控制器39位于機架本體1底部，所述觸摸屏位于機架本體1側面靠近紙箱傳輸定位機構3的觸摸屏安裝支架上。

用于翻轉回翻的翻轉氣缸13和回轉氣缸14上分別安裝有第一磁性開關和第二磁性開關，并且所述第一磁性開關和第二磁性開關接入PLC控制器上的引腳；用于推出縮回的推出氣缸15和縮回氣缸16上分別安裝有第三磁性開關和第四磁性開關，并且所述第三磁性開關和第四磁性開關接入PLC控制器上的引腳；用于伸出后退的伸出氣缸17和后退氣缸18上分別安裝有第五磁性開關和第六磁性開關，并且所述第五磁性開關和第六磁性開關接入PLC控制器上的引腳；用于上升下降的第一上升氣缸26和第一下降氣缸27上分別安裝有第七磁性開關和第八磁性開關，并且所述第七磁性開關和第八磁性開關接入PLC控制器上的引腳；以及用于驅動第二擋板23上升的第二上升氣缸28和驅動其下降的第二下降氣缸29上分別安裝有第九磁性開關和第十磁性開關，并且所述第九磁性開關和第十磁性開關也接入PLC控制器上的相應引腳。

機器人本體4前端設置有一個吸盤組件31，該吸盤組件31的優選結構可包括吸盤連接座32、吸盤33、吸盤連接管34、彈簧35和第五傳感器36，所述吸盤連接座32用于與所述機器人本體4前端連接，所述吸盤連接管34一端與所述吸盤33固定連接，所述吸盤連接管34另一端與所述吸盤連接座32滑動連接，所述彈簧35套在所述吸盤連接管34上并支撐在所述吸盤連接座32與所述吸盤33之間，所述第五傳感器36設置于所述吸盤連接座32上。

如圖4所示，吸盤33、吸盤連接管34及彈簧35均為兩個，兩個所述吸盤連接管34之間設置傳感器金屬感應片37，所述傳感器金屬感應片37兩端分別設置用于卡入所述吸盤連接管34的卡口38，所述彈簧35用于頂在所述傳感器金屬感應片37上，傳感器金屬感應片37中部向一側折彎成一個凸起結構。

如圖1所示，還包括真空開關49、抽真空電磁閥50和破真空電磁閥51，所述吸盤連接管34還與抽真空電磁閥50和破真空電磁閥51連接，所述抽真空電磁閥50和破真空電磁閥51分別與所述真空開關49電連接，所述真空開關49與所述PLC控制器電連接。

上述機器人本體4優選六軸機器人。機架本體1上設置塔燈40。

如圖3所示，紙箱對中單元30包括伺服驅動器和底座44，所述伺服驅動器與伺服電機41電連接，所述伺服電機41的輸出端與同步帶42連接，所述底座44上設置導軌45，所述導軌45上設置能夠滑動的兩塊夾板43，所述同步帶42能夠帶動所述夾板43滑動。底座44上還設置用于伺服電機41正極限位置檢測的第六傳感器46、用于伺服電機41反極限位置檢測的第七傳感器47和用于伺服電機41原點位置檢測第八傳感器48，所述第六傳感器46、第七傳感器47和第八傳感器48分別與所述PLC控制器電連接。

所述觸摸屏用于設置修改紙盒、紙箱的產品參數以及裝箱的規格。所述的觸摸屏所在安裝面框旁邊還安裝有一個啟動按鈕、一個停止按鈕、一個復位按鈕以及一個緊停按鈕。

本發明的工作原理為：

當輸送皮帶5首端上有紙盒52到來時，第一傳感器11檢測到信號閉合，此時用于翻轉的翻轉氣缸13驅動推桿7做翻轉動作，將紙盒90°翻轉立起，當第二磁性開關MS2閉合時，推桿7翻轉到位；推桿7翻轉到位后，紙盒52立起，第一輸送電機10帶動輸送皮帶5運轉將紙盒52向機器人抓取紙盒位置傳送，同時翻轉回轉氣缸14驅動推桿7做回翻動作，當第一磁性開關閉合時推桿7回翻到位，等待將下一個紙盒90°翻轉立起，推桿7的初始位置和輸送皮帶5位于同一水平面上；第一輸送電機10帶動輸送皮帶5運轉將紙盒52向機械手抓取紙盒位置傳輸，當第二傳感器12檢測到信號閉合，表示紙盒52已經傳輸到機器人抓取紙盒的位置；傳輸到位之后，用于推出縮回的縮回氣缸16驅動紙盒定位組件8做推出動作，當第四磁性開關閉合時，紙盒定位組件8推出到位，到此即完成了紙盒52的定位控制。在紙盒52定位控制方面，不管紙盒52的尺寸大小如何，驅動紙盒定位組件8的氣缸推出行程是固定不變的，第二傳感器12的位置也是固定不變的，輸送皮帶5所在的水平面是固定不變的，即大小不同的紙盒52到達機器人吸取位置時圖1中所示A點的位置是不變的，稱呼A點為紙盒的基準位置，亦即不同大小的紙盒52的在進入機器人抓取位置時定位完成后保證紙盒52定位完成后的一個頂點位置是固定不變的，該頂點A點是由紙盒定位組件8所在的平面、第二傳感器12所在的檢測平面以及輸送皮帶5所在的三個平面組成的一個交叉點，機器人示教紙盒的基準位置的時候只需要示教A點的位置即可，利用PLC控制器以及觸摸屏上設置的紙盒尺寸等參數編寫程序計算出對應于不同型號的紙盒機器人應該停留在什么位置抓取，保證機器人抓取紙盒時吸盤組件31位于紙盒52正中間，不用在每次更換產品時重新示教機器人吸盤組件31抓取紙盒的位置。

當滾筒輸送線19上的第三傳感器24檢測到信號閉合時，表示紙箱52到達第一擋板22位置，若這時滾筒輸送線19上的第四傳感器25沒有檢測到信號即沒有閉合，則表示第二擋板23位置沒有紙箱53，那么第一擋板22位置的紙箱53可以進入第二擋板23的位置也即機器人抓取紙盒裝箱的紙箱的目的地位置，第一擋板22的第一下降氣缸27驅動第一擋板22做下降動作，當第八磁性開關閉合時，第一擋板22下降到位；第一擋板22下降到位之后，紙箱53在滾筒輸送線19上繼續向機器人裝箱的紙箱位置運動，當第四傳感器25檢測到信號閉合時，表示紙箱53已經運動到機器人裝箱的位置；紙箱53傳輸到位之后，在伺服驅動器的驅動下伺服電機41開始對紙箱53進行夾緊居中定位控制，利用PLC控制器發出脈沖控制驅動伺服電機41的伺服驅動器，伺服電機41帶動同步帶42進而驅動夾板43對紙箱進行夾緊居中定位動作。在紙箱53定位控制方面，不管紙箱的尺寸大小如何，對紙箱53進行夾緊居中的紙箱對中單元30的軸中心線是固定不變的，第二擋板23的位置也是固定不變的，滾筒輸送線19所在的水平面是固定不變的，即大小不同的紙箱到達機器人裝箱位置時B點的位置是固定不變的，稱呼B點為紙箱的基準位置，亦即不同大小的紙箱的在進入機器人裝箱位置時夾緊居中定位完成后保證紙箱夾緊居中定位完成后的一個點位置是固定不變的，該點B點是由紙箱對中單元30的軸中心線、第二擋板23所在的平面以及輸送滾筒輸送線19所在的平面三個要素組成的一個交叉點，機器人示教紙箱基準位置時只需要示教B點的位置即可，利用伺服電機41的夾緊居中定位控制保證不同大小的紙箱一直處于滾筒線正中間，利用PLC控制器以及觸摸屏上設置的紙盒尺寸等參數編寫程序計算出對應于不同型號的紙箱機器人應該停留在什么位置裝箱，不用在每次更換產品時重新示教機器人裝箱的位置。

在紙盒52和紙箱53定位控制都完成以后，PLC控制器通過RS232串口通訊發送一個準備完成信號給機器人控制器39，機器人控制器39收到PLC發送的對應信號后，在真空開關檢測到真空達到后，機器人控制器39控制抽真空電磁閥50驅動機器人第六軸法蘭盤前端的吸盤組件31做吸取動作，延時一定時間后吸盤組件31吸取動作完成；吸盤組件31吸取動作完成后，縮回氣缸16驅動紙盒定位組件8做縮回動作，隨動組件9的后退氣缸18驅動隨動組件9做后退動作，當第三磁性開關閉合時紙盒定位組件8縮回到位，當第六磁性開關閉合時隨動組件9后退到位；紙盒定位組件8縮回和隨動組件9后退均到位之后，機器人控制器39開始驅動機械手做搬移動作，利用機器人控制器39示教的紙盒基準位置A點和紙箱基準位置B點在程序中計算每個紙盒在紙箱中的位置，當紙盒52到達紙箱53中對應的位置后，破真空電磁閥51驅動機器人第六軸法蘭盤前端的吸盤組件31做放下動作，放下后，機械手返回繼續抓取第二個紙盒裝箱，以此類推，直到完成觸摸屏上裝箱規格即一個紙箱應該裝幾行幾列的紙盒，此部分在機器人控制器39中編寫程序完成。紙盒52和紙箱53的尺寸可以在觸摸屏上隨時設置修改參數，裝箱的規格包括一個紙箱應該裝幾行幾列紙盒均可以在觸摸品上設置修改參數，人工只需要在開始用機器人的示教器示教好紙盒52所在位置的一個頂點位置即圖中的基準位置A點以及紙箱53所在位置的基準位置即圖中的B點即可，當機器人按照觸摸屏上設置的裝箱規格每完成一個裝箱都會通過RS232串口通訊發送一個信號給PLC，告訴PLC我已經完成了一個裝箱動作，這時PLC控制第二擋板23的上升下降氣缸驅動第二擋板23做下降動作，當第十磁性開關閉合時第二擋板23下降到位；第二擋板23下降到位后，完成裝箱的紙箱53在滾筒輸送線19上繼續向前傳輸，離開機器人裝箱的位置，離開后，第二擋板23的上升下降氣缸驅動第二擋板23做上升動作，當第九磁性開關閉合時第二擋板23上升到位，下一個空紙箱進入裝箱位置滿足條件后繼續裝箱。

本發明利用PLC以及機器人進行編程控制，用觸摸屏設置修改小盒子以及大紙箱的相關參數，從PLC以及機器人控制器輸出發送指令給裝箱的執行機構，采用電磁閥驅動氣缸作為執行機構進行動作，利用磁性開關來檢測動作到位與否，由一對氣缸來實現小紙盒的90°的翻轉立起動作，由兩對氣缸來實現對小紙盒的定位控制，大紙箱的定位控制用伺服驅動器來驅動伺服電機實現精準夾緊居中定位控制，同時傳送小紙盒的傳輸帶以及傳送大紙箱的滾筒線用的是調速器來驅動電機，可根據實際情況速度隨時可調，在機器人的第六軸關節亦即機器人的法蘭盤的前端安裝有一個吸盤組件，并配置有真空開關、抽真空閥以及破真空閥，用電磁閥實現抽真空以及破真空從而實現機器人的法蘭盤上面安裝的吸盤組件的抓取和放下小紙盒的動作。在機器人吸取小紙盒往大箱子里裝箱的過程中，在機器人的吸盤組件上安裝了一個接近開關，在裝箱過程中，若小盒子在大紙箱里插入的位置碰觸到周圍物件有擠壓，則擠壓到一定程度接近開關就會檢測到信號，機器人停止工作，這樣可以防止小紙盒里的產品損壞，起到保護作用，大大減小了安全隱患。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。

在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本發明的范圍內。

盡管這里參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。