本發(fā)明涉及一種格擋成形系統(tǒng)和包含這種格擋成形系統(tǒng)的格擋成形及裝箱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著機械手及自動化技術(shù)的普及，越來越多的生產(chǎn)線采用機械手實現(xiàn)自動化操作。但是，仍然有部分工序目前仍采用無法實現(xiàn)自動化操作，而是采用人工操作，從而影響了整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

例如在乳制品包裝行業(yè)或其他需要進行紙箱內(nèi)作業(yè)的行業(yè)，包裝箱開箱后至將奶包或其他物品裝箱前，需要在包裝箱內(nèi)增加緩沖格擋?，F(xiàn)有的緩沖格擋成形及裝箱工序采用人工操作，成形后必須將其固定在模具上進行形狀的保持，以防止格擋形變而無法進行下一道工序。此外，成形完畢后，還需要由另外一位工人進行空包裝箱的抓取及緩沖格擋的裝箱定位。此裝箱工藝需要至少兩名熟練操作及配合的工人合作完成。該工序之前的自動化開箱機目前已經(jīng)達到了900箱/小時，大約4秒出產(chǎn)一個空箱。最多的時候需要安排3到4人同時配合作業(yè)才能跟上這一生產(chǎn)節(jié)拍。

這樣，一方面嚴重阻礙了整個生產(chǎn)線的自動化過程，另一方面由于空間等的限制，也無法進一步提高生產(chǎn)效率。在其他工序的自動化程度和效率進一步提高的情況下，將會嚴重限制和阻礙生產(chǎn)效率的提高。此外，裝箱質(zhì)量也存在著如裝箱后十字格擋中間單向傾斜等裝箱不穩(wěn)定的情況，從而在后續(xù)向箱內(nèi)裝載奶包的工序中由于十字格擋傾斜引起破包的現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種格擋成形及裝箱系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種格擋成形系統(tǒng)，其特征在于，包括成形模組、傘形運動機構(gòu)、成形提升機構(gòu)和原料板存放單元，其中：原料存放單元用于存放成形格擋所需的原料板；成形模組包括用于成形的模具；傘形運動機構(gòu)包括多個用于與原料板連接的成形連接機構(gòu)和用于帶動成形連接機構(gòu)運動的驅(qū)動機構(gòu)，其中驅(qū)動機構(gòu)帶動成形連接機構(gòu)運動以使原料板形成為格擋；成形提升機構(gòu)用于驅(qū)動成形模組和傘形運動機構(gòu)接近和遠離原料存放單元。

在一種實施方式中，驅(qū)動機構(gòu)可以帶動成形連接機構(gòu)在遠離原料存放單元運動的同時向傘形運動機構(gòu)的中心移動。

在一種實施方式中，成形模組和傘形運動機構(gòu)遠離原料存放單元運動的方向與成形連接機構(gòu)遠離原料存放單元運動的方向相同。

在一種實施方式中，成形提升機構(gòu)用于驅(qū)動成形模組和傘形運動機構(gòu)上下運動，驅(qū)動機構(gòu)可以帶動成形連接機構(gòu)在向下運動的同時向傘形運動機構(gòu)的中心移動。

在一種實施方式中，所述模具為十字形框架。

在一種實施方式中，所述成形連接機構(gòu)為成形吸盤。

通過將原料板提取與成形兩者所在的功能模組的運動路徑重合，從而縮短了總執(zhí)行時間，提高了執(zhí)行效率。此外，這種成形結(jié)構(gòu)非常平衡，且通過采用垂直式布局，可以使得功能模塊達到占空間較為緊湊的效果。

本發(fā)明還提供了一種格擋成形及裝箱系統(tǒng)，其特征在于，包括如前所述的格擋成形系統(tǒng)以及用于裝箱的機械手。

在一種實施方式中，機械手包括機械手本體及安裝在機械手上用于提取成形好的格擋的夾具，其中夾具包括用于與機械手本體相連的 骨架以及用于提取格擋的多個提取連接機構(gòu)。

在一種實施方式中，機械手還包括與骨架相連的可調(diào)式限位支架，提取連接機構(gòu)設(shè)置在所述可調(diào)式限位支架上。

在一種實施方式中，格擋成形系統(tǒng)還包括格擋提取空間，并且在成形提升機構(gòu)帶動成形模組及傘形運動機構(gòu)遠離原料存放單元運動并留出格擋提取空間后，夾具進入格擋提取空間并通過提取連接機構(gòu)提取格擋。

在一種實施方式中，在夾具提取格擋并離開格擋提取空間之后，機械手將把格擋裝箱，與此同時，成形提升機構(gòu)帶動成形模組和傘形運動機構(gòu)朝向原料存放單元運動開始下一個成形過程

在一種實施方式中，所述提取連接機構(gòu)包括在一條對角線上設(shè)置的兩個提取吸盤和在另一條對角線上設(shè)置的兩個吹氣噴嘴。

在一種實施方式中，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在輸送線上的來料觸發(fā)單元和編碼器模組，其中來料觸發(fā)單元用于識別空箱何時進入跟蹤段，編碼器模組則用于確定空箱是否到達機械手的操作范圍，以便機械手將格擋放入空箱中。

在一種實施方式中，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在輸送線入口處的跟蹤段入口限位單元以及隨著輸送線移動方向在限位單元之后設(shè)置的側(cè)向柔性擋板。

在一種實施方式中，側(cè)向柔性擋板是兩層或者多層的。

通過多任務(wù)功能將格擋成形中的原料板拾取、原料板定位、格擋成形工序與裝箱過程中的格擋提取、空箱抓取、格擋裝箱工序并行執(zhí)行以縮短工序耗時。同時，盡可能將機械手與成形單元并行執(zhí)行任務(wù)執(zhí)行時不同階段的干涉區(qū)域限制到最小，使在不同的并行任務(wù)高速執(zhí)行過程中機器手盡可能接近成形單元的運行區(qū)域，減少了并行任務(wù)間工序傳遞(例如從格擋成形工序到格擋提取工序)的等待時間。

此外，通過采用近距離傳感器觸發(fā)和短跟蹤窗口實現(xiàn)機械手裝 箱起始點到裝箱終點的最小距離，配合柔性擋板產(chǎn)生的箱外間隙以及通過機械手來確定格擋在裝箱前的傾斜度從而產(chǎn)生箱內(nèi)間隙，并配合具有較高加速的機械手(例如abb的irb120，其0到1米/秒加速時間為0.07秒)，從而在由于輸送線擋板摩擦、輸送線表面震動、箱子慣性位移等形成的誤差到達裝箱極限前成功完成裝箱和手臂的離箱動作，可以顯著提升速度，降低人力成本并消除人工折紙成形及裝箱質(zhì)量不穩(wěn)定的情況。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的格擋成形系統(tǒng)主體部分的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的成形模組的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的傘形運動機構(gòu)的示意圖；

圖4以示例的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的格擋成形過程；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的格擋成形系統(tǒng)的示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，機械手與格擋成形系統(tǒng)配合的一種示例；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，機械手上從格擋成形系統(tǒng)提取格擋的示意圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的機械手提取裝置與成形后的格擋接合的示意圖；和

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的裝箱系統(tǒng)與生產(chǎn)線配合的示意圖。

具體實施方式

以下參考附圖，給出了本發(fā)明的可選實施方式的具體描述。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的格擋成形系統(tǒng)主體部分 的示意圖。格擋成形系統(tǒng)100包括成形模組110、傘形運動機構(gòu)120、成形提升機構(gòu)130和原料板存放單元140(見圖5)。

如圖2所示，成形模組110包括用于成形的模具111和用于支撐和固定模具111的模具支撐結(jié)構(gòu)112。在圖示的實施方式中，模具111為十字形框架。如圖3所示，傘形運動機構(gòu)120包括多個可以用于與原料板180連接的成形吸盤121和用于帶動成形吸盤121運動的驅(qū)動機構(gòu)122，其中驅(qū)動機構(gòu)122可以帶動成形吸盤121在向下運動的同時向傘形運動機構(gòu)120的中心移動，多個成形吸盤121連接到相應的氣路以吸附到原料板上或者從原料板分離。圖4示出一種具體的成形過程。如圖4(1)所示，成形好的原料板180(例如紙板)的四個角分別被成形吸盤121吸附住，從而將原料板放置于模具111的上方。如圖4(2)所示，隨著驅(qū)動機構(gòu)122帶動成形吸盤121在向下運動的同時向傘形運動機構(gòu)120的中心移動，原料板沿著預設(shè)的折痕逐漸形成所需的形狀。應當理解，盡管前述使用了成形吸盤121，但是也可以使用其他形式的能夠連接到原料板上的提取機構(gòu)。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的格擋成形系統(tǒng)的示意圖。成形提升機構(gòu)130包括雙向可調(diào)限位底座(優(yōu)選帶雙向緩沖組件)、隨動式導向系統(tǒng)和浮動式直線氣動系統(tǒng)，用于帶動成形模組110、傘形運動機構(gòu)120上下運動。雙向可調(diào)限位底座是指在由額外的驅(qū)動部件來驅(qū)動的前提下，通過對兩個終點位置的緩沖組件位置的調(diào)節(jié)來使得這個機構(gòu)雙向可調(diào)節(jié)限位。隨動式導向系統(tǒng)是相對于固定式導向件而言，導向系統(tǒng)和導向軸運動，而滑動部件固定。浮動式直線氣動系統(tǒng)是指系統(tǒng)被固定成具有一定程度的自由度，用以吸收整個機構(gòu)裝配的誤差。當然應當理解，成形提升機構(gòu)130的結(jié)構(gòu)不限于此，其也可以采用能實現(xiàn)類似功能的其他形式。

如圖5所示，在一個完整的成形過程中，先由成形提升機構(gòu)130將成形模組110和傘形運動機構(gòu)120向上驅(qū)動，到達原料板存放單元140。此時，傘形運動機構(gòu)120上的多個(例如四個)成形吸盤121 的位置高于模具111或者至少與其齊平，以便能吸住原料板180。待成形吸盤121抓取到原料板之后，驅(qū)動機構(gòu)122帶動成形吸盤121在向下運動的同時向傘形運動機構(gòu)120的中心移動，原料板沿著預設(shè)的折痕逐漸形成所需的形狀。為了節(jié)約時間，與此同時，成形提升機構(gòu)130帶動成形模組110和傘形運動機構(gòu)120向下運動，以便留出格擋提取空間150。將原料板提取與成形兩者所在的功能模組的運動路徑重合，從而縮短了總執(zhí)行時間。此外，這種成形結(jié)構(gòu)非常平衡，且通過采用垂直式布局，可以使得功能模塊達到占空間較為緊湊的效果。

在一個現(xiàn)場測試中，在來料不穩(wěn)定的情況下，成形偏移率小于1/1000。該結(jié)構(gòu)的零件更換難度較低，其最薄弱部件更換時間小于10分鐘，可在較短的時間完成緊急的維修處理。因此，上述結(jié)構(gòu)在成形穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)耐用性和高速執(zhí)行方面都取得了非常好的效果。

盡管前述以立式局部的形式描述了整個成形系統(tǒng)，但是應當理解，在模組之間相互位置關(guān)系不變的前提下，也可以采用其他水平或傾斜式布局。

圖6示出了機械手200與格擋成形系統(tǒng)100配合的一種示例，圖7示出了機械手200從格擋成形系統(tǒng)100提取格擋的示意圖，圖8示出了機械手上的夾具與格擋接合的示意圖。機械手200包括機械手本體及安裝在機械手上用于提取成形好的格擋的夾具210，其中夾具210包括用于與機械手本體相連的骨架211、與骨架211相連的可調(diào)式限位支架212以及設(shè)置在支架212上用于提取格擋的多個提取吸盤213?？烧{(diào)式限位支架212可以用于調(diào)節(jié)吸盤的傾斜角和距離水平中心的位置。傾斜角用于定義成形格擋向心的傾斜度，該傾斜度用于擴大格擋在裝箱過程中的與箱體內(nèi)側(cè)面的間隙。距離水平中心的位置用于定義成形過程的起點和變形總量，用以控制紙板成形的速率和成形質(zhì)量。應當理解，盡管前述使用了提取吸盤213，但是也可以使用其他能夠連接到原料板上的提取連接機構(gòu)。

在成形提升機構(gòu)130帶動成形模組110及其上的格擋和傘形運動 機構(gòu)120向下運動并留出格擋提取空間150后，機械手200驅(qū)動夾具210進入格擋提取空間150，多個提取吸盤213因此吸附在格擋上方。此時，吸附在格擋下方的成形吸盤121將釋放格擋，以便機械手200將已成形格擋取出并裝箱。

可替換地，圖中所示的四個提取吸盤213的位置設(shè)置成一條對角線上設(shè)置兩個提取吸盤213，而另一條對角線上則設(shè)置兩個吹氣噴嘴。采用輕量化的單對角線限位式真空吸盤夾具來提取格擋，以實現(xiàn)格擋的形狀保持和裝箱點限位功能，同時另外一條對角線安裝吹氣噴嘴，從而形成單邊的裝箱余量并在格擋裝箱時配合機械手第六軸的轉(zhuǎn)動消除高速裝箱過程中由于誤差累計造成的對紙箱和格擋之間摩擦力過大的現(xiàn)象，從而減少裝箱不良(格擋箱內(nèi)位置不良以及格擋形狀不良)。

在機械手200從成形系統(tǒng)100提取格擋之后，機械手200將把格擋放在隨輸送線移動的空箱中。以下將結(jié)合附圖具體描述。與此同時，格擋成形系統(tǒng)將開始成形下一個格擋。

如圖7所示，機械手200首先從成形系統(tǒng)100提取格擋。待空箱隨著輸送線移動至機械手附近時，機械手檢測并將格擋裝箱。具體而言，如圖9所示，在輸送線300上設(shè)置來料觸發(fā)單元302和編碼器模組304，其中來料觸發(fā)單元302用于識別空箱何時進入跟蹤段，編碼器模組304則用于確定空箱是否到達機械手200的操作范圍，以便機械手200將格擋放入空箱中。

此外，為了防止空箱在與輸送方向垂直的方向(以下簡稱為“橫向”)上過度偏移但又不影響空箱隨著輸送線向前移動，還可以在在輸送線入口處設(shè)置跟蹤段入口限位單元301，并可以隨著輸送線移動方向在限位單元301之后設(shè)置側(cè)向柔性擋板303。如果在橫向上對空箱限制過緊，則可能導致空箱無法隨輸送線向前移動；如果在橫向上對空箱限制過松，則可能導致空箱偏轉(zhuǎn)或者在橫向上過度偏移。因此，本發(fā)明提出采用柔性擋板，優(yōu)選地，可以采用兩層或 者多層柔性擋板，以更好地定位空箱，避免其翻轉(zhuǎn)或者橫向偏移。

由于輸送線表面不具備限位和分隔能力，從而會在來料進入輸送線跟蹤區(qū)域前便形成了在輸送方向的較大誤差，從而影響裝箱動作。為了解決前述問題，通過采用近距離傳感器觸發(fā)和短跟蹤窗口實現(xiàn)機械手裝箱起始點到裝箱終點的最小距離，配合柔性擋板產(chǎn)生的箱外間隙以及通過機械手來確定格擋在裝箱前的傾斜度從而產(chǎn)生箱內(nèi)間隙，并配合具有較高加速的機械手(例如abb的irb120，其0到1米/秒加速時間為0.07秒)，從而在由于輸送線擋板摩擦、輸送線表面震動、箱子慣性位移等形成的誤差到達裝箱極限前成功完成裝箱和手臂的離箱動作。

以上分別描述了格擋成形系統(tǒng)100、裝箱系統(tǒng)以及兩者之間的一些配合。本發(fā)明還提出，通過多任務(wù)并行進行來提高整個生產(chǎn)線的效率。

具體而言，通過多任務(wù)功能將格擋成形中的原料板拾取、原料板定位、格擋成形工序與裝箱過程中的格擋提取、空箱抓取、格擋裝箱工序并行執(zhí)行以縮短工序耗時。同時，盡可能將機械手與成形單元并行執(zhí)行任務(wù)執(zhí)行時不同階段的干涉區(qū)域限制到最小，使在不同的并行任務(wù)高速執(zhí)行過程中機器手盡可能接近成形單元的運行區(qū)域，減少了并行任務(wù)間工序傳遞(例如從格擋成形工序到格擋提取工序)的等待時間。

此外，由于輕型機械手(0.6米左右工作域)不用于長行程運動(用于原料板拾取的例如300mm以上直線往復加減速運動)和高速往復運動(格擋成形所需高速往復加減速運動)，可在通過并行工序來縮短工藝總耗時的同時，減少安裝在機械手200上的夾具需要執(zhí)行的工序數(shù)量，從而降低安裝在機械手上的夾具重量、尺寸和復雜程度，間接提高夾具可靠性和機械手負載狀態(tài)下的加速度能力。

由于本發(fā)明采用來料輸送線跟蹤，成形與裝箱并行任務(wù)的自動 化處理方式，且具有產(chǎn)能擴展能力，一旦增加生產(chǎn)線上的成形及裝箱系統(tǒng)數(shù)量，紙箱線的生產(chǎn)瓶頸將立刻前移至上一道工藝環(huán)節(jié)，可顯著降低人力成本并消除人工折紙成形及裝箱質(zhì)量不穩(wěn)定的情況。

在一種實驗結(jié)果中，單套系統(tǒng)成形及裝箱速度約900箱/小時，可以在無人的情況下完成紙質(zhì)緩沖格擋的折紙成形及裝箱處理。在動力系統(tǒng)由氣動執(zhí)行器變更為以電力為驅(qū)動的高速直線執(zhí)行器后，該系統(tǒng)對應同樣的應用，速度提升到約1200箱/小時。

雖然已參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當明白，在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細節(jié)上對其做出各種變化。