基于流水线的自动装箱控制系统的制作方法

本发明涉及流水线的装箱技术领域，具体涉及一种基于流水线的自动装箱控制系统。

背景技术：

传统的工厂流水线上在大纸箱里装入多个装有物件产品的小纸盒时，都是人工来将小纸盒装入大纸箱里，大纸箱装满后然后推走再装下一个纸箱，此种方式属于纯人工操作，耗费人力，影响流水线的生产进度。现有一部分自动装箱技术方案，但是基本上都是只有水平方向和垂直方向两个方向的移动抓取纸盒位置，用气缸或者是电机来驱动水平方向或者是垂直方向的移动，这对于当往纸箱里装入纸盒后纸箱已经没有剩余空间的情况下亦即纸盒在纸箱内部排布很密集的装箱情况下，装前几个盒子空间还多，越装到最后空间越小越难装进去，尤其是对于多行多列的装箱，仅仅利用水平和垂直两个方向的移动控制是没法做到的，试想人工在这种装箱情况下，在进行纸盒装箱时根据纸盒在纸箱内部不同的位置，人会利用自己的手关节来将纸盒各个任意角度倾斜从而将纸盒插入空间密集有限的纸箱，而现有技术还无法做到这一点。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于流水线的自动装箱控制系统，旨在解决传统的生产线的纸盒装箱完全依靠人工来实现的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于流水线的自动装箱控制系统，包括机架本体、纸盒传输定位机构、纸箱传输定位机构、机器人本体、PLC控制器、机器人控制器；所述纸盒传输定位机构包括输送皮带、纸盒导向板、推杆、纸盒定位组件和随动组件，所述输送皮带设置于所述机架本体上，所述输送皮带的至少一侧设置纸盒导向板，所述输送皮带下方设置用于驱动输送皮带传动的第一输送电机，所述输送皮带首端设置第一传感器，所述送皮带尾端设置第二传感器，所述输送皮带首端还设置用于将纸盒立起的推杆，所述推杆上连接有驱动推杆翻转的翻转气缸和用于回翻动作的回转气缸，所述输送皮带尾端设置随动组件和用于将纸盒固定夹紧的纸盒定位组件，所述随动组件包括一个产生推出纸盒定位组件动作的推出气缸和一个产生缩回纸盒定位组件动作的缩回气缸，以及所述随动组件上连接有一个用于驱动随动组件伸出的伸出气缸和一个用于驱动随动组件后退的后退气缸；所述纸箱传输定位机构包括滚筒输送线、纸箱导向板、第一挡板、第二挡板和纸箱对中单元，所述滚筒输送线两侧均设置纸箱导向板，所述滚筒输送线下方设置用于驱动滚筒输送线传动的第二输送电机，所述滚筒输送线的两滚筒缝隙处分别设置第一挡板和第二挡板，所述第一挡板前端设置第三传感器，所述第二挡板前端设置第四传感器，所述第一挡板上连接有用于驱动第一挡板上升的第一上升气缸和驱动其下降的第一下降气缸，所述第二挡板上连接有用于驱动第二挡板上升的第二上升气缸和驱动其下降的第二下降气缸，所述纸箱对中单元设置于所述第一挡板和第二挡板之间；所述机器人本体位于所述纸盒传输定位机构的输送皮带与所述纸箱传输定位机构的滚筒输送线之间，且所述机器人本体与所述机器人控制器连接；所述第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器还与所述机器人控制器电连接。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述机器人本体前端设置有一个吸盘组件。

根据本发明的另一个实施方案，所述吸盘组件包括吸盘连接座、吸盘、吸盘连接管、弹簧和第五传感器，所述吸盘连接座用于与所述机器人本体前端连接，所述吸盘连接管一端与所述吸盘固定连接，所述吸盘连接管另一端与所述吸盘连接座滑动连接，所述弹簧套在所述吸盘连接管上并支撑在所述吸盘连接座与所述吸盘之间，所述第五传感器设置于所述吸盘连接座上。

根据本发明的另一个实施方案，所述吸盘、吸盘连接管及弹簧均为两个，两个所述吸盘连接管之间设置传感器金属感应片，所述传感器金属感应片两端分别设置用于卡入所述吸盘连接管的卡口，所述弹簧用于顶在所述传感器金属感应片上。

根据本发明的另一个实施方案，所述传感器金属感应片中部向一侧折弯成一个凸起结构。

根据本发明的另一个实施方案，还包括真空开关、抽真空电磁阀和破真空电磁阀，所述吸盘连接管还与抽真空电磁阀和破真空电磁阀连接，所述抽真空电磁阀和破真空电磁阀分别与所述真空开关电连接，所述真空开关与所述PLC控制器电连接。

根据本发明的另一个实施方案，所述机器人本体为六轴机器人。

根据本发明的另一个实施方案，所述机架本体上设置塔灯。

根据本发明的另一个实施方案，所述纸箱对中单元包括伺服驱动器和底座，所述伺服驱动器与伺服电机电连接，所述伺服电机的输出端与同步带连接，所述底座上设置导轨，所述导轨上设置能够滑动的两块夹板，所述同步带能够带动所述夹板滑动。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，所述底座上还设置用于伺服电机正极限位置检测的第六传感器、用于伺服电机反极限位置检测的第七传感器和用于伺服电机原点位置检测第八传感器，所述第六传感器、第七传感器和第八传感器分别与所述PLC控制器电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种基于流水线的自动装箱控制系统，用安装有吸盘的机器人吸起小纸盒放进大纸箱，用PLC控制器和机器人控制实现完全自动装箱，无需人工操作，并且大纸箱里装入的小纸盒的行数和列数以及大纸箱和小纸盒的尺寸大小随时可在触摸屏上调整，实现多种产品多种数量的装箱，还可以防止小纸盒里的产品损坏，起到保护作用，大大减小了安全隐患；以及本发明结构紧凑、机构巧妙，可以实现多品种多样式的自动装箱，使用方便简单，提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为根据本发明一个实施例的自动装箱控制系统的一侧结构示意图。

图2为根据本发明一个实施例的自动装箱控制系统的另一侧结构示意图。

图3为根据本发明一个实施例的纸箱定位伺服系统的结构示意图。

图4为根据本发明一个实施例的吸盘组件的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－机架本体，2－纸盒传输定位机构，3－纸箱传输定位机构，4－机器人本体，5－输送皮带，6－纸盒导向板，7－推杆，8－纸盒定位组件，9－随动组件，10－第一输送电机，11－第一传感器，12－第二传感器，13－翻转气缸，14－回转气缸，15－推出气缸，16－缩回气缸，17－伸出气缸，18－后退气缸，19－滚筒输送线，20－纸箱导向板，21－第二输送电机，22－第一挡板，23－第二挡板，24－第三传感器，25－第四传感器，26－第一上升气缸，27－第一下降气缸，28－第二上升气缸，29－第二下降气缸，30－纸箱对中单元，31－吸盘组件，32－吸盘连接座，33－吸盘，34－吸盘连接管，35－弹簧，36－第五传感器，37－传感器金属感应片，38－卡口，39－机器人控制器，40－塔灯，41－伺服电机，42－同步带，43－夹板，44－底座，45－导轨，46－第六传感器，47－第七传感器，48－第八传感器，49－真空开关，50－抽真空电磁阀，51－破真空电磁阀，52－纸盒，53－纸箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1～图4所示，一种基于流水线的自动装箱控制系统，包括机架本体1、纸盒传输定位机构2、纸箱传输定位机构3、机器人本体4、PLC控制器、机器人控制器39、触摸屏；所述纸盒传输定位机构2包括输送皮带5、纸盒导向板6、推杆7、纸盒定位组件8和随动组件9，所述输送皮带5设置于所述机架本体1上，所述输送皮带5的至少一侧设置纸盒导向板6，所述输送皮带5下方设置用于驱动输送皮带5传动的第一输送电机10，所述输送皮带5首端设置第一传感器11，所述送皮带5尾端设置第二传感器12，所述输送皮带5首端还设置用于将纸盒立起的推杆7，所述推杆7上连接有驱动推杆7翻转的翻转气缸13和用于回翻动作的回转气缸14，所述输送皮带5尾端设置随动组件9和用于将纸盒固定夹紧的纸盒定位组件8，所述随动组件9包括一个产生推出纸盒定位组件8动作的推出气缸15和一个产生缩回纸盒定位组件8动作的缩回气缸16，以及所述随动组件9上连接有一个用于驱动随动组件9伸出的伸出气缸17和一个用于驱动随动组件9后退的后退气缸18；所述纸箱传输定位机构3包括滚筒输送线19、纸箱导向板20、第一挡板22、第二挡板23和纸箱对中单元30，所述滚筒输送线19两侧均设置纸箱导向板20，所述滚筒输送线19下方设置用于驱动滚筒输送线19传动的第二输送电机21，所述滚筒输送线19的两滚筒缝隙处分别设置第一挡板22和第二挡板23，所述第一挡板22前端设置第三传感器24，所述第二挡板23前端设置第四传感器25，所述第一挡板22上连接有用于驱动第一挡板22上升的第一上升气缸26和驱动其下降的第一下降气缸27，所述第二挡板23上连接有用于驱动第二挡板23上升的第二上升气缸28和驱动其下降的第二下降气缸29，所述纸箱对中单元30设置于所述第一挡板22和第二挡板23之间；所述机器人本体4位于所述纸盒传输定位机构2的输送皮带5与所述纸箱传输定位机构3的滚筒输送线19之间，且所述机器人本体4与所述机器人控制器39连接；所述第一传感器11、第二传感器12、第三传感器24和第四传感器25分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器还与所述机器人控制器39电连接，即机器人控制器39的输出信号引脚和输入信号引脚分别与PLC控制器的输入信号引脚和输出信号引脚电连接。PLC控制器可位于机架本体1侧面，所述机器人控制器39位于机架本体1底部，所述触摸屏位于机架本体1侧面靠近纸箱传输定位机构3的触摸屏安装支架上。

用于翻转回翻的翻转气缸13和回转气缸14上分别安装有第一磁性开关和第二磁性开关，并且所述第一磁性开关和第二磁性开关接入PLC控制器上的引脚；用于推出缩回的推出气缸15和缩回气缸16上分别安装有第三磁性开关和第四磁性开关，并且所述第三磁性开关和第四磁性开关接入PLC控制器上的引脚；用于伸出后退的伸出气缸17和后退气缸18上分别安装有第五磁性开关和第六磁性开关，并且所述第五磁性开关和第六磁性开关接入PLC控制器上的引脚；用于上升下降的第一上升气缸26和第一下降气缸27上分别安装有第七磁性开关和第八磁性开关，并且所述第七磁性开关和第八磁性开关接入PLC控制器上的引脚；以及用于驱动第二挡板23上升的第二上升气缸28和驱动其下降的第二下降气缸29上分别安装有第九磁性开关和第十磁性开关，并且所述第九磁性开关和第十磁性开关也接入PLC控制器上的相应引脚。

机器人本体4前端设置有一个吸盘组件31，该吸盘组件31的优选结构可包括吸盘连接座32、吸盘33、吸盘连接管34、弹簧35和第五传感器36，所述吸盘连接座32用于与所述机器人本体4前端连接，所述吸盘连接管34一端与所述吸盘33固定连接，所述吸盘连接管34另一端与所述吸盘连接座32滑动连接，所述弹簧35套在所述吸盘连接管34上并支撑在所述吸盘连接座32与所述吸盘33之间，所述第五传感器36设置于所述吸盘连接座32上。

如图4所示，吸盘33、吸盘连接管34及弹簧35均为两个，两个所述吸盘连接管34之间设置传感器金属感应片37，所述传感器金属感应片37两端分别设置用于卡入所述吸盘连接管34的卡口38，所述弹簧35用于顶在所述传感器金属感应片37上，传感器金属感应片37中部向一侧折弯成一个凸起结构。

如图1所示，还包括真空开关49、抽真空电磁阀50和破真空电磁阀51，所述吸盘连接管34还与抽真空电磁阀50和破真空电磁阀51连接，所述抽真空电磁阀50和破真空电磁阀51分别与所述真空开关49电连接，所述真空开关49与所述PLC控制器电连接。

上述机器人本体4优选六轴机器人。机架本体1上设置塔灯40。

如图3所示，纸箱对中单元30包括伺服驱动器和底座44，所述伺服驱动器与伺服电机41电连接，所述伺服电机41的输出端与同步带42连接，所述底座44上设置导轨45，所述导轨45上设置能够滑动的两块夹板43，所述同步带42能够带动所述夹板43滑动。底座44上还设置用于伺服电机41正极限位置检测的第六传感器46、用于伺服电机41反极限位置检测的第七传感器47和用于伺服电机41原点位置检测第八传感器48，所述第六传感器46、第七传感器47和第八传感器48分别与所述PLC控制器电连接。

所述触摸屏用于设置修改纸盒、纸箱的产品参数以及装箱的规格。所述的触摸屏所在安装面框旁边还安装有一个启动按钮、一个停止按钮、一个复位按钮以及一个紧停按钮。

本发明的工作原理为：

当输送皮带5首端上有纸盒52到来时，第一传感器11检测到信号闭合，此时用于翻转的翻转气缸13驱动推杆7做翻转动作，将纸盒90°翻转立起，当第二磁性开关MS2闭合时，推杆7翻转到位；推杆7翻转到位后，纸盒52立起，第一输送电机10带动输送皮带5运转将纸盒52向机器人抓取纸盒位置传送，同时翻转回转气缸14驱动推杆7做回翻动作，当第一磁性开关闭合时推杆7回翻到位，等待将下一个纸盒90°翻转立起，推杆7的初始位置和输送皮带5位于同一水平面上；第一输送电机10带动输送皮带5运转将纸盒52向机械手抓取纸盒位置传输，当第二传感器12检测到信号闭合，表示纸盒52已经传输到机器人抓取纸盒的位置；传输到位之后，用于推出缩回的缩回气缸16驱动纸盒定位组件8做推出动作，当第四磁性开关闭合时，纸盒定位组件8推出到位，到此即完成了纸盒52的定位控制。在纸盒52定位控制方面，不管纸盒52的尺寸大小如何，驱动纸盒定位组件8的气缸推出行程是固定不变的，第二传感器12的位置也是固定不变的，输送皮带5所在的水平面是固定不变的，即大小不同的纸盒52到达机器人吸取位置时图1中所示A点的位置是不变的，称呼A点为纸盒的基准位置，亦即不同大小的纸盒52的在进入机器人抓取位置时定位完成后保证纸盒52定位完成后的一个顶点位置是固定不变的，该顶点A点是由纸盒定位组件8所在的平面、第二传感器12所在的检测平面以及输送皮带5所在的三个平面组成的一个交叉点，机器人示教纸盒的基准位置的时候只需要示教A点的位置即可，利用PLC控制器以及触摸屏上设置的纸盒尺寸等参数编写程序计算出对应于不同型号的纸盒机器人应该停留在什么位置抓取，保证机器人抓取纸盒时吸盘组件31位于纸盒52正中间，不用在每次更换产品时重新示教机器人吸盘组件31抓取纸盒的位置。

当滚筒输送线19上的第三传感器24检测到信号闭合时，表示纸箱52到达第一挡板22位置，若这时滚筒输送线19上的第四传感器25没有检测到信号即没有闭合，则表示第二挡板23位置没有纸箱53，那么第一挡板22位置的纸箱53可以进入第二挡板23的位置也即机器人抓取纸盒装箱的纸箱的目的地位置，第一挡板22的第一下降气缸27驱动第一挡板22做下降动作，当第八磁性开关闭合时，第一挡板22下降到位；第一挡板22下降到位之后，纸箱53在滚筒输送线19上继续向机器人装箱的纸箱位置运动，当第四传感器25检测到信号闭合时，表示纸箱53已经运动到机器人装箱的位置；纸箱53传输到位之后，在伺服驱动器的驱动下伺服电机41开始对纸箱53进行夹紧居中定位控制，利用PLC控制器发出脉冲控制驱动伺服电机41的伺服驱动器，伺服电机41带动同步带42进而驱动夹板43对纸箱进行夹紧居中定位动作。在纸箱53定位控制方面，不管纸箱的尺寸大小如何，对纸箱53进行夹紧居中的纸箱对中单元30的轴中心线是固定不变的，第二挡板23的位置也是固定不变的，滚筒输送线19所在的水平面是固定不变的，即大小不同的纸箱到达机器人装箱位置时B点的位置是固定不变的，称呼B点为纸箱的基准位置，亦即不同大小的纸箱的在进入机器人装箱位置时夹紧居中定位完成后保证纸箱夹紧居中定位完成后的一个点位置是固定不变的，该点B点是由纸箱对中单元30的轴中心线、第二挡板23所在的平面以及输送滚筒输送线19所在的平面三个要素组成的一个交叉点，机器人示教纸箱基准位置时只需要示教B点的位置即可，利用伺服电机41的夹紧居中定位控制保证不同大小的纸箱一直处于滚筒线正中间，利用PLC控制器以及触摸屏上设置的纸盒尺寸等参数编写程序计算出对应于不同型号的纸箱机器人应该停留在什么位置装箱，不用在每次更换产品时重新示教机器人装箱的位置。

在纸盒52和纸箱53定位控制都完成以后，PLC控制器通过RS232串口通讯发送一个准备完成信号给机器人控制器39，机器人控制器39收到PLC发送的对应信号后，在真空开关检测到真空达到后，机器人控制器39控制抽真空电磁阀50驱动机器人第六轴法兰盘前端的吸盘组件31做吸取动作，延时一定时间后吸盘组件31吸取动作完成；吸盘组件31吸取动作完成后，缩回气缸16驱动纸盒定位组件8做缩回动作，随动组件9的后退气缸18驱动随动组件9做后退动作，当第三磁性开关闭合时纸盒定位组件8缩回到位，当第六磁性开关闭合时随动组件9后退到位；纸盒定位组件8缩回和随动组件9后退均到位之后，机器人控制器39开始驱动机械手做搬移动作，利用机器人控制器39示教的纸盒基准位置A点和纸箱基准位置B点在程序中计算每个纸盒在纸箱中的位置，当纸盒52到达纸箱53中对应的位置后，破真空电磁阀51驱动机器人第六轴法兰盘前端的吸盘组件31做放下动作，放下后，机械手返回继续抓取第二个纸盒装箱，以此类推，直到完成触摸屏上装箱规格即一个纸箱应该装几行几列的纸盒，此部分在机器人控制器39中编写程序完成。纸盒52和纸箱53的尺寸可以在触摸屏上随时设置修改参数，装箱的规格包括一个纸箱应该装几行几列纸盒均可以在触摸品上设置修改参数，人工只需要在开始用机器人的示教器示教好纸盒52所在位置的一个顶点位置即图中的基准位置A点以及纸箱53所在位置的基准位置即图中的B点即可，当机器人按照触摸屏上设置的装箱规格每完成一个装箱都会通过RS232串口通讯发送一个信号给PLC，告诉PLC我已经完成了一个装箱动作，这时PLC控制第二挡板23的上升下降气缸驱动第二挡板23做下降动作，当第十磁性开关闭合时第二挡板23下降到位；第二挡板23下降到位后，完成装箱的纸箱53在滚筒输送线19上继续向前传输，离开机器人装箱的位置，离开后，第二挡板23的上升下降气缸驱动第二挡板23做上升动作，当第九磁性开关闭合时第二挡板23上升到位，下一个空纸箱进入装箱位置满足条件后继续装箱。

本发明利用PLC以及机器人进行编程控制，用触摸屏设置修改小盒子以及大纸箱的相关参数，从PLC以及机器人控制器输出发送指令给装箱的执行机构，采用电磁阀驱动气缸作为执行机构进行动作，利用磁性开关来检测动作到位与否，由一对气缸来实现小纸盒的90°的翻转立起动作，由两对气缸来实现对小纸盒的定位控制，大纸箱的定位控制用伺服驱动器来驱动伺服电机实现精准夹紧居中定位控制，同时传送小纸盒的传输带以及传送大纸箱的滚筒线用的是调速器来驱动电机，可根据实际情况速度随时可调，在机器人的第六轴关节亦即机器人的法兰盘的前端安装有一个吸盘组件，并配置有真空开关、抽真空阀以及破真空阀，用电磁阀实现抽真空以及破真空从而实现机器人的法兰盘上面安装的吸盘组件的抓取和放下小纸盒的动作。在机器人吸取小纸盒往大箱子里装箱的过程中，在机器人的吸盘组件上安装了一个接近开关，在装箱过程中，若小盒子在大纸箱里插入的位置碰触到周围物件有挤压，则挤压到一定程度接近开关就会检测到信号，机器人停止工作，这样可以防止小纸盒里的产品损坏，起到保护作用，大大减小了安全隐患。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。