一种自动化拧瓶盖机器人及其方法与流程

本发明属于智能机械的技术领域，特别是涉及一种自动化拧瓶盖机器人及其方法。

背景技术：

人们在日常生活中经常要用到各式各样的瓶装食品、生活用品，例如瓶装饮料、瓶装清洁用品，如饮料瓶、洗洁精瓶、洗发水瓶等等，在这类瓶子灌装满后，需要自动将瓶盖拧紧，因而将涉及到专门针对瓶盖拧紧的旋盖机、拧盖机或压盖机。而根据需求不同，所使用的瓶子种类也有所不同，不同型号瓶子的大小、高度均不同，即相邻瓶子上的瓶盖之间的距离和所在的高度也不同。

为了提高生产效率，现有的旋盖机器人都是都过设置多个夹手同时拧盖，但是夹手之间的距离是固定的，而不同型号的瓶子上的瓶盖之间的距离是不定的，因此同一组夹手仅能满足指定型号瓶子的拧盖，适用范围受到了很大的局限。

技术实现要素：

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种自动化拧瓶盖机器人及其方法。

本发明采用以下技术方案：一种自动化拧瓶盖机器人，包括机械臂，所述机械臂的末端设有拧盖总装，所述拧盖总装包括：

安装架；所述安装架上设置有驱动机构；

若干组吸嘴机构，传动连接于所述驱动机构上；所述驱动机构被设置为根据需求调节相邻吸嘴机构之间的距离；

所述吸嘴机构包括多个吸嘴组件，用于调节相邻吸嘴组件之间距离的调节部，以及用于驱动吸嘴升降和自转的控制部。

在进一步的实施例中，所述驱动机构包括：

至少一个导向杆，沿安装架的长度方向固定在所述安装架内；

若干个驱动块，套接于所述导向杆上；所述驱动块的数量等于吸嘴机构的数量；所述驱动块上设有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的中心位置相铰接，且铰接处于同时铰接于所述驱动块；第一连杆与第二连杆的两端分别交接与相邻的驱动块铰接；

驱动件，设于所述安装架上；所述驱动件被设置为调整第一连杆和第二连杆之间的夹角以实现相邻驱动块之间的距离调节。

在进一步的实施例中，所述驱动机构包括：

至少一个导向杆，沿安装架的长度方向固定在所述安装架内；

若干个驱动块，所述驱动块的数量等于吸嘴机构的数量；每个驱动块的两侧分别设有导向板和导向柱，所述导向板上开设有导向槽；所述导向槽与所述导向柱位于同一水平线上；当前驱动块上的导向柱活动卡接于相邻驱动块上的导向槽内；

驱动件，设于所述安装架上；所述驱动件被设置为调整导向柱位于导向槽中的所在位置以实现相邻驱动块之间的距离调节。

在进一步的实施例中，所述驱动件为安装在安装架内的电动气缸，所述电动气缸的活塞杆传动连接于位于末端处的驱动块上。

在进一步的实施例中，所述吸嘴组件包括：安装板，传动连接于所述驱动机构；所述调节部安装在所述安装板上；所述调节部包括：

驱动气缸，固定在所述安装板的顶部；

移动板，传动连接于所述驱动气缸的活塞杆；所述移动板上设置有若干个变距滑槽，每个变距滑槽的内部均设有滑动凸起件，所述滑动凸起件用于安装控制部和吸嘴；

导向件，设于所述移动板上；当所述变距滑槽移动时，所述滑动凸起件在所述变距滑槽中滑动，在导向件的作用下，相邻两个所述滑动凸起件之间的距离随着与其对应的相邻两个所述变距滑槽之间的距离的变化而变化。

在进一步的实施例中，所述导向件包括：

多干个导轨，横向固定在所述导向板上；所述导轨的个数与所述变距滑槽的数量一致；

滑块，每个导轨上均配置有一个滑块；所述滑块与对应的滑动凸起件固定连接。

在进一步的实施例中，所述控制部包括：

连接架；所述连接架的底部设有第一锥形齿轮；所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮传动连接，所述第二锥形齿轮传动连接于正反电机的输出轴；

螺纹套，固定在所述第一锥形齿轮圆心处；

螺纹杆，通过内外螺纹套接于所述螺纹套；所述螺纹杆的底部固定有吸嘴，所述连接架的顶部形成一个容置腔，所述容置腔给螺纹杆提供上升时所需的空间需求。

在进一步的实施例中，所述连接架的底部边缘处设置有向下延伸一定高度的按压部，所述按压部的底部设有向上凹陷的容纳腔，所述螺纹杆的底部及吸嘴位于所述容纳腔的内部。

在进一步的实施例中，相邻连接架的底部为交错分布，螺纹杆的长度相同。

自动化拧瓶盖机器人的拧盖方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将需要拧盖的同一型号的瓶身呈矩阵的形式列放在操作台上；

步骤二、分别计算出沿x轴向两相邻瓶口所在圆心之间的距离为l1，沿y轴向两相邻瓶口所在圆心之间的距离l2；

步骤三、根据l1控制驱动机构中的电动气缸，电动气缸推动或者回拉与之传动连接的驱动块，直至在x轴向上相邻的驱动块的中心线之间的距离为l1；

步骤四、根据l2控制调节部中的驱动气缸，驱动气缸推动或者回拉与之传动连接的导向板，直至在y轴向上相邻吸嘴轴线之间的距离为l2；

步骤五、机器人控制拧盖总装向下移动使按压部与瓶身相抵，此时容纳腔内的吸嘴吸附有瓶盖，且与瓶口无接触；

步骤六、开启正反转电机，吸嘴在螺纹杆和螺纹套的作用下，向下运动且自转，且自转方向与瓶口处的螺纹方向一致，直至吸嘴将瓶盖拧紧在瓶口处；吸嘴继续转动，直至吸嘴与瓶盖脱离；

步骤七、反向转动正反转电机，吸嘴相对瓶盖向上移动。

本发明的有益效果：本发明通过设置了驱动机构和调节部，分别用于调节相邻吸嘴在x轴和y轴向之间的距离，以适用于不同型号的瓶子的拧盖操作，当瓶身较大时即相邻瓶身之间的距离较大，则通过调节驱动机构和调节部以满足所需的吸嘴之间的距离；当瓶身体积相对较小时，则相邻瓶身之间的距离较小，则通过调节驱动机构和调节部以满足所需的吸嘴之间的距离，增加拧盖总装的使用范围，提高生产效率。

附图说明

图1为实施例1的拧盖总装的结构示意图。

图2为实施例1的拧盖总装的侧视图。

图3为实施例1的吸嘴组件的结构示意图。

图4为实施例1的驱动机构的部分俯视图。

图5为实施例2的控制部的局部结构示意图。

图6为实施例2的控制部的主视图。

图7为实施例3的驱动机构的结构示意图。

图8为实施例3的驱动机构的侧视图。

图1至图8中的各标注为：安装架1、驱动机构2、吸嘴机构3、导向杆201、驱动块202、第一连杆203、第二连杆204、电动气缸205、导向板206、导向柱207、导向槽208、安装板301、驱动气缸302、移动板303、变距滑槽304、滑动凸起件305、导轨306、按压部307、滑块308、连接架309、第一锥形齿轮310、第二锥形齿轮311、螺纹套312、螺纹杆313。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人在实际加工时发现：现有的旋盖机器人都是都过设置多个夹手同时拧盖，但是夹手之间的距离是固定的，而不同型号的瓶子上的瓶盖之间的距离是不定的，因此同一组夹手仅能满足指定型号瓶子的拧盖，适用范围受到了很大的局限。

实施例1

本实施例公开了一种自动化拧瓶盖机器人，包括：机械臂，机械臂的末端处安装有旋转机构，旋转机构上传动连接有拧盖总装。拧盖总装在旋转机构的作用下能够做360°的转动，且在机械臂的作用下，能够在一定的空间内转移。

如图1和图2所示，拧盖总装包括：传动连接于旋转机构的安装架1，安装上设置有驱动机构2，驱动机构2上传动连接有若干个吸嘴机构3。定义安装架1的长度所在的方向为x轴向，宽度所在的方向为y轴向，驱动机构2被设置为根据需求调节x轴向相邻吸嘴机构3之间的距离。

在进一步的实施例中，吸嘴机构3包括多个吸嘴组件，用于调节相邻吸嘴组件之间距离的调节部，以及用于驱动吸嘴升降和自转的控制部。在本实施例中，吸嘴组件的个数根据当前摆放的瓶身的排数而定。当瓶身为8列时，则吸嘴机构3的个数可以是4个也可以是8个。此处的排则是以y轴向计量。实现大量的拧盖处理，提高拧盖效率。

如图4所示，驱动机构2包括：两个沿x轴向安装在安装架1内的导向杆201，导向杆201上套接有10个驱动块202，每个驱动块202上对应一个吸嘴组件。且每个驱动块202上设有第一连杆203和第二连杆204，第一连杆203与第二连杆204的中心位置相铰接，且铰接处于同时铰接于驱动块202；第一连杆203与第二连杆204的两端分别交接与相邻的驱动块202铰接。

驱动机构2还包括：安装在安装架1上的电动气缸205，电动气缸205用于调整第一连杆203和第二连杆204之间的夹角以实现相邻驱动块202之间的距离调节。具体表现为：电动气缸205的活塞杆的末端处传动连接于位于末端的驱动块202上。不仅仅增加了移动的稳定性同时还保证了任意相邻的驱动块202之间的距离发生相同的变量。

上述驱动机构2在工作时：当电动气缸205处于压缩状态时，相邻的驱动块202为首位相连，此时的第一连杆203和第二连杆204之间的夹角为最小，且相邻的吸嘴机构3之间的距离为最短；当电动气缸205的活塞杆慢慢拉伸并推动与之传动连接的驱动块202向背运动，则第一连杆203与第二连杆204之间的夹角随着推动的距离增加而增大，相邻的驱动块202之间的距离增大即相邻的吸嘴机构3之间的距离增大。进而实现根据瓶身的型号调整吸嘴机构3之间的距离。

在上述结构中，通过驱动机构2仅仅实现了在x轴向上的距离调整，但是瓶身的大小不一致，不仅仅导致了x轴向的间距发生改变，同时还造成了y轴向上相邻瓶口之间的距离发生了改变。

在进一步的实施例中，对吸嘴机构3进行了改进：吸嘴机构3包括：多个吸嘴组件，吸嘴组件的个数根据当前并列摆放的瓶身的列数而定。当瓶身为10列时，则吸嘴机构3的个数可以是5个也可以是10个。此处的列则是以x轴向计量。每个吸嘴组件都具有用于调节相邻吸嘴组件之间距离的调节部，以及用于驱动吸嘴升降和自转的控制部。

在进一步的实施例中，如图3所示，吸嘴组件包括：安装板301，传动连接于所述驱动机构2；所述调节部安装在所述安装板301上；所述调节部包括：竖向固定在安装板301上的驱动气缸302，驱动气缸302的活塞杆的末端处传动连接有移动板303。移动上设置有若干个变距滑槽304，在本实施例中，变距滑槽304的个数为四个。且每个变距滑槽304的内部均设置有滑动凸起件305，滑动凸起件305用于安装控制部和吸嘴；当所述变距滑槽304移动时，所述滑动凸起件305在所述变距滑槽304中滑动，相邻两个所述滑动凸起件305之间的距离随着与其对应的相邻两个所述变距滑槽304之间的距离的变化而做等变量的变化。

在上述过程中，为了增加滑动凸起件305移动时的稳定性，且为了避免在在拧盖时因存在外力作用导致滑动凸起件305做不可控的反向运动，故在移动板303上增设了导向件。在进一步的实施例中，导向件包括：四个沿y轴向设置的导轨306，每个导轨306上均设有与之相适配的滑块308，每个滑块308对应连接于一个滑动凸起件305。导轨306与滑块308的增设还确保了吸嘴组件中的吸嘴都处于相同高度上，保持一致性，避免在拧盖时出现因吸嘴所处的高度不一样导致部分瓶盖未被拧上的现象。

上述吸嘴组件在y轴向的距离调整具体如下：当驱动气缸302处于拉伸状态时，每个滑动凸起件305均位于对应的变距槽的顶部，相邻的吸嘴组件之间的距离为最短，当需要增加相邻吸嘴组件之间的距离时，驱动气缸302的活塞杆将移动板303压缩，移动板303及移动板303内的变距滑槽304相对安装板301向上移动，则位于变距滑槽304内的滑动凸起件305在变距滑槽304内沿变距滑槽304的路径移动，使得相邻的吸嘴组件之间的距离增大，且增大的变量相同。

为了使吸嘴使用保持在同一水平面上，且相互之间不产生干涉，故相邻的滑动凸起件305上的滑块308为交错分布，构成空间避让。

实施例2

根据实施例1描述，实施例1是为了适用于不同型号瓶身的集中式、自动化拧盖。但是在实施例1中却不曾考虑到不同型号的瓶身的瓶盖大小也是不同的。因此如果使用固定的卡箍或者其他夹取装置，首选是无法满足不同型号的夹取。其次如果使用可调节的夹爪夹取瓶盖，根据瓶盖大小调整夹爪的张弛度，但是当瓶身小瓶盖大时，吸嘴机构3及吸嘴组件之间的间距较小以不足以满足相邻两个夹爪甚至是周边的四个夹爪进行有效的夹持，在空间上有着阻碍。同样限制了拧盖总装的使用范围。

申请人用吸嘴取而代之，通过吸嘴实现对不同的大小瓶盖的吸附，以满足空间上的需求。

同时吸嘴不仅仅要有一个吸附的过程还要有一个拧紧的过程(吸嘴带动瓶盖自转)。故在滑动凸起件305的底部安装有正反转电机，通过正反转电机实现吸嘴的自转以完成拧盖的过程。但是吸嘴如果没有一个向下的作用力，也很难将瓶盖拧紧在瓶盖上。

在进一步的实施例中，如图5所示，在滑动凸起件305的底部安装有控制部，控制部包括：与滑动凸起件305固定连接的连接架309，在连接架309的底部安装有正反转电机和第一锥形齿轮310。正反转电机的输出轴传动连接有第二锥形齿轮311，述第一锥形齿轮310与第二锥形齿轮311传动连接。并且，第一锥形齿轮310的中心位置处安装有螺纹套312，螺纹套312的内部通过内外螺纹传动连接有螺纹杆313。螺纹杆313的底部固定有吸嘴，所述连接架309的顶部形成一个容置腔，所述容置腔给螺纹杆313提供上升时所需的空间需求。

当需要拧盖时，正反转电机正转，吸附有瓶盖的吸嘴正转且向下移动直至扣在瓶口上，并继续向下移动直至将瓶盖拧紧在瓶口上，持续向下继续在正反转电机给的外力作用下迫使吸嘴与瓶盖分离，正反转电机反转吸嘴向上移动（所述容置腔给螺纹杆313提供上升时所需的空间需求）。同时解决了吸嘴在拧完之后并不能像夹爪一样与瓶盖脱离，将会存在吸嘴上移时会将瓶身一同拎起的问题。

但是在上述过程中，吸嘴与瓶盖的脱离是容易产生晃动的过程，且如果瓶身没有其他的外力时整个过程都是很容易发生晃动的，造成瓶身侧翻。

在进一步的实施例中，如图6所示，在连接架309的底部边缘处设置有向下延伸一定高度的按压部307，所述按压部307的底部设有向上凹陷的容纳腔，所述螺纹杆313的底部及吸嘴位于所述容纳腔的内部。按压部307的内径略大于目前市场上出现的瓶盖外径的平均值，也可以根据需求定制。

即使用时，将按压部307下移至与瓶身相抵给与瓶身一个固定的作用力，此时的螺纹杆313和吸嘴位于最高处，待固定后，正反转电机正转，吸附有瓶盖的吸嘴正转且向下移动直至扣在瓶口上，并继续向下移动直至将瓶盖拧紧在瓶口上，持续向下继续在正反转电机给的外力作用下迫使吸嘴与瓶盖分离，正反转电机反转吸嘴向上移动（所述容置腔给螺纹杆313提供上升时所需的空间需求）。在上述过程中，按压部307一直控制瓶身不会发生晃动，并给吸嘴与瓶盖发生脱离提供了便捷。

同时为了避免空间出现阻碍的现象，相邻连接架309的底部为交错分布，螺纹杆313的长度相同（始终保持每个吸嘴所在的高度一致）。

自动化拧瓶盖机器人的拧盖方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将需要拧盖的同一型号的瓶身呈矩阵的形式列放在操作台上；确定瓶子所在的列数和排数，以驱动所需的吸嘴的个数和摆放形式；

步骤二、分别计算出沿x轴向两相邻瓶口所在圆心之间的距离为l1，沿y轴向两相邻瓶口所在圆心之间的距离l2；

步骤三、根据l1控制驱动机构2中的电动气缸205，电动气缸205推动或者回拉与之传动连接的驱动块202，直至在x轴向上相邻的驱动块202的中心线之间的距离为l1；

步骤四、根据l2控制调节部中的驱动气缸302，驱动气缸302推动或者回拉与之传动连接的导向板206，直至在y轴向上相邻吸嘴轴线之间的距离为l2；

步骤五、机器人控制拧盖总装向下移动使按压部307与瓶身相抵，此时容纳腔内的吸嘴吸附有瓶盖，且与瓶口无接触；

步骤六、开启正反转电机，吸嘴在螺纹杆313和螺纹套312的作用下，向下运动且自转，且自转方向与瓶口处的螺纹方向一致，直至吸嘴将瓶盖拧紧在瓶口处；吸嘴继续转动，直至吸嘴与瓶盖脱离；

步骤七、反向转动正反转电机，吸嘴相对瓶盖向上移动。

实施例3

本实施例使用的驱动机构2如图7和8所示，包括：两个沿x轴向安装在安装架1内的导向杆201，导向杆201上套接有10个驱动块202，每个驱动块202上对应一个吸嘴组件。且每个驱动块202的两侧分别设置有导向板206和导向柱207，导向板206上开设有导向槽208，每个导向槽208与导向柱207均处于同一水平线上，以确保在水平面上移动。当前驱动块202上的导向柱207活动卡接于相邻驱动块202上的导向槽208内；同时驱动块202通过导向块与导轨306凹凸配合，起到导向的作用，导轨306安装在安装架1内。

驱动机构2还包括：安装在安装架1上的电动气缸205，电动气缸205用于调整导向柱207位于导向槽208中的所在位置以实现相邻驱动块202之间的距离调节。

具体表现为：电动气缸205的活塞杆的末端处传动连接于位于末端的驱动块202上。不仅仅增加了移动的稳定性同时还保证了任意相邻的驱动块202之间的距离发生相同的变量。

上述驱动机构在工作时：当电动气缸处于压缩状态时，相邻的驱动块为首位相连，当前驱动块上的导向柱位于相邻的驱动块上导向槽与该导向柱相靠近的一侧，且相邻的吸嘴机构之间的距离为最短；当电动气缸的活塞杆慢慢拉伸并推动与之传动连接的驱动块向背运动，导向柱在导向槽内移动，直至当前驱动块上的导向柱位于相邻的驱动块上导向槽与该导向柱相背离的一侧，相邻的驱动块之间的距离为最大。进而实现根据瓶身的型号调整吸嘴机构之间的距离。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。