一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置的制作方法

本发明涉及节能环保设备技术领域中的一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置。

背景技术：

近年来，随着人们生活水平的不断提高，一次性包装饮料的消费增长迅速，但问题也随之而来，人们喝完饮料后通常将塑料瓶随意丢弃，据统计我国每年大约有350万吨的废弃塑料瓶产生，因为塑料本身很难自然降解，废弃的塑料瓶既是资源浪费，又很大程度的导致了环境污染。尽管本领域的技术人员设计制造了塑料瓶回收装置，但是也不理想。产生了塑料瓶回收率不足、回收过程困难低效、工人劳动强度高，塑料瓶回收装置未运用六自由度工业机器人，导致塑料瓶回收装置的灵活性差、适应性不强等。塑料瓶瓶身主要是由聚乙烯或聚丙烯等材料并添加了多种有机溶剂后制成的，而塑料瓶的瓶盖与瓶身材料不同，必须进行分离后分别回收利用，否则在回收过程中会导致相互污染。废弃塑料瓶通常粘贴有各种商标纸，必须在回收利用前予以去除，否则会导致回收料品质大幅下降。

专利申请号201910226504.8公开了一种塑料瓶去商标压缩回收机器人，该专利申请仅仅公开了塑料瓶去商标的机械装置，包括机架、送料斗、传动机构、去商标工作头、冲压工作头、送料圆盘和储料箱，通过卧式电机水平驱动曲柄轴a与曲柄轴b，通过曲柄轴驱动两个上下连杆，实现去商标工作头和冲压工作头的在竖直平面内的上下往复直线运动。其去商标工作头内部为空心圆筒形结构，且内壁附有刮片，冲压工作头前部为实心圆柱，通过工作头与塑料瓶的相对运动，实现划掉塑料瓶外的商标纸和压扁塑料瓶的功能。专利申请中也提到用机器人进行塑料瓶的回收，但是设计方案中并未使用工业机器人，其回收过程未提供去除瓶盖的方法，无法实现瓶身和瓶盖的分离，去除商标的冲头为固定式圆筒结构，其功能是针对圆柱型塑料瓶设计的，设计中未提供应对瓶身截面为曲线型塑料瓶的商标去除方法。

专利申请号201810466956.9公开了一种聚丙烯pp塑料瓶环保回收机器人，该专利申请存在二个问题，首先,去除商标功能是针对瓶身截面为圆柱型塑料瓶设计的,在应对瓶身截面为曲线的塑料瓶时可靠性较低,其次,该专利无法实现瓶盖与瓶身的分离,而塑料瓶的瓶盖与瓶身材料不同，必须进行分离后分别回收利用，否则在后续的回收过程中会导致相互污染，大幅度降低回用料的品质。

现有技术中还存在上述问题，还需人工操作情况下对废弃塑料瓶的回收，对废弃塑料瓶回收率不足以及回收过程困难低效的问题。因此，研制开发一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置一直是急待解决的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置，该发明采用机械臂及专用夹具，可实现废弃塑料瓶的全自动抓取、翻转、拧松瓶盖、排出瓶内残液、刮除商标等动作，显著地提高了回收效率、减轻了人力劳动强度，运用六自由度机械臂提升塑料瓶回收装置的灵活性、适应性，该发明具有全自动完成废弃塑料瓶的回收功能，通过5个步骤的操作，完成了塑料瓶回收的全过程，去除了瓶盖和商标纸的塑料瓶可进一步回收利用，夹扁后的塑料瓶空间体积最小化，可以很方便的捆包、运输，全过程无需人工干预，高效、可靠、安全，除机器臂以外，各工位均为机械式结构，无需额外的能源动力，各工位夹具采用300mm×300mm的统一模块化底板，可以快速安装，并方便工位调整，具有很好的扩展型，如需变更塑料瓶尺寸，仅更换相应工位的夹具并调整机械臂的程序即可，无需重新布线和改造。

本发明的目的是这样实现的：一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置，包括基座、机器臂、塑料瓶夹爪、等待工位夹具、去瓶盖工位夹具、夹扁工位夹具、去商标工位夹具、下料工位夹具、塑料瓶，在基座上设置机器臂并固定在基座上，在机器臂上部前端设置塑料瓶夹爪，在塑料瓶夹爪的两个夹爪之间设置塑料瓶，在基座上右部设置等待工位夹具，在基座右部设置去瓶盖工位夹具，在基座上右部设置夹扁工位夹具，在基座上部设置去商标工位夹具，在基座上左部设置下料工位夹具；塑料瓶夹爪由连接板、驱动器、上夹爪、下夹爪组成，连接板与驱动器连接，驱动器分别与上夹爪、下夹爪连接；等待工位夹具由第一底板、第一定位块、第一导向条、第二导向条、第二定位块、第三定位块组成，在第一底板上分别设置第一定位块、第一导向条、第二导向条、第二定位块、第三定位块，第一导向条与第一定位块连接，第二导向条与第二定位块连接，第三定位块两端分别与第一定位块和第二定位块连接；去瓶盖工位夹具由第二底板、第一导向杆、第一压紧弹簧、第一支座、第一空心销、第二支座、第二压紧弹簧、第二导向杆、第三支座、第三压紧弹簧、第三导向杆、第二空心销、第四支座、第四压紧弹簧、第四导向杆组成，在第二底板上设置第一支座、第一空心销、第二支座、第三支座、第二空心销、第四支座，在第一支座上设置第一导向杆、第一压紧弹簧，第一导向杆与第一压紧弹簧连接，在第二支座上设置第二压紧弹簧、第二导向杆，第二压紧弹簧与第二导向杆连接，在第三支座上设置第三压紧弹簧、第三导向杆，第三压紧弹簧与第三导向杆连接，在第四支座上设置第四导向杆、第四压紧弹簧，第四导向杆与第四压紧弹簧连接；夹扁工位夹具由第三底板、滑台、第一支架、第一辊筒、第一辊筒轴、第二辊筒轴、第二辊筒、第二支架组成，在第三底板上设置滑台，在滑台上设置第一支架、第二支架，将第一辊筒安装在第一辊筒轴上，并一起安装到第一支架上，将第二辊筒安装在第二辊筒轴上，并一起安装到第二支架上；去商标工位夹具由第四底板、第三支架、第三导向条、第一刮板弹簧、第一刮板、第二刮板、第二刮板弹簧、第四导向条、第四支架组成，在第四底板上设置第三支架、第四支架，在第三支架上设置第三导向条、七个第一刮板弹簧，在七个第一刮板弹簧上分别设置第一刮板，在第四支架上设置第四导向条、七个第二刮板弹簧，在七个第二刮板弹簧上分别设置第二刮板；下料工位夹具由第五底板、第一立柱、滑板、第四定位块、第五定位块、第六定位块、第二立柱组成，在第五底板设置第一立柱、滑板、第二立柱，滑板分别与第一立柱、第二立柱连接，在滑板上设置第四定位块、第五定位块、第六定位块，第四定位块两端分别连接第五定位块、第六定位块；

所述的等待工位夹具中心线与去瓶盖工位夹具中心线之间夹角为45°；所述的去瓶盖工位夹具与夹扁工位夹具中心线之间夹角为45°；所述的夹扁工位夹具中心线与去商标工位夹具中心线之间夹角为45°；所述的去商标工位夹具中心线与下料工位夹具中心线之间夹角为45°；

所述的一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置的工作原理是，（1）实现塑料瓶去除瓶盖功能：在去瓶盖工位夹具，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由等待工位夹具抓取后，搬运至去瓶盖工位夹具，然后将塑料瓶以正立姿态沿第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆、第四导向杆推入去瓶盖工位夹具中，各导向杆均通过弹簧与相应支座连接，使导向杆在弹簧力的作用下紧贴塑料瓶，随着塑料瓶延导向杆向下运动，塑料瓶底部与第一空心销、第二空心销顶部接触，第一空心销、第二空心销顶部为锋利的针状结构，塑料瓶底部被空心销刺穿后与第二底板接触，塑料瓶残留液体通过空心销内孔流出，塑料瓶夹爪夹紧塑料瓶的瓶盖后以瓶盖中心垂线为轴逆时针旋转，因塑料瓶底部已经被第一空心销、第二空心销定位不能旋转，瓶盖被拧松后由塑料瓶夹爪放置至指定区域，塑料瓶夹爪夹紧塑料瓶的瓶口，向上拉动塑料瓶，将塑料瓶从去瓶盖工位夹具中取出，实现去除塑料瓶瓶盖的功能；（2）实现塑料瓶夹扁功能：在夹扁工位夹具，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由去瓶盖工位夹具抓取后，搬运至夹扁工位夹具，然后将塑料瓶由垂直正立姿态翻转90度变成水平姿态，将塑料瓶瓶口方向对准第一辊筒和第二辊筒之间的缝隙，将塑料瓶瓶口通过两个辊筒之间的缝隙，塑料瓶瓶身因宽度大于两个辊筒之间的缝隙而卡在辊筒上，将塑料瓶延水平方向从第一辊筒和第二辊筒之间的缝隙拉出，塑料瓶瓶身经滚压后发生永久形变，实现塑料瓶压扁功能；（3）实现塑料瓶商标去除功能：去商标工位夹具，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由夹扁工位夹具抓取后，搬运至去商标工位夹具，然后将塑料瓶由水平姿态翻转90度变成正立姿态，将塑料瓶水平移动，使塑料瓶瓶口延第三导向条、第四导向条推入去商标工位夹具中，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶延垂直方向上拉，使塑料瓶瓶身与第一刮板、第二刮板产生相对运动，第一刮板、第二刮板分别在第一刮板弹簧、第二刮板弹簧弹力作用下，将附着在塑料瓶瓶身上的商标刮下，实现塑料瓶商标去除功能；

所述的一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置的使用及操作方法是，一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置具有全自动完成废弃塑料瓶的回收功能，通过一台六自由度工业机器臂，通过五个步骤完成废弃塑料瓶的回收，每个步骤完成一项工作内容，第一步在等待工位夹具完成，塑料瓶以水平姿态输送至等待工位夹具，机器臂通过塑料瓶夹爪抓取塑料瓶；第二步在去瓶盖工位夹具完成，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由等待工位夹具抓取后，搬运至去瓶盖工位夹具，然后将塑料瓶沿第一导向杆、第二导向杆、第三导向杆、第四导向杆推入去瓶盖工位夹具中，塑料瓶底部被第一空心销、第二空心销顶部锋利的针状结构刺穿后与第二底板接触，塑料瓶残留液体通过空心销内孔流出，机器臂通过塑料瓶夹爪拧松并取下塑料瓶瓶盖；第三步在夹扁工位夹具完成，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由去瓶盖工位夹具抓取后，将塑料瓶旋转90度，以水平姿态搬运至夹扁工位夹具，将塑料瓶由瓶口至瓶身依次从第一辊筒和第二辊筒之间的缝隙拉出，在塑料瓶移动过程，塑料瓶的瓶身被压扁；第四步在去商标工位夹具完成，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由夹扁工位夹具后，将塑料瓶旋转90度，以垂直正立放置姿态搬运至去商标工位夹具，将塑料瓶延第三导向条、第四导向条推入去商标工位夹具中，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶延垂直方向上拉，使塑料瓶瓶身与第一刮板、第二刮板产生相对运动，第一刮板、第二刮板将附着在塑料瓶瓶身上的商标刮下；第五步在下料工位夹具完成，机器臂及塑料瓶夹爪将塑料瓶由去商标工位夹具抓取后，搬运至下料工位夹具，当塑料瓶移动到滑板上方时，塑料瓶夹爪松开，将处理后达到最终状态的塑料瓶经滑板送出。

本发明的要点在于它的结构、工作原理、使用及操作方法。

一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）智能性：通过六自由度工业机器臂实现全过程无人操作，从等待工位夹具抓取塑料瓶，自动拧松并去除塑料瓶瓶盖，自动排出塑料瓶内残留液体，自动压扁塑料瓶瓶身，自动刮掉瓶身商标，自动将处理后的塑料瓶送至下料工位；

（2）可靠性：在去瓶盖工位夹具，机器臂将塑料瓶由前一工位抓取后，将塑料瓶沿导向杆推入去瓶盖工位夹具中，导向杆通过弹簧与固定支座连接，导向杆可在弹簧力作用下浮动，确保塑料瓶瓶身与导向杆始终处于贴合状态；在去商标工位夹具，为确保刮板与塑料瓶瓶身对齐，尽管机器臂可以通过编程实现抓取的塑料瓶按预定轨迹移动，但考虑到塑料瓶刚性不足的特点，在夹具上设置了对称布置的导向条，进一步修正塑料瓶运动轨迹，使塑料瓶移动过程，刮板始终对准塑料瓶瓶身商标，实现精确去除塑料瓶商标功能，同时，刮板通过弹簧连接到固定支架上，使刮板可以适应瓶身截面为曲线的塑料瓶，确保去除不同形状塑料瓶商标功能的可靠性；

（3）高效性：产品全程无人操作，自动完成旧废弃塑料瓶的去瓶盖、排出残留液体、压扁、去商标等回收利用的全过程，装置设计了上料工位和下料工位，可作为一个功能模块嵌入自动化生产线中；

（4）节能性：除机器臂外，各工位夹具均无主动机械动作，无需额外能源动力，通过机器臂的优化编程，确保无多余动作，缩短节拍同时节约能源消耗。

将广泛应用于节能环保设备技术领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明塑料瓶夹爪部分的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明等待工位夹具部分的结构示意图。

图6是图5的俯视图。

图7是本发明去瓶盖工位夹具部分的结构示意图。

图8是图7的俯视图。

图9是本发明夹扁工位夹具部分的结构示意图。

图10是图9的俯视图。

图11是本发明去商标工位夹具部分的结构示意图。

图12是图11的俯视图。

图13是本发明下料工位夹具部分的结构示意图。

图14是图13的俯视图。

具体实施方式

参照附图，一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置，包括基座1、机器臂2、塑料瓶夹爪3、等待工位夹具4、去瓶盖工位夹具5、夹扁工位夹具6、去商标工位夹具7、下料工位夹具8、塑料瓶9，在基座1上设置机器臂2并固定在基座1上，在机器臂2上部前端设置塑料瓶夹爪3，在塑料瓶夹爪3的两个夹爪之间设置塑料瓶9，在基座1上右部设置等待工位夹具4，在基座1右部设置去瓶盖工位夹具5，在基座1上右部设置夹扁工位夹具6，在基座1上部设置去商标工位夹具7，在基座1上左部设置下料工位夹具8；塑料瓶夹爪3由连接板3-1、驱动器3-2、上夹爪3-3、下夹爪3-4组成，连接板3-1与驱动器3-2连接，驱动器3-2分别与上夹爪3-3、下夹爪3-4连接；等待工位夹具4由第一底板4-1、第一定位块4-2、第一导向条4-3、第二导向条4-4、第二定位块4-5、第三定位块4-6组成，在第一底板4-1上分别设置第一定位块4-2、第一导向条4-3、第二导向条4-4、第二定位块4-5、第三定位块4-6，第一导向条4-3与第一定位块4-2连接，第二导向条4-4与第二定位块4-5连接，第三定位块4-6两端分别与第一定位块4-2和第二定位块4-5连接；去瓶盖工位夹具5由第二底板5-1、第一导向杆5-2、第一压紧弹簧5-3、第一支座5-4、第一空心销5-5、第二支座5-6、第二压紧弹簧5-7、第二导向杆5-8、第三支座5-9、第三压紧弹簧5-10、第三导向杆5-11、第二空心销5-12、第四导向杆5-13、第四压紧弹簧5-14、第四支座5-15组成，在第二底板5-1上设置第一支座5-4、第一空心销5-5、第二支座5-6、第三支座5-9、第二空心销5-12、第四支座5-15，在第一支座5-4上设置第一导向杆5-2、第一压紧弹簧5-3，第一导向杆5-2与第一压紧弹簧5-3连接，在第二支座5-6上设置第二压紧弹簧5-7、第二导向杆5-8，第二压紧弹簧5-7与第二导向杆5-8连接，在第三支座5-9上设置第三压紧弹簧5-10、第三导向杆5-11，第三压紧弹簧5-10与第三导向杆5-11连接，在第四支座5-15上设置第四导向杆5-13、第四压紧弹簧5-14，第四导向杆5-13与第四压紧弹簧5-14连接；夹扁工位夹具6由第三底板6-1、滑台6-2、第一支架6-3、第一辊筒6-4、第一辊筒轴6-5、第二辊筒轴6-6、第二辊筒6-7、第二支架6-8组成，在第三底板6-1上设置滑台6-2，在滑台6-2上设置第一支架6-3、第二支架6-8，将第一辊筒6-4安装在第一辊筒轴6-5上，并一起安装到第一支架6-3上，将第二辊筒6-7安装在第二辊筒轴6-6上，并一起安装到第二支架6-8上；去商标工位夹具7由第四底板7-1、第三支架7-2、第三导向条7-3、第一刮板弹簧7-4、第一刮板7-5、第二刮板7-6、第二刮板弹簧7-7、第四导向条7-8、第四支架7-9组成，在第四底板7-1上设置第三支架7-2、第四支架7-9，在第三支架7-2上设置第三导向条7-3、七个第一刮板弹簧7-4，在七个第一刮板弹簧7-4上分别设置第一刮板7-5，在第四支架7-9上设置第四导向条7-8、七个第二刮板弹簧7-7，在七个第二刮板弹簧7-7上分别设置第二刮板7-6；下料工位夹具8由第五底板8-1、第一立柱8-2、滑板8-3、第四定位块8-4、第五定位块8-5、第六定位块8-6、第二立柱8-7组成，在第五底板8-1设置第一立柱8-2、滑板8-3、第二立柱8-7，滑板8-3分别与第一立柱8-2、第二立柱8-7连接，在滑板8-3上设置第四定位块8-4、第五定位块8-5、第六定位块8-6，第四定位块8-4两端分别连接第五定位块8-5、第六定位块8-6。

所述的等待工位夹具4中心线与去瓶盖工位夹具5中心线之间夹角为45°；所述的去瓶盖工位夹具5与夹扁工位夹具6中心线之间夹角为45°；所述的夹扁工位夹具6中心线与去商标工位夹具7中心线之间夹角为45°；所述的去商标工位夹具7中心线与下料工位夹具8中心线之间夹角为45°。

所述的一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置的工作原理是，（1）实现塑料瓶9去除瓶盖功能：在去瓶盖工位夹具5，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由等待工位夹具4抓取后，搬运至去瓶盖工位夹具5，然后将塑料瓶9以正立姿态沿第一导向杆5-2、第二导向杆5-8、第三导向杆5-11、第四导向杆5-13推入去瓶盖工位夹具5中，各导向杆均通过弹簧与相应支座连接，使导向杆在弹簧力的作用下紧贴塑料瓶9，随着塑料瓶9延导向杆向下运动，塑料瓶9底部与第一空心销5-5、第二空心销5-12顶部接触，第一空心销5-5、第二空心销5-12顶部为锋利的针状结构，塑料瓶9底部被空心销刺穿后与第二底板5-1接触，塑料瓶9残留液体通过空心销内孔流出，塑料瓶夹爪3夹紧塑料瓶9的瓶盖后以瓶盖中心垂线为轴逆时针旋转，因塑料瓶9底部已经被第一空心销5-5、第二空心销5-12定位不能旋转，瓶盖被拧松后由塑料瓶夹爪3放置至指定区域，塑料瓶夹爪3夹紧塑料瓶9的瓶口，向上拉动塑料瓶9，将塑料瓶9从去瓶盖工位夹具5中取出，实现去除塑料瓶9瓶盖的功能；（2）实现塑料瓶9夹扁功能：在夹扁工位夹具6，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由去瓶盖工位夹具5抓取后，搬运至夹扁工位夹具6，然后将塑料瓶9由垂直正立姿态翻转90度变成水平姿态，将塑料瓶9瓶口方向对准第一辊筒6-4和第二辊筒6-7之间的缝隙，将塑料瓶9瓶口通过两个辊筒之间的缝隙，塑料瓶9瓶身因宽度大于两个辊筒之间的缝隙而卡在辊筒上，将塑料瓶9延水平方向从第一辊筒6-4和第二辊筒6-7之间的缝隙拉出，塑料瓶9瓶身经滚压后发生永久形变，实现塑料瓶9压扁功能；（3）实现塑料瓶9商标去除功能：去商标工位夹具7，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由夹扁工位夹具6抓取后，搬运至去商标工位夹具7，然后将塑料瓶9由水平姿态翻转90度变成正立姿态，将塑料瓶9水平移动，使塑料瓶9瓶口延第三导向条7-3、第四导向条7-8推入去商标工位夹具7中，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9延垂直方向上拉，使塑料瓶9瓶身与第一刮板7-5、第二刮板7-6产生相对运动，第一刮板7-5、第二刮板7-6分别在第一刮板弹簧7-4、第二刮板弹簧7-7弹力作用下，将附着在塑料瓶9瓶身上的商标刮下，实现塑料瓶9商标去除功能。

所述的一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置的使用及操作方法是，一种废弃塑料瓶回收智能工业机器人装置具有全自动完成废弃塑料瓶9的回收功能，通过一台六自由度工业机器臂2，通过五个步骤完成废弃塑料瓶9的回收，每个步骤完成一项工作内容，第一步在等待工位夹具4完成，塑料瓶9以水平姿态输送至等待工位夹具4，机器臂2通过塑料瓶夹爪3抓取塑料瓶9；第二步在去瓶盖工位夹具5完成，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由等待工位夹具4抓取后，搬运至去瓶盖工位夹具5，然后将塑料瓶9沿第一导向杆5-2、第二导向杆5-8、第三导向杆5-11、第四导向杆5-13推入去瓶盖工位夹具5中，塑料瓶9底部被第一空心销5-5、第二空心销5-12顶部锋利的针状结构刺穿后与第二底板5-1接触，塑料瓶9残留液体通过空心销内孔流出，机器臂2通过塑料瓶夹爪3拧松并取下塑料瓶9瓶盖；第三步在夹扁工位夹具6完成，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由去瓶盖工位夹具5抓取后，将塑料瓶9旋转90度，以水平姿态搬运至夹扁工位夹具6，将塑料瓶9由瓶口至瓶身依次从第一辊筒6-4和第二辊筒6-7之间的缝隙拉出，在塑料瓶9移动过程，塑料瓶9的瓶身被压扁；第四步在去商标工位夹具7完成，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由夹扁工位夹具6后，将塑料瓶9旋转90度，以垂直正立放置姿态搬运至去商标工位夹具7，将塑料瓶9延第三导向条7-3、第四导向条7-8推入去商标工位夹具7中，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9延垂直方向上拉，使塑料瓶9瓶身与第一刮板7-5、第二刮板7-6产生相对运动，第一刮板7-5、第二刮板7-6将附着在塑料瓶9瓶身上的商标刮下；第五步在下料工位夹具8完成，机器臂2及塑料瓶夹爪3将塑料瓶9由去商标工位夹具7抓取后，搬运至下料工位夹具8，当塑料瓶9移动到滑板8-3上方时，塑料瓶夹爪3松开，将处理后达到最终状态的塑料瓶9经滑板8-3送出。