一种弹性板状材料自动连续包装作业的包装机器人的制作方法

本发明涉及一种弹性板状材料的包装方法，尤其是一种弹性板状材料自动连续包装作业的包装机器人。

背景技术：

包装是产品进入流通领域的必要过程，包装机械是使产品包装实现机械自动化的主要手段，目前世界各国对包装机械的发展十分重视，全球包装机械在 2005年生产总值达到290亿美元，并以每年5.3％的速度增长。生产效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化以成为世界各国包装机械的发展趋势，包装机械的发展态势可归为以下三点：

(1)需求重点将向发展中国家转移，而制造市场仍在发达国家在未来几年内，包装机械的市场需求将呈现良好的增长态势，特别是封口设备的需求量增幅较大；

(2)随着社会经济和科学技术的发展，对包装机械的自动化程度要求越来越高，终端客户多样化个性化的需求，要求机械设备能够更加灵活多变，高效率且灵活的包装设备才能在现今的市场上立足；

(3)节能环保，符合可持续发展的要求才是长久之计在增加设备技术含量的同时，要注意材料、能源等方面的节约，做到循环利用以及材料再生；

包装机械更新换代快，要具有高度的扩展性和灵活性，向经济、高效和多功能发展，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现，包装机器人就是其中最为突出的新星。

包装机器人的类型多种多样的，既可包装液体、粘稠膏体，也可包装粉、粒、块等，在食品、日用化工、医药、轻工等领域得到广泛应用，所用的包装材料种类也很多，有塑料薄膜和复合薄膜等的柔性材料；有玻璃瓶、罐等的刚性材料；瓦楞纸箱、塑料薄片等的半挠性材料；

目前，国外从事包装行业比较有实力的国家有美国、德国、日本和意大利。美国的包装机技术含量高，可靠性强，在品种和产量方面均居世界之首，德国的包装设备在制造、计量方面具有突出表现，日本的包装机械大部分供应于食品包装。

国内的包装机器人大都以高昂的价格引进，国内的研发只是简单的模仿，自主知识产权和自主研发能力相对薄弱；目前，只有极少数的企业拥有自主研发的包装机器人；哈尔滨博实自动化设备有限公司与哈工大机器人研究所基于产学研的合作模式，针对石化、化工等行业劳动环境差、强度大、效率低等问题，开发了一套集称重、取代、装料、封口、码垛等一体的全自动包装机器人生产线；其在各项性能指标和可靠性上等方面，已达到国内领先、国际先进的水平；还有一种较为典型的应用于饼干、糕点、面包等块状物品的单件或组合包装的包装机器人。其包装尺寸范围可达：长80mm～320mm，宽50～120mm，高 10～65mm，生产能力可达25～175袋/min，其主要由包装材料输送装置、被包装物品输送装置及封口热合装置的共同作用来完成，包装材料在通过包装材料输送装置后，会被卷绕成筒状，被包装物品通过输送装置，输送到筒内，并在封口热合装置内完成封口与切断的工序，最终得到枕形包装袋；

应用于饼干、糕点、面包等块状物品的包装机器人，是现有包装机器人中技术发展比较成熟的一种，但其针对的被包装对象多为固体，其在包装过程中不需考虑被包装物具有外张力的作用，这就降低了机械装置本身的复杂程度，同时也缩小了该类机器人的适用范围。

本技术主要解决了不同规格弹性板状材料的自动化包装问题，在提高了生产效率、降低了成本及劳动强度的同时，实现了弹性板状材料包装的规格化及标准化，可适应不同的厚度、宽度、长度，包装成品外径可达1200mm以下的弹性板状材料，本发明解决了弹性板状材料的缠绕、包装的自动化过程，其工作对象是柔软易变形的弹性板状材料，可适应的弹性板状材料的厚度2-80mm、宽度550-2000mm、长度0-40m，并适用于不同硬度的弹性板状材料，包装速度为90 包/小时，包装成品外径可达250-1200mm，超过时可实现自动排料。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种弹性板状材料自动连续包装作业的包装机器人。

为了解决上述技术问题，本发明的一种弹性板状材料自动连续包装作业的方法，包括如下步骤：

1)弹性板状材料包装机器人经缠绕机构的材料张力控制装置与弹性板状材料生产流水线相连，弹性板状材料包装机器人缠绕机构的缠绕拨叉与伸出气缸连接，初始状态时其伸出气缸伸出，等待弹性板状材料进入；

2)当弹性板状材料进入时，前部的弹性板状材料检测传感器发出信号，缠绕机构的导向部件引导弹性板状材料进入缠绕拨叉内；

3)材料进入缠绕拨叉内收到检测信号,缠绕机构的缠绕电机启动，缠绕电机通过传动装置和缠绕拨叉转动弹性板状材料，缠绕机构的缠绕拨叉慢速旋转 2-3圈，使缠绕拨叉缠绕弹性板状材料呈圆筒状；

4)弹性板状材料呈圆筒状后缠绕电机加速缠绕弹性板状材料，同时缠绕机构摆臂装置的摆臂电机启动；

5)当缠绕机构的摆臂装置摆动升高，缠绕电机高速转动缠绕弹性板状材料成圆柱体；

6)圆柱体弹性材料圆心随弹性材料直径的增大而逐渐升高，当弹性板状材料尾部检测无信号时，缠绕机构的摆臂装置停止升高；

7)缠绕电机延时转动数秒后，停止转动，薄膜输送机构启动；

8)弹性板状材料尾部检测无信号时，薄膜通过置于缠绕机构上方的薄膜输送机构的薄膜张力控制装置连接牵引装置，牵引装置牵引薄膜以圆柱体弹性材料圆心为圆心作大于360°和圆柱体弹性材料直径的圆周运动，包裹圆柱体弹性材料；

9)薄膜大于360°的重合部分应不小于2mm，薄膜输送机构始终经薄膜张力控制装置输送薄膜，大于360°的圆周包裹移动结束时发出外圆热合信号；

10)支撑移栽机构在圆柱体弹性材料正下方始终跟随弹性板状材料，并且对弹性板状材料圆柱体起支撑和导向作用，位于薄膜牵引装置正上部的外圆热合机构经其压紧气缸下压圆柱体包装物上方薄膜重合部分；

11)外圆热合机构使薄膜重合部分粘合，同时缠绕机构的缠绕拨叉伸出气缸退回，缠绕电机、摆臂装置回到初始位置等待下一循环；

12)在外圆热合的同时置于外圆热合机构上的薄膜切断机构启动，切断薄膜；

13)薄膜切断时薄膜输送机构的牵引装置固定薄膜的切断端，牵引装置回薄膜包裹初始位置，薄膜折叠机构的导引装置固定圆柱体弹性材料的两端薄膜；

14)切断薄膜时，切刀电机反转，触碰到切刀反限位后停止，如此反复；

15)外圆热合保持温度延时数秒后，外圆热合机构和置于外圆热合机构上的薄膜切断机构随压紧气缸退回初始位置，完成圆柱体弹性材料的外圆热合包装；

16)重复第2)步骤和第15)步骤；

17)外圆热合机构、薄膜切断机构退回初始位置发出信号，薄膜折叠机构的导引装置夹持圆柱体弹性材料的薄膜两端通过支撑移栽机构运行至两端薄膜折叠机构，薄膜折叠机构将圆柱体弹性材料的两端薄膜有序折叠；

18)支撑移栽机构的移动时两端薄膜通过薄膜折叠机构导引装置在折叠机构内运行完成折叠；

19)折叠完成，折叠机构末端传感器检测无信号时，两端扎口机构启动检测，支撑移栽机构继续移动运行；

20)已有序折叠的薄膜材料经支撑移栽机构送入两端扎口机构，两端扎口机构检测到薄膜材料进入，启动两端扎口机构的压实装置；

21)扎口机构的压实装置将薄膜材料压入锁紧装置的U型金属条底部，置于其底部的传感器发出信号，锁紧装置启动，

22)锁紧装置将预置的U型金属条开口封闭、锁紧，完成弹性板状材料两端包装，

23)支撑移栽机构退出返回缠绕机构下方初始位置，锁紧装置至预设位置碰触传感器发出信号，移出机构启动；

23)已完成包装的包装的弹性板状材料经移出机构移至输送流水线，输送流水线将弹性板状材料输送至码垛机或直接装车送出工厂

24)重复第17)步骤和第23)步骤；

本发明中的作业机器人其特征在于：缠绕机构、薄膜输送机构、支撑移栽机构、外圆热合机构、薄膜切断机构、薄膜折叠机构、扎口机构、移出机构(8) 和控制系统；

所述缠绕机构置于机器人前端中部与弹性板式材料输送流水线相连；

所述薄膜输送机构置于缠绕机构前上方与薄膜输送支架相连；

所述撑移栽机构从缠绕机构正下方到扎口机构正下方通过导轨连接；

所述外圆热合机构置于缠绕机构的摆臂装置抬起终止状态的正上方；

所述薄膜切断机构置于外圆热合机构侧面；

所述薄膜折叠机构置于缠绕机构和扎口机构之间；

所述扎口机构置于机器人后端两侧与薄膜折叠机构相连；

所述移出机构置于机器人最后端与扎口机构和输出流水线相连；

弹性板状材料包装机器人的弹性板状材料经缠绕机构的材料张力控制装置与弹性板状材料生产流水线相连，弹性板状材料包装机器人缠绕机构的缠绕拨叉与伸出气缸连接，初始状态时其伸出气缸伸出，等待弹性板状材料进入；当弹性板状材料进入设备时，前部的弹性板状材料检测传感器发出信号，缠绕机构的导向部件引导弹性板状材料进入缠绕拨叉内；材料进入缠绕拨叉内收到检测信号,缠绕机构的缠绕电机启动，缠绕电机通过传动装置和缠绕拨叉转动弹性板状材料，缠绕机构的缠绕拨叉慢速旋转2-3圈，使缠绕拨叉缠绕弹性板状材料呈圆筒状；弹性板状材料呈圆筒状后缠绕电机加速缠绕弹性板状材料，同时缠绕机构摆臂装置的摆臂电机启动；当缠绕机构的摆臂装置摆动升高，缠绕电机高速转动缠绕弹性板状材料成圆柱体；圆柱体弹性材料圆心随弹性材料直径的增大而逐渐升高，当弹性板状材料尾部检测无信号时，缠绕机构的摆臂装置停止升高；缠绕电机延时转动数秒后，停止转动，薄膜输送机构启动；

弹性板状材料尾部检测无信号时，薄膜通过置于缠绕机构上方的薄膜输送机构的薄膜张力控制装置连接牵引装置，牵引装置牵引薄膜以圆柱体弹性材料圆心为圆心作大于360°和圆柱体弹性材料直径的圆周运动，包裹圆柱体弹性材料；薄膜大于360°的重合部分应不小于2mm，薄膜输送机构始终经薄膜张力控制装置输送薄膜，大于360°的圆周包裹移动结束时发出外圆热合信号；

支撑移栽机构在圆柱体弹性材料正下方始终跟随弹性板状材料，并且对弹性板状材料圆柱体起支撑和导向作用，位于薄膜牵引装置正上部的外圆热合机构经其压紧气缸下压圆柱体包装物上方薄膜重合部分；

外圆热合机构使薄膜重合部分粘合，同时缠绕机构的缠绕拨叉伸出气缸退回，缠绕电机、摆臂装置回到初始位置等待下一循环；

在外圆热合的同时置于外圆热合机构上的薄膜切断机构启动，切断薄膜；薄膜切断时薄膜输送机构的牵引装置固定薄膜的切断端，牵引装置返回薄膜包裹初始位置，薄膜折叠机构的导引装置固定圆柱体弹性材料的两端薄膜；切断薄膜时，切刀电机切刀反限位后停止，如此反复；

外圆热合保持温度延时数秒后，外圆热合机构和置于外圆热合机构上的薄膜切断机构随压紧气缸退回初始位置，完成圆柱体弹性材料的外圆热合包装；如此重复这个流程作为第一工位的流程；

外圆热合机构、薄膜切断机构退回初始位置发出信号，薄膜折叠机构的导引装置夹持圆柱体弹性材料的薄膜两端通过支撑移栽机构运行至两端薄膜折叠机构，薄膜折叠机构将圆柱体弹性材料的两端薄膜有序折叠；支撑移栽机构移动时两端薄膜通过薄膜折叠机构导引装置在折叠机构内运行完成折叠；折叠完成，折叠机构末端传感器检测无信号时，两端扎口机构启动检测，支撑移栽机构继续移动运行；已经有序折叠的薄膜材料经支撑移栽机构送入两端扎口机构，两端扎口机构检测到薄膜材料进入，启动两端扎口机构的压实装置；扎口机构的压实装置将薄膜材料压入锁紧装置的U型金属条底部，置于其底部的传感器发出信号，锁紧装置启动，锁紧装置将预置的U型金属条开口封闭、锁紧，完成弹性板状材料两端包装，支撑移栽机构退出返回缠绕机构下方初始位置，锁紧装置至预设位置碰触传感器发出信号，移出机构启动；已完成包装的包装的弹性板状材料经移出机构移至输送流水线，输送流水线将弹性板状材料输送至码垛机或直接装车送出工厂；

缠绕机构包括材料张力控制装置、弹性板状材料生产流水线缠绕拨叉、伸出气缸、前部的弹性板状材料检测传感器、导向部件、缠绕电机、传动装置、摆臂装置和摆臂电机；

薄膜输送机构包括薄膜张力控制装置连接牵引装置；

薄膜切断机构包括切刀电机；

扎口机构包括压实装置和锁紧装置。

本发明的有益效果是：本发明的作业方法科学合理，效率高且弹性板状材料包装效果好；本发明的作业机器人自动化程度高，无人操作，工作效率高，运行可靠、稳定。

附图说明

图1为本发明中弹性板状材料包装机器人的结构示意图；

图2为本发明中弹性板状材料包装机器人的主视结构示意图；

图3为本发明中弹性板状材料包装机器人的局部结构示意图；

图4为本发明中自动连续作业流程图；

具体实施方式

本发明的弹性板状材料包装机器人自动连续作业的方法，包括如下步骤：

1)弹性板状材料包装机器人经缠绕机构的材料张力控制装置与弹性板状材料生产流水线相连，弹性板状材料包装机器人缠绕机构的缠绕拨叉与伸出气缸连接，初始状态时其伸出气缸伸出，等待弹性板状材料进入；

2)当弹性板状材料进入时，前部的弹性板状材料检测传感器发出信号，缠绕机构的导向部件引导弹性板状材料进入缠绕拨叉内；

3)材料进入缠绕拨叉内收到检测信号,缠绕机构的缠绕电机启动，缠绕电机通过传动装置和缠绕拨叉转动弹性板状材料，缠绕机构的缠绕拨叉慢速旋转 2-3圈，使缠绕拨叉缠绕弹性板状材料呈圆筒状；

4)弹性板状材料呈圆筒状后缠绕电机加速缠绕弹性板状材料，同时缠绕机构摆臂装置的摆臂电机启动；

5)当缠绕机构的摆臂装置摆动升高，缠绕电机高速转动缠绕弹性板状材料成圆柱体；

6)圆柱体弹性材料圆心随弹性材料直径的增大而逐渐升高，当弹性板状材料尾部检测无信号时，缠绕机构的摆臂装置停止升高；

7)缠绕电机延时转动数秒后，停止转动，薄膜输送机构启动；

8)弹性板状材料尾部检测无信号时，薄膜通过置于缠绕机构上方的薄膜输送机构的薄膜张力控制装置连接牵引装置，牵引装置牵引薄膜以圆柱体弹性材料圆心为圆心作大于360°和圆柱体弹性材料直径的圆周运动，包裹圆柱体弹性材料；

9)薄膜大于360°的重合部分应不小于2mm，薄膜输送机构始终经薄膜张力控制装置输送薄膜，大于360°的圆周包裹移动结束时发出外园热合信号；

10)支撑移栽机构在圆柱体弹性材料正下方始终跟随弹性板状材料，并且对弹性板状材料圆柱体起支撑和导向作用，位于薄膜牵引装置正上部的外园热合机构经其压紧气缸下压圆柱体包装物上方薄膜重合部分；

11)外圆热合机构使薄膜重合部分粘合，同时缠绕机构的缠绕拨叉伸出气缸退回，缠绕电机、摆臂装置回到初始位置等待下一循环；

12)在外圆热合的同时置于外圆热合机构上的薄膜切断机构启动，切断薄膜；

13)薄膜切断时薄膜输送机构的牵引装置固定薄膜的切断端，牵引装置返回薄膜包裹初始位置，薄膜折叠机构的导引装置固定圆柱体弹性材料的两端薄膜；

14)切断薄膜时，切刀电机反转，触碰到切刀反限位后停止，如此反复；

15)外圆热合保持温度延时数秒后，外圆热合机构和置于外圆热合机构上的薄膜切断机构随压紧气缸退回初始位置，完成圆柱体弹性材料的外圆热合包装；

16)重复第2)步骤和第15)步骤；

17)外圆热合机构、薄膜切断机构退回初始位置发出信号，薄膜折叠机构的导引装置夹持圆柱体弹性材料的薄膜两端通过支撑移栽机构运行至两端薄膜折叠机构，薄膜折叠机构将圆柱体弹性材料的两端薄膜有序折叠；

18)支撑移栽机构的移动时两端薄膜通过膜折叠机构导引装置在折叠机构内运行完成折叠；

19)折叠完成，折叠机构末端传感器检测无信号时，两端扎口机构启动检测，支撑移栽机构继续移动运行；

20)已有序折叠的薄膜材料经支撑移栽机构送入两端扎口机构，两端扎口机构检测到薄膜材料进入，启动两端扎口机构的压实装置；

21)扎口机构的压实装置将薄膜材料压入锁紧装置的U型金属条底部，置于其底部的传感器发出信号，锁紧装置启动；

22)锁紧装置将预置的U型金属条开口封闭、锁紧，完成弹性板状材料两端包装；

23)支撑移栽机构退出返回缠绕机构下方初始位置，锁紧装置至预设位置碰触传感器发出信号，移出机构启动；

23)已完成包装的包装的弹性板状材料经移出机构移至输送流水线，输送流水线将弹性板状材料输送至码垛机或直接装车送出工厂；

24)重复第17)步骤和第23)步骤；

下面结合附图对本发明中的作业机器人作进一步详细的说明：

参见图1-图4，本发明的作业机器人缠绕机构1、薄膜输送机构2、支撑移栽机构3、外圆热合机构4、薄膜切断机构5、薄膜折叠机构6、扎口机构7、移出机构8和控制系统；

所述缠绕机构1置于机器人前端中部与弹性板式材料输送流水线相连；

所述薄膜输送机构2置于缠绕机构1前上方与薄膜输送支架相连；

所述撑移栽机构3从缠绕机构1正下方到扎口机构7正下方通过导轨连接；

所述外圆热合机构4置于缠绕机构1的摆臂装置109抬起终止状态的正上方；

所述薄膜切断机构5置于外圆热合机构4侧面；

所述薄膜折叠机构6置于缠绕机构1和扎口机构7之间；

所述扎口机构7置于机器人后端两侧与薄膜折叠机构6相连；

所述移出机构8置于机器人最后端与扎口机构7和输出流水线相连；

弹性板状材料包装机器人的弹性板状材料经缠绕机构1的材料张力控制装置101与弹性板状材料生产流水线102相连，弹性板状材料包装机器人缠绕机构1的缠绕拨叉103与伸出气缸104连接，初始状态时其伸出气缸104伸出，等待弹性板状材料进入；当弹性板状材料进入设备时，前部的弹性板状材料检测传感器105发出信号，缠绕机构的导向部件106引导弹性板状材料进入缠绕拨叉103内；材料进入缠绕拨叉103内收到检测信号,缠绕机构1的缠绕电机107 启动，缠绕电机107通过传动装置108和缠绕拨叉103转动弹性板状材料，缠绕机构1的缠绕拨叉103慢速旋转2-3圈，使缠绕拨叉103缠绕弹性板状材料呈圆筒状；弹性板状材料呈圆筒状后缠绕电机107加速缠绕弹性板状材料，同时缠绕机构1摆臂装置109的摆臂电机110启动；当缠绕机构1的摆臂装置109 摆动升高，缠绕电机107高速转动缠绕弹性板状材料成圆柱体；圆柱体弹性材料圆心随弹性材料直径的增大而逐渐升高，当弹性板状材料尾部检测无信号时，缠绕机构1的摆臂装置109停止升高；缠绕电机107延时转动数秒后，停止转动，薄膜输送机构2启动；

弹性板状材料尾部检测无信号时，薄膜通过置于缠绕机构1上方的薄膜输送机构2的薄膜张力控制装置201连接牵引装置202，牵引装置202牵引薄膜以圆柱体弹性材料圆心为圆心作大于360°和圆柱体弹性材料直径的圆周运动，包裹圆柱体弹性材料；薄膜大于360°的重合部分应不小于2mm，薄膜输送机构2 始终经薄膜张力控制装置201输送薄膜，大于360°的圆周包裹移动结束时发出外圆热合信号；

支撑移栽机构3在圆柱体弹性材料正下方始终跟随弹性板状材料，并且对弹性板状材料圆柱体起支撑和导向作用，位于薄膜牵引装置202正上部的外圆热合机构4经其压紧气缸401下压圆柱体包装物上方薄膜重合部分；

外圆热合机构4使薄膜重合部分粘合，同时缠绕机构1的缠绕拨叉103伸出气缸退回，缠绕电机107、摆臂装置109回到初始位置等待下一循环；

在外圆热合的同时置于外圆热合机构4上的薄膜切断机构5启动，切断薄膜；薄膜切断时薄膜输送机构2的牵引装置202固定薄膜的切断端，牵引装置 202返回薄膜包裹初始位置，薄膜折叠机构6的导引装置601固定圆柱体弹性材料的两端薄膜；切断薄膜时，切刀电机501切刀反限位后停止，如此反复；

外圆热合保持温度延时数秒后，外圆热合机构4和置于外圆热合机构4上的薄膜切断机构5随压紧气缸退回初始位置，完成圆柱体弹性材料的外圆热合包装；如此重复这个流程作为第一工位的流程；

外圆热合机构4、薄膜切断机构5退回初始位置发出信号，薄膜折叠机构6 的导引装置601夹持圆柱体弹性材料的薄膜两端通过支撑移栽机构3运行至两端薄膜折叠机构6，薄膜折叠机构6将圆柱体弹性材料的两端薄膜有序折叠；支撑移栽机构3移动时两端薄膜通过薄膜折叠机构6导引装置601在折叠机构内运行完成折叠；折叠完成，折叠机构6末端传感器检测无信号时，两端扎口机构7启动检测，支撑移栽机构3继续移动运行；已经有序折叠的薄膜材料经支撑移栽机构3送入两端扎口机构7，两端扎口机构7检测到薄膜材料进入，启动两端扎口机构7的压实装置701；扎口机构7的压实装置701将薄膜材料压入锁紧装置702的U型金属条底部，置于其底部的传感器发出信号，锁紧装置7启动，锁紧装置7将预置的U型金属条开口封闭、锁紧，完成弹性板状材料两端包装，支撑移栽机构3退出返回缠绕机构下方初始位置，锁紧装置7至预设位置碰触传感器发出信号，移出机构8启动；已完成包装的包装的弹性板状材料经移出机构8移至输送流水线，输送流水线将弹性板状材料输送至码垛机或直接装车送出工厂；

缠绕机构1包括材料张力控制装置101、弹性板状材料生产流水线102缠绕拨叉103、伸出气缸104、前部的弹性板状材料检测传感器105、导向部件106、缠绕电机107、传动装置108、摆臂装置109和摆臂电机110；

薄膜输送机构2包括薄膜张力控制装置201连接牵引装置202；

薄膜切断机构5包括切刀电机501；

扎口机构7包括压实装置701和锁紧装置702。