專利名稱：禽蛋自動裝箱機械手及其裝箱方法和控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及禽蛋自動生產(chǎn)線自動裝箱機械技術(shù)領域，具體的將是由氣缸驅(qū)動的直 線運動機構(gòu)和吸盤構(gòu)成的抓取裝置組合而成的裝箱機械手，能配合已有禽蛋生產(chǎn)線完成自 動裝箱工作。
背景技術(shù)：
目前，較先進的禽蛋生產(chǎn)場一般都具有一整套自動化禽蛋包裝設備，禽蛋產(chǎn)出后 落入輸運帶，送至驗蛋機，剔除破殼蛋，進入洗蛋機自動清洗，再送向禽蛋處理機，可自動涂 膜、干燥等，最后進入選蛋機進行自動檢數(shù)、分級和包裝，為鮮殼蛋銷售和蛋品加工提供優(yōu) 質(zhì)原料奠定了基礎。美國、澳大利亞、日本、荷蘭等國家鮮蛋處理的自動化技術(shù)水平很高， 但蛋包裝的最后一道工序一禽蛋和蛋托盤裝箱沒有得到很好的解決，以目前禽蛋自動生產(chǎn) 線設備市場占有率90%以上的MOBA公司產(chǎn)品為例，即使在最新型的Omnia 330生產(chǎn)線中， 裝箱工序仍然采用人工進行，限制了其生產(chǎn)效率的進一步提高。目前禽蛋自動裝箱機構(gòu)研 究尚屬起步階段，公開號為CN1485616中國專利禽蛋品質(zhì)無損自動檢測分級設備及方法涉 及應用計算機圖像采集技術(shù)研制的一種禽蛋品質(zhì)無損自動檢測設備及其方法，一種由蛋傳 送帶、機架和集蛋臺組成的禽蛋品質(zhì)無損自動檢測設備，帶有一個受計算機程序控制的用 于識別破損蛋的檢測裝置和一個用于剔除破損蛋的分級機構(gòu)總成所組成的作業(yè)系統(tǒng)，能實 現(xiàn)禽蛋的分級和包裝功能，但其效率低下，其設備單條生產(chǎn)線處理禽蛋能力為1-2枚/秒， 且包裝過程中不能包括蛋托；公開號為CN101337585的中國專利一種瓶蓋自動裝箱裝置涉 及一種瓶蓋自動裝箱裝置，屬于瓶蓋自動裝箱裝置結(jié)構(gòu)技術(shù)領域，包括瓶蓋擺放裝置、瓶蓋 吸附裝置和瓶蓋裝箱裝置三部分，瓶蓋吸附裝置活動鏈接于支架上梁，設于瓶蓋擺放裝置 和瓶蓋裝箱裝置的上方，瓶蓋擺放裝置和瓶蓋裝箱裝置并行防止，瓶蓋吸附裝置可沿支架 上梁進行直線運動，但此設備若用于禽蛋裝箱，則只能吸附禽蛋無法吸附蛋托，禽蛋為易碎 品，此設備在禽蛋裝箱領域不具有實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提高禽蛋生產(chǎn)線的效率、包裝過程中能包括蛋托。 本發(fā)明提供了一種禽蛋自動裝箱機械手。本發(fā)明采用PLC控制模塊，程序編制可實現(xiàn)模塊 化，可適用于不同生產(chǎn)速率的生產(chǎn)線及不同的包裝箱，并采用氣壓傳動，清潔便捷，易于擴展。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，本發(fā)明的構(gòu)成包括機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機械系統(tǒng) 包括機架1、機械臂101、進料傳輸帶102和出料傳輸帶103，機械臂包括上臂導軌2、上臂3、 上臂滑塊4、上臂氣缸5、下臂氣缸8、下臂滑塊9、下臂導軌10、下臂11和抓取裝置；機械臂 101通過上臂導軌2和上臂滑塊4安裝于機架1上，進料傳輸帶102和出料傳輸帶103置于 機械臂101的下方兩側(cè)，進料傳輸帶102和出料傳輸帶103相對距離根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào) 整；上臂滑塊4安裝于上臂導軌2上，上臂滑塊4相對上臂導軌2滑動；上臂氣缸5螺紋固定于機架1上，上臂氣缸5活塞桿末端與上臂滑塊4螺紋聯(lián)接；上臂3上裝有下臂導軌10 和下臂氣缸8，均通過螺紋聯(lián)接；整個下臂11安裝于下臂導軌10上，下臂11相對下臂導軌 10滑動，下臂氣缸8限制下臂11的行程；抓取裝置包括吸盤架14、禽蛋吸盤16、蛋托吸盤 15，吸盤通過螺紋固定聯(lián)接在吸盤架14上，吸盤架14與下臂11通過螺紋聯(lián)接；控制系統(tǒng)包 括PLC模塊、水平右限位傳感器6、水平左限位傳感器12、垂直限位傳感器13、氣缸電磁閥； 控制系統(tǒng)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，氣缸電磁閥為輸出部件，與PLC的執(zhí)行端連接；水平右限位傳感器 6、水平左限位傳感器12、垂直限位傳感器13為信號輸入和反饋部件，與PLC的信號輸入、輸 出端連接，形成閉環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明具體控制方法
A.設定PLC模塊位置初始值啟動機械系統(tǒng)，當進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸 送到裝箱位置時，PLC寄存器VWO記錄進料檢測傳感器17的數(shù)據(jù)；當出料傳輸帶103將包 裝箱105輸送到裝箱位置時，PLC寄存器VWl記錄出料檢測傳感器18的數(shù)據(jù)；當機械臂101 水平運動到待裝箱物料104位置時，PLC寄存器VW3記錄水平右限位傳感器6的數(shù)據(jù)；當抓 取裝置與待裝箱物料104接觸時，PLC寄存器VW4記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)；當機械 臂101水平運動到包裝箱105位置時，PLC寄存器VW5記錄水平左限位傳感器12的數(shù)據(jù)； 當抓取裝置將待裝箱物料104放入包裝箱105時，PLC寄存器VW6記錄垂向限位傳感器傳 感器13的數(shù)據(jù)；以上VW0-VW6的數(shù)據(jù)設置為PLC模塊的初始值。B.檢測待裝箱物料104位置進料傳輸帶102開始工作后，PLC寄存器VW7不斷記 錄進料檢測傳感器17的數(shù)據(jù)，并與寄存器VWO中的數(shù)據(jù)進行比較
a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW7-VW0=0，則進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸送到位，進料 傳輸帶102隨之停止工作，待裝箱物料104到達指定位置；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW7-VW0Φ 0，則進料傳輸帶102未將待裝箱物料104輸送到位， 進料傳輸帶102繼續(xù)工作。C.檢測包裝箱105位置出料傳輸帶103開始工作后，PLC寄存器VW8不斷記錄出 料檢測傳感器18的數(shù)據(jù)，并與寄存器VWl中的數(shù)據(jù)進行比較
a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW8-VW1=0，則出料傳輸帶103將包裝箱105輸送到位，出料傳輸 帶103隨之停止工作，包裝箱105到達指定位置；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW8-VW1Φ 0。則出料傳輸帶103未將包裝箱105輸送到位，出 料傳輸帶103繼續(xù)工作。D.檢測機械臂101水平位置進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸送到位后，機 械臂101開始水平移動，PLC寄存器VW9不斷記錄水平右限位傳感器6的數(shù)據(jù)，并與寄存器 VW3中的數(shù)據(jù)進行比較
a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW9-VW3=0，則機械臂101水平右移動到位，機械臂101水平移動 隨之停止；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW9-VW3Φ 0，則機械臂101水平右移動未到位，機械臂101繼續(xù) 水平移動。Ε.檢測抓取裝置垂向位置機械臂101水平右移動到位后，下臂氣缸8開始工作， 驅(qū)動抓取裝置向下運動，PLC寄存器VWlO不斷記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)，并與寄存器 VW4中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW10-VW4=0，則抓取裝置垂向運動到位，抓取裝置隨之停止運動， 并開始抓取待裝箱物料104 ；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW10-VW4Φ 0，則抓取裝置垂向運動未到位，抓取裝置繼續(xù)向下 運動。F.檢測機械臂101水平位置抓取裝置將待裝箱物料104抓取完畢后，機械臂101 開始向左水平移動，PLC寄存器VWll不斷記錄水平左限位傳感器12的數(shù)據(jù)，并與寄存器 VW5中的數(shù)據(jù)進行比較
a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW11-VW5=0，則機械臂101水平左移動到位，機械臂101水平移 動隨之停止；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW11-VW5Φ 0，則機械臂101水平左移動未到位，機械臂101繼
續(xù)水平左移動。G.檢測抓取裝置垂向位置機械臂101水平左移動到位后，下臂氣缸8開始工作， 驅(qū)動抓取裝置向下運動，PLC寄存器VW12不斷記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)，并與寄存器 VW6中的數(shù)據(jù)進行比較
a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW12-VW6=0，則抓取裝置垂向運動到位，抓取裝置隨之停止運動， 并將待裝箱物料104放入包裝箱105內(nèi)，至此一個工作循環(huán)完成；
b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW12-VW6Φ 0，則抓取裝置垂向運動未到位，抓取裝置繼續(xù)向下 運動。本發(fā)明的有益效果有
(1)本機械手結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，價格相對便宜。(2)機械手滑動部分采用直線導軌，在精確氣缸的配合下，可以保證機械手裝箱的 精確性，核心部件為免維護氣缸，整體維護成本低。(3)控制系統(tǒng)采用了 PLC模塊，程序編制可實現(xiàn)模塊化，當生產(chǎn)環(huán)境改變時，只需 要調(diào)整程序模塊即可。(4)機械手抓取裝置采用模塊化設計，當所使用的包裝箱改變時，更換抓取模塊即 可立即投入生產(chǎn)。(5)生產(chǎn)效率高，本設備單條生產(chǎn)線最大處理能力為10800枚/小時，生產(chǎn)線條數(shù) 可以根據(jù)生產(chǎn)需要進行擴充。


圖1是禽蛋自動裝箱機械手系統(tǒng)總裝配圖。圖2是禽蛋自動裝箱機械手系統(tǒng)的主視圖。圖3是禽蛋自動裝箱機械手系統(tǒng)的俯視圖。圖4是機械手部分裝配圖。圖5是抓取裝置裝配圖。圖6是禽蛋自動裝箱機械手的工作流程圖。圖中101，裝箱機械手；102進料傳輸帶；103出料傳輸帶；104待裝箱物料； 105包裝箱；1機架；2上臂滑軌；3上臂；4上臂滑塊；5上臂氣缸；6水平右限位傳感器；7下 臂氣缸座；8下臂氣缸；9下臂滑塊；10下臂滑軌；11下臂；12水平左限位傳感器；13垂向限位傳感器；14吸盤架；15蛋托吸盤；16禽蛋吸盤；17進料檢測傳感器；18出料檢測傳感器。
具體實施例方式附圖為本發(fā)明的具體實施例。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。參見圖1、圖2和圖3所示，機械臂101裝在進料傳輸帶102和出料傳輸帶103的 上方兩側(cè)，通過機架1固定，機架1的高度可根據(jù)具體生產(chǎn)要求(如包裝箱和蛋托的尺寸等) 進行調(diào)整；進料傳輸帶102和出料傳輸帶103相對于機架1橫軸中心面對稱放置，距離為 285-300mm;傳感器17用于測定待裝箱物料輸送到位，傳感器18用于測定包裝箱輸送到位。參見圖4和圖5所示，上臂滑塊4安裝于上臂導軌2上，上臂滑塊4相對上臂導軌 2滑動；上臂氣缸5螺紋固定于機架1上，上臂氣缸5活塞桿末端與上臂滑塊4螺紋聯(lián)接； 上臂3上裝有下臂導軌10和下臂氣缸8，均通過螺紋聯(lián)接；整個下臂11安裝于下臂導軌10 上，下臂11相對下臂導軌10滑動，下臂氣缸8限制下臂11的行程；抓取裝置包括吸盤架 14、禽蛋吸盤16和蛋托吸盤15，吸盤通過螺紋固定聯(lián)接在吸盤架14上，吸盤架14與下臂 11通過螺紋聯(lián)接。裝箱方法參見圖6機械手工作流程圖
A.啟動PLC，復位，進料傳輸帶102和出料傳輸帶103開始工作；
B.待裝箱物料104輸送到待裝箱位置，傳感器17將信號傳至PLC；
C.PLC根據(jù)機械手上臂3位置確定上臂氣缸5的運動方向；
D.上臂氣缸5開始工作，驅(qū)動上臂3到指定待裝箱位置；
E.PLC根據(jù)下臂11位置確定下臂氣缸8的運動方向；
F.下臂氣缸8開始工作，驅(qū)動下臂11到指定待裝箱位置；
G.吸盤15、16與蛋托及禽蛋接觸，PLC控制吸盤電磁閥打開，吸盤15、16開始吸取禽蛋 和蛋托；
H.PLC控制下臂氣缸8運動，驅(qū)動下臂11到裝箱位置；
I.PLC控制上臂氣缸5運動，驅(qū)動上臂3到裝箱位置；
J.水平左限位傳感器12將信號傳至PLC，PLC控制下臂氣缸8運動，開始裝箱； K.垂向限位傳感器13記錄下臂氣缸8的活塞桿位移，并將信號傳至PLC ； L.根據(jù)當前包裝箱中的禽蛋層數(shù)和待裝箱蛋托104的當前位置，PLC控制下臂氣缸8 工作到禽蛋裝箱位置，下臂11運動完成；
M. PLC控制吸盤電磁閥關(guān)閉，吸盤15、16停止工作，禽蛋及蛋托落入包裝箱內(nèi)； N. 一次裝箱流程完成，PLC開始控制下一次裝箱過程。
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權(quán)利要求
禽蛋自動裝箱機械手，其特征在于，由機械系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)組成；機械系統(tǒng)包括機架(1)、機械臂(101)和進料傳輸帶(102)、出料傳輸帶(103)，機械臂包括上臂導軌(2)、上臂(3)、上臂滑塊(4)、上臂氣缸(5)、下臂氣缸(8)、下臂滑塊(9)、下臂導軌(10)、下臂(11)和抓取裝置；機械臂(101)通過上臂導軌(2)和上臂滑塊(4)安裝于機架(1)上，進料傳輸帶(102)和出料傳輸帶(103)置于機械臂(101)的下方兩側(cè)，進料傳輸帶(102)和出料傳輸帶(103)相對距離根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào)整；上臂滑塊(4)安裝于上臂導軌(2)上，上臂滑塊(4)相對上臂導軌(2)滑動；上臂氣缸(5)螺紋固定于機架(1)上，上臂氣缸(5)活塞桿末端與上臂滑塊(4)螺紋聯(lián)接；上臂(3)上裝有下臂導軌(10)和下臂氣缸(8)，均通過螺紋聯(lián)接；整個下臂(11)安裝于下臂導軌(10)上，下臂(11)相對下臂導軌(10)滑動，下臂氣缸(8)限制下臂(110的行程；抓取裝置包括吸盤架(14)、禽蛋吸盤(16)、蛋托吸盤(15)，吸盤通過螺紋固定聯(lián)接在吸盤架(14)上，吸盤架(14)與下臂(11)通過螺紋聯(lián)接；控制系統(tǒng)包括PLC模塊、水平右限位傳感器(6)、水平左限位傳感器(12)、垂直限位傳感器(13)、氣缸電磁閥；控制系統(tǒng)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，氣缸電磁閥為輸出部件，與PLC的執(zhí)行端連接；水平右限位傳感器(6)、水平左限位傳感器(12)、垂直限位傳感器(13)為信號輸入和反饋部件，與PLC的信號輸入、輸出端連接，形成閉環(huán)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的禽蛋自動裝箱機械手，其特征在于，所述出料傳輸帶102、103 相對于機架1橫軸中心面對稱放置的距離為285-300mm。
3.利用權(quán)利要求1所述的禽蛋自動裝箱機械手的裝箱方法，其特征在于，具體步驟為A.啟動PLC，復位，進料傳輸帶102和出料傳輸帶103開始工作；B.待裝箱物料104輸送到待裝箱位置，傳感器17將信號傳至PLC；C.PLC根據(jù)機械手上臂3位置確定上臂氣缸5的運動方向；D.上臂氣缸5開始工作，驅(qū)動上臂3到指定待裝箱位置；E.PLC根據(jù)下臂11位置確定下臂氣缸8的運動方向；F.下臂氣缸8開始工作，驅(qū)動下臂11到指定待裝箱位置；G.吸盤15、16與蛋托及禽蛋接觸，PLC控制吸盤電磁閥打開，吸盤15、16開始吸取禽蛋 和蛋托；H.PLC控制下臂氣缸8運動，驅(qū)動下臂11到裝箱位置；I.PLC控制上臂氣缸5運動，驅(qū)動上臂3到裝箱位置；J.水平左限位傳感器12將信號傳至PLC，PLC控制下臂氣缸8運動，開始裝箱；K.垂向限位傳感器13記錄下臂氣缸8的活塞桿位移，并將信號傳至PLC ；L.根據(jù)當前包裝箱中的禽蛋層數(shù)和待裝箱蛋托104的當前位置，PLC控制下臂氣缸8 工作到禽蛋裝箱位置，下臂11運動完成；M. PLC控制吸盤電磁閥關(guān)閉，吸盤15、16停止工作，禽蛋及蛋托落入包裝箱內(nèi)；N. 一次裝箱流程完成，PLC開始控制下一次裝箱過程。 利用權(quán)利要求1所述的禽蛋自動裝箱機械手的控制方法，其特征在于，具體步驟為A.設定PLC模塊位置初始值啟動機械系統(tǒng)，當進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸送到裝箱位置時，PLC寄存器VWO記錄進料檢測傳感器17的數(shù)據(jù)；當出料傳輸帶103將包 裝箱105輸送到裝箱位置時，PLC寄存器VWl記錄出料檢測傳感器18的數(shù)據(jù)；當機械臂101 水平運動到待裝箱物料104位置時，PLC寄存器VW3記錄水平右限位傳感器6的數(shù)據(jù)；當抓待裝箱物料104接觸時，PLC寄存器VW4記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)；當機械 臂101水平運動到包裝箱105位置時，PLC寄存器VW5記錄水平左限位傳感器12的數(shù)據(jù)； 當抓取裝置將待裝箱物料104放入包裝箱105時，PLC寄存器VW6記錄垂向限位傳感器傳 感器13的數(shù)據(jù)；以上VW0-VW6的數(shù)據(jù)設置為PLC模塊的初始值；B.檢測待裝箱物料104位置進料傳輸帶102開始工作后，PLC寄存器VW7不斷記錄進 料檢測傳感器17的數(shù)據(jù)，并與寄存器VWO中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW7-VW0=0，則進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸送到位，進料 傳輸帶102隨之停止工作，待裝箱物料104到達指定位置；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW7-VW0Φ 0，則進料傳輸帶102未將待裝箱物料104輸送到位， 進料傳輸帶102繼續(xù)工作；C.檢測包裝箱105位置出料傳輸帶103開始工作后，PLC寄存器VW8不斷記錄出料檢 測傳感器18的數(shù)據(jù)，并與寄存器VWl中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW8-VW1=0，則出料傳輸帶103將包裝箱105輸送到位，出料傳輸 帶103隨之停止工作，包裝箱105到達指定位置；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW8-VW1Φ 0，則出料傳輸帶103未將包裝箱105輸送到位，出料 傳輸帶103繼續(xù)工作；D.檢測機械臂101水平位置進料傳輸帶102將待裝箱物料104輸送到位后，機械臂 101開始水平移動，PLC寄存器VW9不斷記錄水平右限位傳感器6的數(shù)據(jù)，并與寄存器VW3 中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW9-VW3=0，則機械臂101水平右移動到位，機械臂101水平移動 隨之停止；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW9-VW3Φ 0，則機械臂101水平右移動未到位，機械臂101繼續(xù) 水平移動；Ε.檢測抓取裝置垂向位置機械臂101水平右移動到位后，下臂氣缸8開始工作，驅(qū)動 抓取裝置向下運動，PLC寄存器VWlO不斷記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)，并與寄存器VW4 中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW10-VW4=0，則抓取裝置垂向運動到位，抓取裝置隨之停止運動， 并開始抓取待裝箱物料104 ；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW10-VW4Φ 0，則抓取裝置垂向運動未到位，抓取裝置繼續(xù)向下 運動；F.檢測機械臂101水平位置抓取裝置將待裝箱物料104抓取完畢后，機械臂101開 始向左水平移動，PLC寄存器VWll不斷記錄水平左限位傳感器12的數(shù)據(jù)，并與寄存器VW5 中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW11-VW5=0，則機械臂101水平左移動到位，機械臂101水平移 動隨之停止；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW11-VW5Φ 0，則機械臂101水平左移動未到位，機械臂101繼 續(xù)水平左移動；G.檢測抓取裝置垂向位置機械臂101水平左移動到位后，下臂氣缸8開始工作，驅(qū)動 抓取裝置向下運動，PLC寄存器VW12不斷記錄垂向限位傳感器13的數(shù)據(jù)，并與寄存器VW6中的數(shù)據(jù)進行比較a).若寄存器中數(shù)據(jù)VW12-VW6=0，則抓取裝置垂向運動到位，抓取裝置隨之停止運動， 并將待裝箱物料104放入包裝箱105內(nèi)，至此一個工作循環(huán)完成；b).若寄存器中數(shù)據(jù)VW12-VW6Φ 0，則抓取裝置垂向運動未到位，抓取裝置繼續(xù)向下 運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的禽蛋自動裝箱機械手及其裝箱方法和控制方法，具體由機械手系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。裝箱機械手通過支架安裝于已有的禽蛋分級生產(chǎn)線末端。機械手水平氣缸和導軌滑塊共同作用實現(xiàn)機械手的水平運動；垂直方向裝有垂直安裝的氣缸和導軌滑塊帶動機械手下臂做垂直運動；下臂支架上裝有禽蛋吸盤和蛋托吸盤，配合電磁閥的開閉實現(xiàn)對禽蛋及蛋托的抓、放動作；禽蛋和包裝箱通過步進電機和傳輸帶來輸送；機械手和傳輸帶通過PLC控制模塊來控制。
文檔編號B65B35/38GK101982375SQ201010512110
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者唐寧, 張叢, 李美, 江洪 申請人:江蘇大學