[01833717]一种纸箱码垛成型装置及方法

①课题来源与背景 轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中,诸如包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手,实现产品的快速码垛。现有的码垛成型方式主要是依靠末端执行机构的抓包及旋转调整一定角度的动作,进而摆放到指定位置,实现一定的码垛形式,但此种方式大多需要四自由度码垛机器人,除了垂直及水平方向的运动外,还必须在末端执行机构上安装一个驱动电机,实现垂直旋转运动,即所抓产品的旋转调整角度动作,因此,这种码垛成型方式既增加了末端执行机构的自身重量,也增加了制造成本,降低末端的承载能力。 ②技术原理及性能指标 一种纸箱码垛成型装置,该成型装置包括转箱输送机构以及水平关节型三平动码垛机器人,转箱输送机构、水平关节型三平动码垛机器人沿纸箱输送线的运动方向依次布置,水平关节型三平动码垛机器人包括机架、垂直驱动链、水平驱动链以及末端执行机构;垂直驱动链安装在机架上,水平驱动链安装在垂直驱动链的输出端,水平驱动链中包括第一水平运动电机和第二水平运动电机,两个电机分别将动力输出到 第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂,第二水平运动从动臂与第二水平运动主动臂的另一端铰接,第一水平运动辅助连接杆一端铰接在第一水平运动电机座上,第一水平运动臂、第二水平运动从动臂的另一端分别与第一水平运动连接杆铰接,三角形的水平运动保姿态杆的两个顶点分别与第一水平运动臂、第一水平运动辅助连接杆的另一端铰接,第二水平运动连接杆与第一水平运动连接杆平行设置且一端与水平运动保姿态杆的另一个顶点铰接,第二水平运动连接杆及第一水平运动连接杆的另一端分别与末端平台的两端铰接,上述结构构成多个铰链的平行四边形结构,从而第一水平运动电机、第二水平运动电机能够带动末端平台在水平面内运动,末端执行机构在水平关节型三平动码垛机器人的带动下抓取纸箱。 当需要旋转的竖形纸箱传输到的滚筒上时,转箱装置弹出旋转头及旋转滚子,纸箱与旋转滚子接触将竖形纸箱旋转90°成横形纸箱;当不需要旋转的竖形纸箱传输到滚筒上时,保持不变传输到的纸箱挡板处;由末端执行机构经垂直驱动链和水平驱动链共同动作抓起纸箱运动到指定垛盘处,完成纸箱码垛的成型。 ③技术的创造性与先进性 水平关节型三平动码垛机器人采用混联的模式来驱动末端执行器,第二轴、第三轴为并联,第一轴与第二轴、第三轴之间为串联关系,结合了并联机构与串联机构的特点,具有机构惯性小,高速度高加速度,高定位精度和重复定位精度的特点; 本发明的水平关节型三平动码垛机器人中两个水平运动自由度通过第一水平运动主动臂、第一水平运动辅助连接杆、第一水平运动电机座与水平运动保姿态杆的一边构成第一个铰链平行四边形,第二水平运动主动臂、第一水平运动连接杆的一段、第一水平运动主动臂与第二水平运动从动臂构成第二个铰链平行四边形,第一水平运动连接杆的一段、第二水平运动连接杆、水平运动保姿态杆的一边与末端平台构成第三个铰链平行四边形,从而保证了末端平台在第一水平运动电机及第二水平运动电机的带动只能够在水平面内平动。 通过设置位于直线输送线前端的转箱装置,可以将纸箱旋转90度,从而不需要在后续的码垛机器人的末端执行机构上增加用于带动抓手旋转的驱动电机,降低了转动惯量,增加末端的承载能力。 通过该技术提供的一种纸箱码垛成型装置及方法,可以在输送 线上进行堆垛,较少码垛机器人带动纸箱旋转的工序,从而提高码垛效率。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 该技术涉及的纸箱码垛成型装置已经制造出了样机,能够对现有的多种规格的纸箱进行码垛成型,针对不同的质量范围物料,对水平关节型三平动码垛机器人的各个运动部件进行受力分析,对水平关节型三平动码垛机器人中部件尺寸采用遗传算法进行优化,实验效果良好,技术成熟可靠。该纸箱码垛成型通过切换抓手结构能够对外形规则的物料进行搬运及翻转,例如袋装洗衣粉、岩棉等,能够适应于食品、药品、化学、化工等多种领域,具有极好的市场前景,采用纸箱码垛成型装置代替人工堆垛或者传统的四轴码垛机器人,简化了控制程序,增加了操作安全性,同时提高了生产效率。 ⑤应用情况及存在的问题 该种技术能够适应于对多种规则形状的物料进行堆垛,该设备目前已经成功引用于国内一知名日化企业的纸箱堆垛,在实际应用过程可以根据现场纸箱的满载质量对驱动电机进行具体选型,对水平关节型三平动码垛机器人的抓手及结构进行优化设计,现场应用效果良好。