纸板转运系统及控制方法与流程

1.本发明涉及纸板等板状物料智能化转运领域，特别是一种纸板转运系统及控制方法。


背景技术：

2.在生产车间内，需要待加工的纸板等工件从转运车卸载到各个印刷生产设备上，目前均采用人工转运，效率低，劳动强度高。中国专利文献cn 109051786 a记载了一种高效取纸智能机械臂，采用了真空吸盘的结构吸取工件，但是该方案每次仅能吸附一张工件，效率仍然较低。中国专利文献cn 208413216 u，也记载了一种用于瓦楞纸板输送线上的抓取装置，能够利用开合的夹取结构和推板结构一次夹取多张工件，但是该方案存在以下问题，1是运行速度较慢，效率较低。2是将夹爪插入到工件中时，若插入到不同层的工件中，仍容易将工件损坏，而损坏的工件会造成下道工序的生产事故，例如，连续卡纸、损坏设备等事故。中国专利文献cn 110328892 a记载了一种上纸控制系统，通过图像采集单元控制机械手的位置，而在使用过程中存在采集精度不足，定位不准，相应参数不足的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种纸板转运系统及控制方法，能够实现以机械手转运纸板，优选的方案中，能够以不伤纸的方式，分批转运纸板。并能够实现可靠的自动控制。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种纸板转运系统，它包括机械手装置、输送装置、和对齐门架装置；机械手装置包括爪座，爪座与关节机械臂固定连接，爪座上设有可相对移动的上臂和下臂，在上臂和下臂之间还设有沿上臂和下臂方向往复运动的推抬板装置；输送装置包括向同一方向运行的第一输送带和第二输送带，第一输送带的头端与第二输送带的尾端之间设有间隙，对齐门架装置位于间隙内；对齐门架装置包括可开合的对齐门，对齐门开启时，供工件通过，对齐门关闭时用于使堆叠的工件对齐，并在纸板转运系统抓取时为堆叠的工件提供反推力。
5.优选的方案中，所述的下臂与爪座固定连接，爪座上设有大致沿竖直方向的上臂滑轨，还设有大致沿竖直方向的滑槽，在爪座的背面设有臂升降杆，上臂的一端穿过滑槽与臂升降杆固定连接，上臂还与上臂滑轨滑动连接，并由臂升降杆驱动沿着上臂滑轨滑动；所述的臂升降杆采用丝杆螺母机构或气缸；上臂和下臂分别为独立的两部分，位于爪座的两侧，上臂和下臂的自由端分别设有大致平行的上夹板和下夹板；上夹板和下夹板位于上臂与下臂相对的一侧，以使上夹板和下夹板与被夹持物料接触；所述的上夹板和下夹板采用碳纤维板。
6.优选的方案中，沿着下臂设有推抬导杆和推抬螺杆，推抬电机固设在爪座上，推抬电机的输出轴与推抬螺杆固定连接，并驱动推抬螺杆旋转，推抬板滑座的尾部与推抬导杆滑动连接，推抬板滑座的尾部与推抬螺杆螺纹连接；推抬板与推抬板滑座滑动连接，推抬升降杆与推抬板滑座固定连接，推抬升降杆还与推抬板连接，推抬升降杆采用丝杆螺母机构或气缸以驱动推抬板升降，在推抬螺杆远离爪座的极限位置，推抬板伸出到下夹板之外；所述的推抬板为倾斜布置，推抬板底部靠近下臂的自由端，推抬板顶部靠近爪座。
7.优选的方案中，所述的上臂和下臂采用双臂结构，两臂之间设有空隙；所述的上臂和下臂采用多个并列布置的管件，管件的一端通过与抱箍与爪座或滑座固定连接；各个管件之间通过横向连接件固定连接；在两个下臂的端头各固设有一个相向延伸的端头座板，两根推抬导杆穿过端头座板与连接板连接，连接板与推抬螺杆端头通过轴承连接；推抬板外侧表面的运动方向与竖直面的夹角为5
°
~25
°
；推抬板的外侧表面设有水平齿；在推抬板的外侧表面的底部还设有突出表面的抬起齿，推抬板的底部不低于下夹板，抬起齿离开表面的高度，不高于纸板的模切宽度。
8.优选的方案中，输送装置的侧面设有工件传感器，用于检测第一输送带和第二输送带上的工件的位置。
9.优选的方案中，对齐门架装置的结构为：它包括位于两侧的立柱，立柱固设在地面，两根立柱之间通过上滑轨和下滑轨固定连接；对齐门的上端和下端与上滑轨和下滑轨滑动连接，还固设有开合气缸，开合气缸的一端与地面固定连接，另一端与对齐门连接。
10.优选的方案中，机械手装置位于靠近第一输送带的尾端的位置，在第一输送带的附近设有视觉识别系统；或/和在机械手装置设有摄像头用于识别工件或辅助定位。
11.优选的方案中，在远离输送装置的一侧还设有规整台，其结构为：规整台支架顶部设有多个导辊，还设有沿导辊输送方向的推料板驱动带，推料板驱动带与推料板固定连接，用于推送工件，在规整台支架的两侧还设有侧拍板，侧拍板与固设在规整台支架顶部的拍板气缸连接，以驱动侧拍板相对拍合，用于将堆叠的工件两侧拍平。
12.一种用于上述的纸板转运系统的控制方法，包括以下步骤：s1、堆叠的工件放到第二输送带上，对齐门架装置的对齐门开启，第二输送带将工件输送至第一输送带上；s2、到位后，对齐门关闭，第一输送带倒车使工件触碰到对齐门，并互相对齐；s3、机械手装置根据识别的工件高度，爪座到达预设的高度位置，爪座倾斜伸出，下夹板的前端朝下，推抬板滑座运行至下夹板之外，推抬板与堆叠的工件接触；s4、推抬板上行，将部分的工件抬高，下夹板伸入到工件的缝隙中，同时推抬板滑座向爪座方向运行，直至下夹板插入足够深度；s5、上夹板下行，将工件夹紧，关节机械臂动作，通过机械手装置将工件转运至下个工序；
s6、上夹板松开，推抬板滑座向前运行，将工件推出到上夹板和下夹板之外；通过以上步骤实现纸板的转运操作。
13.优选的方案中，工件的位置通过设置在第一输送带和第二输送带一侧的工件传感器识别；工件的堆叠高度、宽度和位置通过设置在第一输送带尾端附近的视觉识别系统识别；在爪座上还设有辅助识别装置，用于辅助定位爪座的位置。
14.本发明提供了一种纸板转运系统及控制方法，通过采用输送装置和对齐门架装置辅助定位，配合机械手装置实现了高效率的纸板转运。使用时，工人仅需将拟加工的纸板输送至输送装置上，机械手装置即可自动分批将工件转运至下个工序，例如印刷机或者规整台上。因为纸板的印刷面通常位于下面，在转运过程中，机械手装置可以方便的将工件翻面，便于印刷机印刷。采用的对齐门架装置，结构轻盈，便于操作，能耗低。采用的机械手装置通过设置的倾斜的推抬板，能够在不损伤纸板工件的前提下，将部分的纸板抬起，避免损伤工件，影响印刷质量。本发明的控制方法，能够实现可靠的自动控制，能够正确反馈工件的位置，大幅减少误操作。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的整体结构示意图。
16.图2为本发明的抓取爪的立体图。
17.图3为本发明的机械臂的整体结构主视示意图。
18.图4为本发明的抓取爪的主视图。
19.图5为本发明的抓取爪的仰视图。
20.图6为本发明的抓取爪的另一方向的立体图。
21.图7为本发明的抓取爪抬起部分工件时的示意图。
22.图8为本发明的对齐门架装置的结构示意图。
23.图9为本发明的对齐门架装置的仰视图。
24.图10为本发明的对齐门架装置的立体图。
25.图11为本发明的规整台的立体图。
26.图中：爪座1，上臂2，上夹板3，下臂4，下夹板5，上臂滑轨6，滑槽7，推抬板装置8，推抬板81，推抬升降杆82，推抬板滑座83，抬起齿84，端头座板9，连接板10，推抬导杆11，推抬螺杆12，推抬电机13，臂升降杆14，机械臂连接座15，横向连接件16，抱箍17，滑座18，纸垛19，抓取爪100，关节机械臂200，对齐门架装置300，对齐门301，立柱302，上滑轨303，下滑轨304，开合气缸305，第一对拉勾306，输送装置400，工件传感器401，第一输送带402，第二输送带403，门斜撑404，第二对拉勾405，规整台500，侧拍板501，推料板502，导辊503，规整台支架504，拍板气缸505，推料板驱动带506，推料电机507，视觉识别系统600，与竖直面的夹角a。
具体实施方式
27.实施例1：
一种纸板转运系统，它包括机械手装置、输送装置400、和对齐门架装置300；机械手装置包括爪座1，爪座1与关节机械臂200固定连接，爪座1上设有可相对移动的上臂2和下臂4，在上臂2和下臂4之间还设有沿上臂2和下臂4方向往复运动的推抬板装置8；由此结构，推抬板装置8能够实现在下臂4的下夹板5插入堆叠的工件前的抬起操作，使工件形成便于下夹板5插入的空隙。本例中的工件指的是纸垛19，需要声明的，本发明的名称中包含的纸板仅是便于描述，本发明的应用范围并不仅限于纸板，也能够被用于其他的轻质板状件，例如泡沫板，塑料板，胶板，纸张等材质。
28.输送装置400包括向同一方向运行的第一输送带402和第二输送带403，第一输送带402的头端与第二输送带403的尾端之间设有间隙，对齐门架装置300位于间隙内；由此结构，便于在抓取前，先将工件输送到便于机械手装置抓取的位置，并且初步使堆叠的工件对齐。
29.对齐门架装置300包括可开合的对齐门301，对齐门301开启时，供工件通过，对齐门301关闭时用于使堆叠的工件对齐，并在纸板转运系统抓取时为堆叠的工件提供反推力。
30.优选的方案如图2~6中，所述的下臂4与爪座1固定连接，爪座1上设有大致沿竖直方向的上臂滑轨6，还设有大致沿竖直方向的滑槽7，在爪座1的背面设有臂升降杆14，上臂2的一端穿过滑槽7与臂升降杆14固定连接，上臂2还与上臂滑轨6滑动连接，并由臂升降杆14驱动沿着上臂滑轨6滑动；所述的臂升降杆14采用丝杆螺母机构或气缸；虽然本例中以上臂2为例进行了限定，但是同样的滑动结构，用于下臂4也是可行的，即该处中的上臂2和下臂是可等同替换的结构。
31.上臂2和下臂分别为独立的两部分，位于爪座1的两侧，上臂2和下臂的自由端分别设有大致平行的上夹板3和下夹板5；上夹板3和下夹板5位于上臂2与下臂相对的一侧，以使上夹板3和下夹板5与被夹持物料接触；所述的上夹板3和下夹板5采用碳纤维板。由此结构，减轻整个机械手的自重，也能提高机械臂的动作精度。
32.进一步优选的，在上夹板3和下夹板5上设有多个孔，在孔内固设有橡胶囊，橡胶囊通过电磁阀与压缩空气管连通，当上夹板3和下夹板5夹住工件后，橡胶囊充气膨起与工件接触，以提高在翻转过程中，上夹板3和下夹板5对工件的摩擦力。以避免碳纤维板的摩擦力过低而使工件散落。
33.优选的方案如图2~6中，沿着下臂4设有推抬导杆11和推抬螺杆12，推抬电机13固设在爪座1上，推抬电机13的输出轴与推抬螺杆12固定连接，并驱动推抬螺杆12旋转，推抬板滑座83的尾部与推抬导杆11滑动连接，推抬板滑座83的尾部与推抬螺杆12螺纹连接；推抬板81与推抬板滑座83滑动连接，推抬升降杆82与推抬板滑座83固定连接，推抬升降杆82还与推抬板81连接，推抬升降杆82采用丝杆螺母机构或气缸以驱动推抬板81升降，在推抬螺杆12远离爪座1的极限位置，推抬板81伸出到下夹板5之外；所述的推抬板81为倾斜布置，推抬板81底部靠近下臂4的自由端，推抬板81顶部靠近爪座1。
34.优选的方案如图5、6中，所述的上臂2和下臂采用双臂结构，两臂之间设有空隙；所述的上臂2和下臂采用多个并列布置的管件，管件的一端通过与抱箍17与爪座1或滑座18固定连接；各个管件之间通过横向连接件16固定连接。由此结构，进一步减轻整个机械
手的自重。
35.如图2、5中所示，在两个下臂4的端头各固设有一个相向延伸的端头座板9，两根推抬导杆11穿过端头座板9与连接板10连接，连接板10与推抬螺杆12端头通过轴承连接；由此结构，用于驱动推抬板滑座83沿着推抬导杆11往复运动。
36.推抬板81外侧表面的运动方向与竖直面的夹角a为5
°
~25
°
；优选的，为15~22
°
，由此结构，用于抬起工件的过程中，便于操作。也便于机械爪的下夹板5以特定的角度插入到工件的分层缝隙中。在该特定的角度，不会损坏接触的工件。该倾角的意义还在于，当整个推抬板装置8向爪座1退回时，被抬起的工件会落下到下一个位置的推抬板81的摩擦齿上，而不会落到堆叠的其他工件一起。以便于维持被抬起形成的缝隙。
37.推抬板81的外侧表面设有水平齿；设置的水平齿能够更好地挂住平板状的工件。
38.在推抬板81的外侧表面的底部还设有突出表面的抬起齿84，推抬板81的底部不低于下夹板5，抬起齿离开表面的高度，不高于纸板的模切宽度。抬起齿能够在抬纸过程中，起到承托作用，大大降低了掉纸率。如果出现损坏边缘的情形，在生产中，印刷机会对纸板边缘按模切宽度切齐，损坏的位置能够被清除。
39.进一步优选的方案如图6、7中，推抬板滑座83横截面为梯形的结构，前端较高，以构成足够长的滑轨，后端较低，推抬板滑座83与推抬导杆11连接的位置位于推抬板滑座83的后端，以使推抬板滑座83能够伸出到下夹板5之外，以在推抬板81抬起工件时，避开干涉。此处的前端是指靠近下夹板5自由端的一端。
40.优选的方案如图1中，输送装置400的侧面设有工件传感器401，用于检测第一输送带402和第二输送带403上的工件的位置。本例中的工件传感器401为光电传感器，工件传感器401沿着第一输送带402和第二输送带403设置为多个。由此结构，便于控制堆叠的工件在第一输送带402和第二输送带403上的位置。
41.优选的方案如图1、8~10中，对齐门架装置300的结构为：它包括位于两侧的立柱302，立柱302固设在地面，两根立柱302之间通过上滑轨303和下滑轨304固定连接；对齐门301的上端和下端与上滑轨303和下滑轨304滑动连接，还固设有开合气缸305，开合气缸305的一端与地面固定连接，另一端与对齐门301连接。由此结构，使整个对齐门架装置300的结构简洁并且轻便，启闭速度较快。
42.优选的方案中，在对齐门301或输送装置400上还设有辅助加固装置，用于提高对齐门301受压时的刚性，减少变形，以降低自动控制机械手装置抓取时的难度。辅助加固装置包括固设在第二输送带403的机架上的门斜撑404，当两个对齐门301闭合时，斜撑404的端头正好将对齐门301顶住，从而为对齐门301提供支撑。或者包括设置在对齐门301上的第一对拉勾306和设置在第一输送带402上的第二对拉勾405，当两个对齐门301闭合时，第一对拉勾306和第二对拉勾405互相连接，从而将对齐门301拉住，为对齐门301提供辅助支撑。
43.优选的方案如图1中，机械手装置位于靠近第一输送带402的尾端的位置，在第一输送带402的附近设有视觉识别系统600；本例中的视觉识别系统600为单目或双目的视觉识别系统，基于摄像头图像采集的视觉识别。放置在该处位置的视觉识别系统600能够识别工件的宽度、高度、堆叠层数，以及工件在第一输送带402上的位置，以便为机械手装置的动作提供指导。
44.优选的方案中，或/和在机械手装置还设有摄像头用于识别工件或辅助定位。由此
结构，便于通过视觉识别定位工件。
45.优选的方案如图1、11中，在远离输送装置400的一侧还设有规整台500，其结构为：规整台支架504顶部设有多个导辊503，还设有沿导辊503输送方向的推料板驱动带506，推料板驱动带506与推料板502固定连接，用于推送工件，在规整台支架504的两侧还设有侧拍板501，侧拍板501与固设在规整台支架504顶部的拍板气缸505连接，以驱动侧拍板501相对拍合，用于将堆叠的工件两侧拍平。由此结构，确保输送至印刷机的堆叠纸板，叠放整齐，便于精确进料，以确保印刷质量。
46.实施例2：本例中的主控系统，优选采用单片机 plc 工控机的结构，其中单片机用于控制电机，plc则控制电磁阀和电机的动作，工控机则用于发送动作指令。各个部分之间的通信采用can 或其他高速总线。图像识别可以采用具有人工智能的ai芯片，例如海思系列、寒武纪系列人工智能芯片，或者发送至工控机进行识别。
47.如图1中，一种用于上述的纸板转运系统的控制方法，包括以下步骤：s1、通过运输车将堆叠的工件例如纸垛19，放到第二输送带403上，对齐门架装置300的对齐门301开启，第二输送带403将工件输送至第一输送带402上；优选的方案中，工件的位置通过设置在第一输送带402和第二输送带403一侧的多个工件传感器401进行识别；并将识别后的信号发送至plc，plc控制第一输送带402停止；工件的堆叠高度、宽度和位置通过设置在第一输送带402尾端附近的视觉识别系统600识别，识别的信号发送至plc或工控机，plc或工控机根据工件的参数设置机械手装置的动作；s2、工件到位后，对齐门301关闭，第一输送带402倒车使工件触碰到对齐门301，并通过对齐门301对工件的阻挡，实现工件互相对齐；s3、机械手装置根据识别的工件高度，爪座1到达预设的高度位置，所述的预设的高度位置，是指根据纸垛19的长度和宽度以及机械手每次抓取重量，计算出每次转运的纸板的数量，然后根据视觉识别系统600识别出相应数量的纸板从上到下对应的高度位置。爪座1倾斜伸出，下夹板5的前端朝下，推抬板滑座83运行至下夹板5之外，推抬板81与堆叠的工件接触，并推动堆叠的工件与对齐门301触碰；推抬电机13的控制采用扭矩控制，当推抬板81与堆叠的工件接触，并触碰对齐门301后，一方面使工件前后整齐，另一方面，推抬电机13的扭矩增大，当达到预设值，则推抬电机13停止动作。此时的状态是推抬板81与工件之间被压紧。
48.s4、plc或单片机控制电磁阀动作，使推抬升降杆82伸长，本例中推抬升降杆82采用气缸，驱动推抬板81上行，将部分的工件抬高，关节机械臂200动作，使下夹板5伸入到工件的缝隙中，同时推抬电机13动作使推抬板滑座83向爪座1方向运行，直至下夹板5插入到纸垛19内足够深度；推抬板滑座83后退过程中，抬起齿84的结构配合推抬板81的底部不低于下夹板5的结构，抬起齿能够在抬纸过程中，起到承托作用，大大降低了掉纸率，提高转运精度。
49.s5、臂升降杆14缩回，本例中的臂升降杆14采用气缸，上夹板3下行，将工件夹紧，优选的，同时给橡胶囊充气，以避免工件在翻转的过程中掉落。关节机械臂200动作，将夹持的纸件翻转，通过机械手装置将工件转运至下个工序；
s6、上夹板3松开，推抬板滑座83向前运行，将工件推出到上夹板3和下夹板5之外；本例中，机械手装置将工件输送至规整台500上，使堆叠的纸板对齐。机械手装置夹持纸板越过推料板502进行下料，由于机械手装置的下夹板5为双臂的分离结构，当下料时，推料板502位于两片下夹板5之间，从而便于下料。放下纸板后，推料电机507驱动推料板驱动带506转动，带动推料板502将工件推送至侧拍板501之间，拍板气缸505动作，将堆叠的工件拍合整齐，然后输送至印刷机进行印刷。
50.通过以上步骤实现纸板的转运操作。
51.优选的方案中，在爪座1上还设有辅助识别装置，用于辅助定位爪座1的位置。由此结构，能够在运动过程中辅助定位，以适于不太规整的堆叠纸板。
52.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。