[发明专利]一种冲击力可控的上提式纸箱脱箱装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业生产领域纸箱包装生产原料的脱箱，具体涉及一种冲击力可控的上提式纸箱脱箱装置及其控制方法。 

背景技术

在工业生产中，相当一部分生产物料被包装在纸箱中，这些物料很多为块状。在自动化生产过程中有一个步骤是通过机器人或其它自动化设备将纸箱从生产物料上取下来，即物料脱箱，该步骤的具体过程如下：机器人驱动机械夹抱装置将纸箱连同其内的物料夹紧、抬起一定高度；接着机械夹抱装置的夹紧气缸的气压切换至一低压；由于纸箱上下两面均有可开合的翻盖，因此纸箱内的物料在重力的作用下撑开纸箱的下翻盖，并滑落至载物台上（如皮带输送机），完成物料的脱箱。 

在现有的系统中，容易出现这么一个问题，当物料在重力作用下滑落到载物台上时，由于物料质量较大会产生很大的冲击，由此产生的噪音和振动会对生产环境、生产设备造成不良的影响。 

因此，需要对脱箱过程进行改进，缓解物料滑落的冲击力，实现轻柔脱箱。 

发明内容

为了克服现有系统中存在的问题，本发明提供了一种冲击力可控的上提式纸箱脱箱装置及其控制方法，通过采用力传感器及气动压力比例阀，并配合以相应的控制方法来解决上述脱箱冲击力大的问题。 

为实现上述目的，本发明的构思如下： 

一种冲击力可控的上提式纸箱脱箱装置及其控制方法的基本构思是通过机械夹抱装置夹起包装着物料的纸箱，利用安装在机器人和机械夹抱装置之间的力传感器，实时检测得到机器人受到的向下拉力，该拉力包括机械夹抱装置自身的重力、纸箱的重力，以及物料相对于纸箱产生的向下拉力。脱箱过程中，因机械夹抱装置上钢针的作用，纸箱相对于机械夹抱装置是固定不动的，脱箱是物料相对于纸箱向下的滑落。物料对纸箱产生的向下的拉力体现为摩擦力，当机械夹抱装置夹持力较大，物料相对于纸箱固定不动，物料对纸箱产生的向下的拉力为静摩擦力，即为物料的重力。当机械夹抱装置的夹紧气缸的气压切换至一低压时，机械夹抱装置夹持力变小，物料相对于纸箱向下滑落，物料对纸箱产生的向下的拉力为动摩擦力。本发明的核心思想是：物料相对于纸箱滑落时，通过力传感器实时检测机械夹抱装置对机器人的向下拉力，然后计算得到物料相对于纸箱的动摩擦力。通过连续调节机械夹抱装置的夹持力，将动摩擦力维持在一个较大的值附近（如75%的物料重力），从而减小物料向下滑落时的加速度和速度，进而减轻冲击力，物料滑落时的加速度a由物料的重力减去动摩擦力并除以物料的质量得到，动摩擦力越大，加速度a越小。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案： 

上述冲击力可控的上提式纸箱脱箱装置由采用气动驱动的机械夹抱装置、安装在机器人与机械夹抱装置之间的力传感器、采用气动比例阀驱动的输出压力可以连续调节的气动控制装置，以及控制器（如PLC、工控机）组成。控制器实时检测力传感器检测到的力信号，并按给定的PID控制算法，连续调节气动比例阀的输出气压，实现物料的轻柔滑落，减轻滑落时的冲击力。

所述机械夹抱装置由夹紧气缸驱动，机械夹抱装置的夹臂安装在直线导轨上，使夹臂能在直线导轨上作直线往复运动，所述夹臂上装有钢针，目的是在脱箱过程中，确保当夹臂夹持纸箱时纸箱在夹臂上不会滑落，而物料相对纸箱滑落。 

所述力传感器安装在机器人的末端法兰与机械夹抱装置的连接法兰之间，其作用是实时检测得到机器人受到的向下拉力，包括机械夹抱装置自身的重力、纸箱的重力，以及物料相对于纸箱产生的向下拉力。力传感器检测到的模拟量电压信号通过A/D转换后得到数字量信号，即拉力的大小。力传感器检测得到的拉力减去机械夹抱装置自身的重力及纸箱的重力，就得到了物料相对于纸箱产生的向下拉力。当物料相对于纸箱未动时，该拉力为静摩擦力，也即为物料的重力；当物料相对于纸箱向下滑落时，该拉力为物料相对于纸箱的动摩擦力。 

所述气动控制装置，由双电控二位五通换向阀、气动压力比例阀、速度控制阀以及气缸组成。所述双电控二位五通换向阀的作用是通过左、右阀位的切换来控制气缸活塞杆的伸出或缩回，实现机械夹抱装置夹臂的打开与夹紧。所述气动压力比例阀的作用是控制输出气压连续可调，从而实现机械夹抱装置在夹紧时夹持力的连续可调。以前的气动控制装置只能通过普通减压阀来实现高压和低压的切换，而本发明中所述的气动控制装置中采用气动压力比例阀，实现输出气压的连续可调。控制器输出数字量信号，经过D/A转换得到模拟量的电压信号，然后输出至气动压力比例阀的控制线圈，用于控制气动压力比例阀输出气压的大小。