引言

目前,市場(chǎng)上還沒有針對(duì)搓紙輪包裝環(huán)節(jié)的一套完整的自動(dòng)化設(shè)備能夠代替效率低下的人力方式實(shí)現(xiàn)搓紙輪的包裝?；谑袌?chǎng)的需求,我們?cè)O(shè)計(jì)出了一套搓紙輪自動(dòng)化包裝設(shè)備,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)搓紙輪包裝袋、自封袋、包裝箱的貼標(biāo)、開袋、裝搓紙輪、封口等一系列步驟的操作,提高了生產(chǎn)效率,降低了人力成本。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

生產(chǎn)設(shè)備全部基于自動(dòng)化,因此需要多塊控制板作為中央控制器、設(shè)備的銜接控制模塊,并采用傳感器、機(jī)器臂等元器件。圖1為設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖。

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

1.2系統(tǒng)工作原理和組成

(1)貼標(biāo)簽:傳送帶將塑料袋有序地傳送過來(lái),自制貼標(biāo)裝置將標(biāo)簽貼上。

功能的具體實(shí)現(xiàn)方案:該環(huán)節(jié)采用一個(gè)交流電機(jī)(直流電機(jī)經(jīng)實(shí)際檢測(cè)穩(wěn)定性相對(duì)來(lái)說比較差)控制直角桿的轉(zhuǎn)動(dòng)(標(biāo)簽的下放動(dòng)作),交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)采用C語(yǔ)言程序控制三個(gè)繼電器的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有塑料袋到達(dá)指定位置時(shí),光電傳感器會(huì)檢測(cè)到物體,經(jīng)2次檢測(cè)無(wú)誤后,貼標(biāo)設(shè)備才會(huì)準(zhǔn)確地放置在塑料袋上,進(jìn)行貼標(biāo)。

(2)開袋和抓取:采用真空式開袋方式,需要兩個(gè)吸盤設(shè)備將塑料袋吸起,兩邊拉伸將塑料袋打開。

功能的具體實(shí)現(xiàn)方案:目前開袋有兩種方式(一是人形機(jī)械手的自動(dòng)抓取,二是采用真空開袋的方式),經(jīng)實(shí)際檢測(cè),發(fā)現(xiàn)機(jī)械手的抓取會(huì)使塑料袋嚴(yán)重變形,并且不容易抓取,因此采用了真空開袋的方式。抓取時(shí),通過真空泵使機(jī)械臂連接的管子形成真空,達(dá)到一個(gè)吸力的效果,當(dāng)有物體到達(dá)時(shí)光電傳感器同時(shí)也會(huì)檢測(cè)到,并使機(jī)械臂做出相應(yīng)的動(dòng)作組,完成塑料袋的自動(dòng)抓取。

(3)放置搓紙輪:制作一個(gè)活塞式的裝置進(jìn)行搓紙輪投放。

功能的具體實(shí)現(xiàn)方案:使用電機(jī)與齒輪相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)搓紙輪的投放,即當(dāng)前一步機(jī)械臂做出動(dòng)作時(shí),傳感器檢測(cè)到有物體經(jīng)過,就會(huì)給傳動(dòng)裝置一個(gè)信號(hào),使傳動(dòng)裝置做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作,推動(dòng)搓紙輪的運(yùn)動(dòng),當(dāng)塑料袋過來(lái)時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確投放。推動(dòng)裝置基于電機(jī)推動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)搓紙輪的準(zhǔn)確投放。

(4)封袋:使用熱熔式封口機(jī),采用電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸的方式從而控制封口機(jī)的關(guān)閉,封口機(jī)內(nèi)置有一個(gè)彈簧,電機(jī)傳動(dòng)軸撤離后,彈簧會(huì)自動(dòng)使封口機(jī)彈開,從而實(shí)現(xiàn)封口機(jī)的開口。封口機(jī)內(nèi)置加熱裝置,塑料袋來(lái)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)加熱,從而使塑料袋縫合。

(5)裝箱:在計(jì)算一定數(shù)目大袋后,經(jīng)傳動(dòng)裝置裝箱。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)軟件

80C51單片機(jī)、Arduino開發(fā)板、PC(winxP、win7、win8、win10)。

2.2配置軟件

Keil、C++、idche[Arduino1.8.5(windowsstore1.8.10.0)]、solidworks2015。

3調(diào)試

3.1程序調(diào)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在Arduino環(huán)境下進(jìn)行的,Arduino軟件支持C語(yǔ)言的編程及調(diào)試。

3.2實(shí)物調(diào)試

3.2.1測(cè)試方案

對(duì)四大模塊進(jìn)行全方位的調(diào)試:

(1)機(jī)械臂:根據(jù)場(chǎng)地和其他因素對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)試。

(2)塑料袋的貼標(biāo)設(shè)備:該模塊是對(duì)標(biāo)簽粘貼的位置進(jìn)行調(diào)試,即是否將塑料袋粘貼到指定位置。

(3)搓紙輪的投放模塊:對(duì)通過光電管檢測(cè)后搓紙輪能否準(zhǔn)確投放進(jìn)行調(diào)試。

(4)封口機(jī)的縫合模塊:對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

3.2.2測(cè)試設(shè)備

Arduino開發(fā)板、lobotservocontrol.exe。

4結(jié)論

一套完整的搓紙輪自動(dòng)封裝設(shè)備應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)以下功能:

(1)可應(yīng)用擴(kuò)展性:在設(shè)備更換及系統(tǒng)升級(jí)上應(yīng)有很大的靈活性,如在產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)在解決問題的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的優(yōu)化,以使機(jī)器更能適應(yīng)工廠的生產(chǎn)需求。

(2)可靠性:隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,各種自動(dòng)化設(shè)備用得越來(lái)越多,儀器相互產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重,以致影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。為此,本文所述搓紙輪自動(dòng)封裝設(shè)備在單片機(jī)、控制板、傳感器上安裝了封閉較好的金屬外殼,連接線采用帶銅絲網(wǎng)的屏蔽電纜,既可以提高設(shè)備的抗擾性,又可以提高設(shè)備的可靠性,以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的工作。

(3)防錯(cuò)處理技術(shù):如果設(shè)備不能正常運(yùn)行或產(chǎn)品包裝出現(xiàn)失誤,設(shè)備就會(huì)自動(dòng)剔除殘次品,或停止包裝流程,避免更多原材料的浪費(fèi)。為此,在電路中連入了蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)出現(xiàn)需要報(bào)警的信息時(shí)蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警,由傳感器接收到錯(cuò)誤信息并反饋到下一個(gè)環(huán)節(jié),下一個(gè)環(huán)節(jié)通過上一個(gè)環(huán)節(jié)的信息提取,做出相應(yīng)反應(yīng)。

(4)防呆技術(shù):在操作、維護(hù)等方面充分考慮了人性化設(shè)計(jì),并添加了防呆設(shè)計(jì)等,不但可以確保設(shè)備和人身安全,還可以幫助企業(yè)提升生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量。