引言

目前,市場上還沒有針對搓紙輪包裝環(huán)節(jié)的一套完整的自動化設備能夠代替效率低下的人力方式實現(xiàn)搓紙輪的包裝?；谑袌龅男枨?我們設計出了一套搓紙輪自動化包裝設備,能夠?qū)崿F(xiàn)對搓紙輪包裝袋、自封袋、包裝箱的貼標、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)總體設計方案

1.1系統(tǒng)功能設計

生產(chǎn)設備全部基于自動化,因此需要多塊控制板作為中央控制器、設備的銜接控制模塊,并采用傳感器、機器臂等元器件。圖1為設備結(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)貼標簽:傳送帶將塑料袋有序地傳送過來,自制貼標裝置將標簽貼上。

功能的具體實現(xiàn)方案:該環(huán)節(jié)采用一個交流電機(直流電機經(jīng)實際檢測穩(wěn)定性相對來說比較差)控制直角桿的轉(zhuǎn)動(標簽的下放動作),交流電機的正反轉(zhuǎn)采用C語言程序控制三個繼電器的高低電平來實現(xiàn)。當有塑料袋到達指定位置時,光電傳感器會檢測到物體,經(jīng)2次檢測無誤后,貼標設備才會準確地放置在塑料袋上,進行貼標。

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

功能的具體實現(xiàn)方案:目前開袋有兩種方式(一是人形機械手的自動抓取,二是采用真空開袋的方式),經(jīng)實際檢測,發(fā)現(xiàn)機械手的抓取會使塑料袋嚴重變形,并且不容易抓取,因此采用了真空開袋的方式。抓取時,通過真空泵使機械臂連接的管子形成真空,達到一個吸力的效果,當有物體到達時光電傳感器同時也會檢測到,并使機械臂做出相應的動作組,完成塑料袋的自動抓取。

(3)放置搓紙輪:制作一個活塞式的裝置進行搓紙輪投放。

功能的具體實現(xiàn)方案:使用電機與齒輪相結(jié)合來實現(xiàn)搓紙輪的投放,即當前一步機械臂做出動作時,傳感器檢測到有物體經(jīng)過,就會給傳動裝置一個信號,使傳動裝置做出相應的機械動作,推動搓紙輪的運動,當塑料袋過來時進行準確投放。推動裝置基于電機推動齒輪的運動來實現(xiàn)對搓紙輪的準確投放。

(4)封袋:使用熱熔式封口機,采用電機帶動傳動軸的方式從而控制封口機的關閉,封口機內(nèi)置有一個彈簧,電機傳動軸撤離后,彈簧會自動使封口機彈開,從而實現(xiàn)封口機的開口。封口機內(nèi)置加熱裝置,塑料袋來的時候會自動加熱,從而使塑料袋縫合。

(5)裝箱:在計算一定數(shù)目大袋后,經(jīng)傳動裝置裝箱。

2系統(tǒng)軟件設計

2.1系統(tǒng)軟件

80C51單片機、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)設計是在Arduino環(huán)境下進行的,Arduino軟件支持C語言的編程及調(diào)試。

3.2實物調(diào)試

3.2.1測試方案

對四大模塊進行全方位的調(diào)試:

(1)機械臂:根據(jù)場地和其他因素對機械臂進行準確的調(diào)試。

(2)塑料袋的貼標設備:該模塊是對標簽粘貼的位置進行調(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:對通過光電管檢測后搓紙輪能否準確投放進行調(diào)試。

(4)封口機的縫合模塊:對直流電機進行調(diào)試。

3.2.2測試設備

Arduino開發(fā)板、lobotservocontrol.exe。

4結(jié)論

一套完整的搓紙輪自動封裝設備應該可以實現(xiàn)以下功能:

(1)可應用擴展性:在設備更換及系統(tǒng)升級上應有很大的靈活性,如在產(chǎn)品實際應用中發(fā)現(xiàn)問題,應在解決問題的基礎上實現(xiàn)對機器的優(yōu)化,以使機器更能適應工廠的生產(chǎn)需求。

(2)可靠性:隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,各種自動化設備用得越來越多,儀器相互產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象也越來越嚴重,以致影響了設備的正常運行。為此,本文所述搓紙輪自動封裝設備在單片機、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,既可以提高設備的抗擾性,又可以提高設備的可靠性,以適應復雜環(huán)境下的工作。

(3)防錯處理技術(shù):如果設備不能正常運行或產(chǎn)品包裝出現(xiàn)失誤,設備就會自動剔除殘次品,或停止包裝流程,避免更多原材料的浪費。為此,在電路中連入了蜂鳴器報警系統(tǒng),當出現(xiàn)需要報警的信息時蜂鳴器報警系統(tǒng)會進行報警,由傳感器接收到錯誤信息并反饋到下一個環(huán)節(jié),下一個環(huán)節(jié)通過上一個環(huán)節(jié)的信息提取,做出相應反應。

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