D设计计算DESIGNANDCALCULATION烟草拆箱机械手设计谢丹1，游庆2，赵言正1，王美龄1，李常勇1（1.上海交通大学机器人研究所，上海200030；2.宜春学院理工学院，江西宜春336000）摘要：烟草拆箱机械手主要负责拆除烟包的外部包装。该部分实现机械自动化，有助于实现制烟厂流水线的无人工作环境，并极大地提高了生产效率。文中根据烟草拆箱的要求和步骤，将机械手分为４个模块：夹具模块、框架模块、扎取模块以及视觉检测模块，各模块相互配合实现机械手所需要的功能。关键词：烟草拆箱机械手；视觉检测；模块中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1002-2333（2007）02-0078-031引言夹具模块的工在烟草行业中，如何更加高效率地实现烟草外包装作步骤：箱的拆箱和回收是一个迫切需要解决的问题。随着现代（1）视觉检测模工业的发展，自动化和机器人技术有了显著的提高。由机块定位第一根扎带械手完成烟草箱的拆箱和回收，可以大大提高生产效率。的位置，将信号传给烟草拆箱机械手是一种新型的机器人，它所具备的功能机械手，机械手带动如下：（1）能够依次剪断烟草箱上所有的扎带，并全部通夹具模块运动到扎过压块夹住剪断的扎带，然后一次性将扎带放入收集处；带处；（2）能够分别吸出上下部的外包装箱，并将其放入收集（2）夹具模块下图1夹具模块处；（3）能够分别取出上下部外包装箱内的垫纸，并将其部挑起扎带并定位在L处，最内侧压块下降并压紧第1放入收集处。根扎带；2烟草拆箱机械手结构（3）侧面剪切机构下降剪断扎带，然后夹具模块复根据机械手所要完成的任务，将机械手的结构分为位；以下4个模块：（1）负责剪断并收集烟草包装箱外扎带的（4）视觉检测模块定位第2根扎带的位置，将信号传夹具模块；（2）负责吸取烟草外包装箱的框架模块；（3）负给机械手，机械手带动夹具模块运动到扎带处；责扎取烟草包装箱内垫纸的扎取模块；（4）负责识别扎带（5）夹具模块挑起扎带并定位在第一压块处，第二块和垫纸的视觉检测模块。压块下降并压紧第2根扎带；机械手的工作步骤如下：（6）侧面剪切机构下降剪断扎带，然后夹具模块复（1）烟草箱定位→由输入流水线完成;位；（2）支起烟草箱→由输入流水线完成;（7）视觉检测模块定位第三根扎带的位置，将信号传（3）检测黑扎带→由视觉检测模块完成；给机械手，机械手带动夹具模块运动到扎带处；（4）剪断并收集扎带→由夹具模块完成；（8）夹具模块挑起扎带并定位在第二压块处，第三块（5）检测有无扎带→由视觉检测模块完成；压块下降并压紧第3根扎带；（6）拆除上纸盒、垫纸→由框架模块和扎取模块完成；（9）侧面剪切机构下降剪断扎带，然后夹具模块复（7）垫纸是否带出→由视觉检测模块完成；位；（8）翻转烟草箱→由输入流水线完成；（10）视觉检测模块若监测到第4根扎带则重复步骤（9）拆除下纸盒、垫纸→由框架模块和扎取模块完成；（1）、（2）、（3），否则机器人移动夹具模块至扎带收集处，（10）垫纸是否带出→由视觉检测模块完成；压块上升，统一将扎带放下。（11）输出烟草箱→由输出流水线完成。2.2框架模块结构2.1夹具模块结构框架模块是烟草机器人的主体部分。它除了要完成夹具模块主要实现剪断并夹住3根（也可能为4根）吸取烟草外包装箱的任务，还要为夹具模块和扎取模块扎带，并一次性将扎带放入扎带收集处。如图1，中部的提供固定位置。整个框架不但要有足够的强度，还要保证压块分别压住扎带，侧面剪切机构负责剪断扎带，夹住并自身重量的轻型化。剪断所有扎带后，将所有扎带统一放到扎带收集处。框架模块如图2，烟草包装箱为存在一定误差的长方78机械工程师2007年第2期设计计算DDESIGNANDCALCULATION体，为了实现框息，同时弱化对识别扎带无用的信息，然后识别出烟草包架模块吸取烟装箱上包装带，并计算出各个扎带的位置，并把位置信息草包装箱的功传递给机器人主控制系统;能，选用吸盘和（4）垫纸检测模块：负责对由摄像机2采集到的图像侧面辅助夹紧进行数字图像的底层处理，以突出对识别有用的信息，同图2框架模块装置。时弱化对识别无用的信息，然后通过相应的算法判别烟（1）吸盘的选型草箱中是否存在垫纸，若存在垫纸，需计算出有利于扎取设外包装箱重50kg，真空度为0.6bar。装置扎取垫纸的位置，并把位置信息传递给机器人主控!2制系统;根据F=De·"pu，其中F为吸盘可产生的拉力；"pu4（5）网络模为真空度；De为真空吸盘的有效直径。块：实现对网络!De≈40mm的配置、对来自因此选取直径为55mm的吸盘。于机器人主控（2）吸盘连接方式制器的命令的由于上、下