烟叶复烤机械化上料系统及上料方法
技术领域
本发明涉及烟叶烘烤相关技术领域，特别是一种烟叶复烤机械化上料系统及上料方法。
背景技术
烟叶复烤是卷烟厂常见的烟叶处理工序，是对待复烤烟叶再依次烘烤加工的过程，其主要目的是调整烟叶水分，防止霉变，便于烟叶存储。
目前，卷烟厂的烟叶复烤工序的上料操作大多采用人工完成，具体流程如下：首先由操作员在放有待烘烤烟叶的料框里抓取一把烟叶，作为一个上料单元，再将整个上料单元进行抖动，以将粘连的叶片分离开，最后将上料单元平铺在复烤设备的传送带上，即完成烟叶复考的上料操作。
但在实际操作过程中，存在以下几点问题：1、上料单元的大小完全由操作工的主观判断决定，存在较大的随机性和不确定性，有可能出现一把上料单元中的烟叶数量过少，而降低了烟叶复烤的效率，也有可能出现一把上料单元中的烟叶数量过多，导致抖动操作难以将部分粘连的叶片分离开，进而导致后续烘烤不到位的情况；2、操作工需要长时间持续的重复抓料、抖料、铺料的操作过程，劳动强度大。3、人工上料的节拍完全是由操作工自行把控，难以做到以稳定的时间间隔持续上料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种烟叶复烤机械化上料系统及上料方法，它解决了目前卷烟厂烟叶复烤工序的上料操作采用人工操作而产生的弊端。
本发明的技术方案是：烟叶复烤机械化上料系统，包括料框、烟叶夹升装置及多轴机器人；
料框的一面侧壁或两面相对的侧壁敞开而形成装填口；
烟叶夹升装置包括横向往复移动机构、竖向往复移动机构及分离爪；横向往复移动机构安装在料框上，并做水平方向的往复移动；竖向往复移动机构与横向往复移动机构关联，并做竖直方向的往复移动；分离爪连接在竖向往复移动机构上，其在横向往复移动机构和竖向往复移动机构的共同带动下，在装填口所在的平面内移动；
多轴机器人包括机器人主体、连接在机器人主体上的机械臂及连接在机械臂末端的夹爪；多轴机器人设置在其夹爪能伸入料框装填口的位置。
本发明进一步的技术方案是：横向往复移动机构包括安装架A、丝杠A、螺母A及电机A；安装架A固定安装在料框上；丝杠A两端活动安装在安装架A上，并呈水平布置；螺母A与丝杠A旋配；电机A安装在安装架A上，其机轴与丝杠A连接，以驱动丝杠A转动；
竖向往复移动机构包括安装架B、丝杠B、螺母B及电机B；丝杠B两端活动安装在安装架B上，并呈竖直布置；螺母B与丝杠B旋配；电机B安装在安装架B上，其机轴与丝杠B连接，以驱动丝杠B转动；竖向往复移动机构通过螺母B固连在横向往复移动机构的螺母A上；
分离爪包括电机C、安装座、丝杠C、螺母C、连杆及夹持臂；电机C固定安装在安装座上，其机轴竖直向下伸出；丝杠C呈竖直布置，并在上端与电机C的机轴连接，并被电机C驱动转动；螺母C与丝杠C旋配；两个连杆的一端分别铰接在螺母C的两侧，另一端分别铰接在两个夹持臂的中部；两个夹持臂位于螺母C的两侧并相对布置，两个夹持臂的前端分别铰接在安装座上，后端分别连接有橡胶垫，两个夹持臂可绕各自的铰接点转动，从而在合拢或张开之间切换，当两个夹持臂合拢时，两个橡胶垫相互贴合，当两个夹持臂张开时，两个橡胶垫之间形成可供烟叶梗伸入的空间；分离爪通过安装座固接在竖向往复移动机构的安装架B上。
本发明再进一步的技术方案是：夹爪包括U形架、转轴、托片、夹持气缸、压片、连接架、俯仰气缸及海绵垫片；U形架为截面呈U形的槽形构件，其一侧为开口端，另一侧为封闭端，其开口端的两条边沿分别为第一边沿和第二边沿；转轴活动安装在U形架的封闭端；托片固定连接在U形架开口端的第一边沿处；夹持气缸包括缸体A和活塞杆A，其缸体A固定安装在U形架开口端的第二边沿处，其活塞杆A向U形架开口端的第一边沿伸出；压片固接在夹持气缸的活塞杆A上，并正对托片，压片随着夹持气缸的活塞杆A的伸缩而靠近或远离托片；连接架一端设有与转轴套接的套筒部，另一端设有与多轴机器人的机械臂相连接的对接部，连接架通过套筒部活动套接在转轴上；俯仰气缸包括缸体B和活塞杆B，缸体B铰接在连接架上，活塞杆B铰接在U形架上，活塞杆B伸缩带动U形架绕转轴转动；两个海绵垫片分别粘接在托片和压片上，并相互正对；夹爪通过连接架的对接部与多轴机器人的机械臂连接。
本发明更进一步的技术方案是：夹持气缸的数量有多个，所有的夹持气缸沿着U形架开口端的第二边沿等距分布，相应的，所有的夹持气缸的活塞杆A与压片的固接点沿着压片的长度方向等距分布。
本发明的技术方案是：一种烟叶复烤机械化上料方法，应用于上述的烟叶复烤机械化上料系统，其用于将料框中的待烤烟叶持续转移至烘烤设备的传送带上，步骤如下：
在上料之前，烟叶复烤半自动上料系统处在初始状态，在该状态下：
a、夹爪未伸入料框装填口内；
b、夹爪的夹持气缸的活塞杆A处于缩回状态；
c、横向往复移动机构的螺母A处在其移动行程的中间；
d、竖向往复移动机构的螺母B处在其移动行程的最下端；
e、分离爪的两个夹持臂张开；
S01，将待烤烟叶装入料框：
a、将待烤烟叶整理成烟叶梗朝向一致的叠放状态，再以烟叶梗朝向料框装填口的摆放方式装入料框内，并确保烟叶梗超出分离爪的运行平面一定长度，以便于后续的夹爪夹取；
b、料框装满待烤烟叶后，将料框内所有待烤烟叶的烟叶梗整理成上下对齐的状态，以便于后续的分离爪夹取；
S02，分离爪夹取待烤烟叶：
a，横向往复移动机构启动，调整分离爪的位置，使分离爪的两个张开的夹持臂正对烟叶梗；
b，竖向往复移动机构启动，使分离爪向下移动一定距离，以使最上层的一叠待烤烟叶的烟叶梗进入两个夹持臂下端的两个橡胶垫之间；
c，控制分离爪的两个夹持臂合拢，将最上层的一叠待烤烟叶的烟叶梗夹在两个夹持臂下端的两个橡胶垫之间；
d，竖向往复移动机构启动，使分离爪带着其夹持的一叠待烤烟叶向上移动一定距离，以便于后续夹爪的夹取；
本步骤中，一叠待烤烟叶为一个上料单元分量的待烤烟叶；
本步骤中，由于烟叶梗超出分离爪的运行平面一定长度，当分离爪的两个夹持臂合拢而将烟叶梗夹持住时，烟叶梗的端头将从分离爪的两个夹持臂之间露出；
S03，夹爪夹取并转移分离爪上的待烤烟叶：
a，多轴机器人的机械臂动作，带动夹爪移动至可夹取分离爪上的待烤烟叶的位置，即从分离爪的两个夹持臂之间露出的所有烟叶梗端头均位于夹爪的两个海绵垫片之间；
b，夹爪的夹持气缸的活塞杆A伸出，带动压片向托片移动，从而将分离爪的两个夹持臂之间露出的所有烟叶梗端头夹紧在夹爪的两个海绵垫片之间；
S04，夹爪将待烤烟叶转移并卸载至烘烤设备的传送带上：
a，多轴机器人的机械臂动作，带动夹爪移动至烘烤设备的传送带上方；
b，夹爪的夹持气缸的活塞杆A缩回，带动压片远离托片移动，使两个海绵垫片分离，从而将夹持的一叠待烤烟叶松开，这一叠待烤烟叶便下落并铺散在持续运行的传送带上；
S05，持续上料：
重复S02～S04步骤，将料框中的待烤烟叶持续转移至烘烤设备的传送带上。
本发明进一步的技术方案是：装入料框内的待烤烟叶的烟叶梗超出分离爪的运行平面10-15cm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
其用于卷烟厂烟叶复烤工序上料操作，可实现将料框中的待烤烟叶持续转移至烘烤设备的传送带上。相比目前人工上料的模式，其工作效率得到提高，上料节拍稳定可控，上料厚度均匀，烟叶粘连现象在较大程度上得到改善，进而使烟叶复烤的质量得到有效保障。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为烟叶夹升装置的结构示意图；
图3为图2的A部放大图；
图4为多轴机器人的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-4所示，烟叶复烤机械化上料系统，包括包括料框1、烟叶夹升装置及多轴机器人。
料框1的一面侧壁或两面相对的侧壁敞开而形成装填口11。
烟叶夹升装置包括横向往复移动机构、竖向往复移动机构及分离爪23。横向往复移动机构安装在料框上，并做水平方向的往复移动。竖向往复移动机构与横向往复移动机构关联，并做竖直方向的往复移动。分离爪23连接在竖向往复移动机构上，其在横向往复移动机构和竖向往复移动机构的共同带动下，在装填口所在的平面内移动。
横向往复移动机构包括安装架A211、丝杠A212、螺母A213及电机A214。安装架A211固定安装在料框1上。丝杠A212两端活动安装在安装架A211上，并呈水平布置。螺母A213与丝杠A212旋配。电机A214安装在安装架A211上，其机轴与丝杠A212连接，以驱动丝杠A212转动。
竖向往复移动机构包括安装架B221、丝杠B、螺母B223及电机B224。丝杠B两端活动安装在安装架B221上，并呈竖直布置。螺母B223与丝杠B旋配。电机B224安装在安装架B221上，其机轴与丝杠B连接，以驱动丝杠B转动。竖向往复移动机构通过螺母B223固连在横向往复移动机构的螺母A213上。
分离爪23包括电机C231、安装座232、丝杠C233、螺母C234、连杆235及夹持臂236。电机C231固定安装在安装座232上，其机轴竖直向下伸出。丝杠C233呈竖直布置，并在上端与电机C231的机轴连接，并被电机C231驱动转动。螺母C234与丝杠C233旋配。两个连杆235的一端分别铰接在螺母C234的两侧，另一端分别铰接在两个夹持臂236的中部。两个夹持臂236位于螺母C234的两侧并相对布置，两个夹持臂236的前端分别铰接在安装座232上，后端分别连接有橡胶垫237，两个夹持臂236可绕各自的铰接点转动，从而在合拢或张开之间切换，当两个夹持臂236合拢时，两个橡胶垫237相互贴合，当两个夹持臂236张开时，两个橡胶垫237之间形成可供烟叶梗伸入的空间。分离爪23通过安装座232固接在竖向往复移动机构的安装架B221上。
多轴机器人包括机器人主体31、连接在机器人主体31上的机械臂32及连接在机械臂32末端的夹爪33。多轴机器人设置在其夹爪33能伸入料框1装填口11的位置。
夹爪33包括U形架331、转轴332、托片333、夹持气缸334、压片335、连接架336、俯仰气缸337及海绵垫片338。U形架331为截面呈U形的槽形构件，其一侧为开口端，另一侧为封闭端，其开口端的两条边沿分别为第一边沿3311和第二边沿3312。转轴332活动安装在U形架331的封闭端。托片333固定连接在U形架331开口端的第一边沿3311处。夹持气缸334包括缸体A3341和活塞杆A3342，其缸体A3341固定安装在U形架331开口端的第二边沿3312处，其活塞杆A3342向U形架331开口端的第一边沿3311伸出。压片335固接在夹持气缸334的活塞杆A3342上，并正对托片333，压片335随着夹持气缸334的活塞杆A3342的伸缩而靠近或远离托片333。连接架336一端设有与转轴332套接的套筒部3361，另一端设有与多轴机器人的机械臂32相连接的对接部3362，连接架336通过套筒部3361活动套接在转轴332上。俯仰气缸337包括缸体B3371和活塞杆B3372，缸体B3371铰接在连接架336上，活塞杆B3372铰接在U形架331上，活塞杆B3372伸缩带动U形架331绕转轴332转动。两个海绵垫片338分别粘接在托片333和压片335上，并相互正对。夹爪33通过连接架336的对接部3362与多轴机器人的机械臂32末端连接。
优选，夹持气缸334的数量有多个，所有的夹持气缸334沿着U形架331开口端的第二边沿3312等距分布，相应的，所有的夹持气缸334的活塞杆A3342与压片335的固接点沿着压片335的长度方向等距分布。
简述分离爪如何动作：分离爪23的合拢或张开通过电机C231的正反转来控制，电机C231启动带动丝杠C233转动，进而带动螺母C234在丝杠C上移动。当螺母C234向上移动(即向着靠近电机C231的方向移动)时，螺母C234通过连杆235带动两个夹持臂236合拢。当螺母C234向下移动(即向着远离电机C231的方向移动)时，螺母C234通过连杆235带动两个夹持臂236张开。
简述分离爪如何移动：分离爪23在横向往复移动机构和竖向往复移动机构的共同带动下，可在料框1装填口11所在的平面内移动。横向往复移动机构的电机A214启动可带动螺母A213和整个竖向往复移动机构沿丝杠A212(即水平方向)移动。竖向往复移动机构的电机B224启动可带动螺母B223沿丝杠B(即竖直方向)移动，进而带动固接在安装架B221上的分离爪23做竖直方向的移动。
简述本发明的应用：
烟叶复烤机械化上料系统可实现卷烟厂烟叶复烤工序的上料操作，即将料框中的待烤烟叶持续转移至烘烤设备的传送带上，步骤如下：
在上料之前，烟叶复烤机械化上料系统处在初始状态，在该状态下：
a、夹爪33未伸入料框1装填口11内；
b、夹爪33的夹持气缸334的活塞杆A3342处于缩回状态；
c、横向往复移动机构的螺母A213处在其移动行程的中间；
d、竖向往复移动机构的螺母B223处在其移动行程的最下端；
e、分离爪23的两个夹持臂236张开。
S01，将待烤烟叶装入料框：
a、将待烤烟叶整理成烟叶梗朝向一致的叠放状态，再以烟叶梗朝向料框1装填口11的摆放方式装入料框1内，并确保烟叶梗超出分离爪23的运行平面(分离爪23在横向往复移动机构和竖向往复移动机构的带动下仅能在平面内移动，该平面称为分离爪23的运行平面)一定长度，以便于后续的夹爪33夹取；
b、料框1装满待烤烟叶后，将料框1内所有待烤烟叶的烟叶梗整理成上下对齐的状态，以便于后续的分离爪23夹取。
S02，分离爪夹取待烤烟叶：
a，横向往复移动机构启动，调整分离爪23的位置，使分离爪23的两个张开的夹持臂236正对烟叶梗；
b，竖向往复移动机构启动，使分离爪23向下移动一定距离，以使最上层的一叠待烤烟叶的烟叶梗进入两个夹持臂236下端的两个橡胶垫237之间；
c，控制分离爪23的两个夹持臂236合拢，将最上层的一叠待烤烟叶的烟叶梗夹在两个夹持臂236下端的两个橡胶垫237之间；
d，竖向往复移动机构启动，使分离爪23带着其夹持的一叠待烤烟叶向上移动一定距离，以便于后续夹爪33的夹取；
本步骤中，一叠待烤烟叶为一个上料单元分量的待烤烟叶；
本步骤中，由于烟叶梗超出分离爪23的运行平面一定长度，当分离爪23的两个夹持臂236合拢而将烟叶梗夹持住时，烟叶梗的端头将从分离爪23的两个夹持臂236之间露出。
S03，夹爪夹取并转移分离爪上的待烤烟叶：
a，多轴机器人的机械臂32动作，带动夹爪33移动至可夹取分离爪23上的待烤烟叶的位置，即从分离爪23的两个夹持臂之间露出的所有烟叶梗端头均位于夹爪33的两个海绵垫片338之间；
b，夹爪33的夹持气缸334的活塞杆A3342伸出，带动压片335向托片333移动，从而将分离爪23的两个夹持臂236之间露出的所有烟叶梗端头夹紧在夹爪33的两个海绵垫片338之间。
S04，夹爪将待烤烟叶转移并卸载至烘烤设备的传送带上：
a，多轴机器人的机械臂32动作，带动夹爪33移动至烘烤设备的传送带上方；
b，夹爪33的夹持气缸334的活塞杆A3342缩回，带动压片335远离托片333移动，使两个海绵垫片338分离，从而将夹持的一叠待烤烟叶松开，这一叠待烤烟叶便下落并铺散在持续运行的传送带上。
S05，持续上料：
重复S02～S04步骤，将料框中的待烤烟叶持续转移至烘烤设备的传送带上。
