本发明涉及协作机器人，特别涉及一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统及方法。
背景技术：
1、饮品软包装在食品饮料行业中扮演着重要的角色，其中饮品软包装的生产工艺已相对标准化在整个行业中广泛应用，但饮品软包装的包材卷料穿轴上料环节长期需要人工完成，这对人员协同操作提出了很高要求。在饮品类生产企业中，饮品的包装原材料主要是由纸、聚乙烯塑料和铝箔复合而成的一种包材，为了满足大批量快速生产，一般会将此类包材制作成直径近1100mm，厚度近200mm的圆柱形纸卷，在外层覆上保护膜，叠放7卷为一托盘进行运输、搬运。在正式投入饮品罐装包装生产工艺前，需要对纸质包材卷料进行拆垛、撕芯膜、穿轴、缓存、搬运、投送等各环节操作，且一般都由人工借用简易工装完成，作业时每一环节动作都需要进行确认，且来回移动、操作工装也浪费了部分时间，人工劳动强度大，效率低。包材卷料一卷约为200kg，人员工作强度较大，长时间工作容易产生疲劳，一定程度上也存在生产安全隐患。
2、随着智能化、工业化的进展，行业中目前出现了一些通过部分自动化设备实现包材卷料穿轴作业的技术方案。但是，这些技术方案中，都还存在着不少环节需要人工来处理的问题。例如，有些技术方案中，生产线后段自动化程度较高，但前段依然是劳动密集型作业，如饮品包装生产线包材卷料穿轴上料操作工序，多为劳动密集型人工操作完成，这种状况已经无法适应现代化生产的要求了。因此，如何实现更高程度的智能化，自动化生产，成了本领域亟待解决的技术问题。
3、然而，尽管完全智能化的好处是显而易见的，例如，大幅提高生产效率，改善生产力水平，降低生产成本，提升安全生产系数，结合智能机器人控制系统，完全能够实现生产线的全自动化作业等等，但要想实现完全的智能化，本领域还面临着很多需要解决的难题。比如说，现有技术方案中，通过部分自动化设备实现包材卷料穿轴上料作业只是解决了人工劳动强度大的问题，相对来说容易实现，但整体包材卷料穿轴上料的生产效率由于机械和人工并存的缘故难以得到有效提升，为此，如何让自动化设备适应包材卷料不同规格的作业，达到甚至超越原人工协作下的生产节拍，便是实现完全自动化，智能化的问题之一。具体的，比如纸卷包材在来料拆垛环节，人工需要借助自制夹抱工装小车完成对点、抬升、夹取、转移等四个环节的操作步骤，各环节都需要人工确认后方能继续完成下一步骤，时效性和一次成功率无法得到有效保证，在产量增加时，该生产模式就会遇到瓶颈，需要通过增加人工和简易设备数量来加以解决，当产量减少时又会面临人员富余的问题，适应性不强，无法满足长期的生产要求，这与现代化智能生产要求相违背，现代化智能生产，要求当生产的产品数量、规格型号、效率要求发生变化时，智能机器人系统能有很强的适应性及柔性化组合能力，通过对机器人系统运行速度的调节、配合运用可互换组合的产品工装，通过强大的算法程序实现在不同生产要求下的正常运行。在大大降低了人员投入及工作强度，也能同步提升安全生产系数。
4、因此，本发明针对上述技术要求，基于机器人柔性生产系统提出了一种解决方案，该解决方案最终能达到提升效率，增强柔性，实现全自动化的目的。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统及方法，本发明的技术方案是这样实施的：
2、一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，包括至少1台移动叉臂机器人、至少1台撕芯膜协作机器人、至少1台纸卷包材穿轴协作机器人、至少1台缓存协作机器人、至少1台桁架夹抱机器人和柔性作业单元调度控制系统；
3、所述桁架夹抱机器人的工作区域包括穿轴工作台、撕芯膜工位、卷料缓存工位和包材卷料取货工位；
4、所述移动叉臂机器人的工作区域包括光轴缓存工位、光轴上料工位和卷料缓存工位；
5、所述撕芯膜协作机器人的工作区域包括撕芯膜工位；
6、所述纸卷包材穿轴协作机器人的工作区域包括穿轴工作台；
7、所述缓存协作机器人的工作区域包括缓存工位；
8、所述桁架夹抱机器人用于将整托盘包材卷料拆垛并将拆垛完成的包材纸卷放置于撕芯膜工位；
9、所述撕芯膜协作机器人用于对包材纸卷进行撕芯膜作业；
10、所述移动叉臂机器人用于从光轴缓存工位叉取光轴并放置于光轴上料工位；
11、所述桁架夹抱机器人还用于将撕芯膜后的包材卷纸放置于穿轴工作台以及将光轴上料工位上的光轴放置于穿轴工作台；
12、所述纸卷包材穿轴协作机器人用于执行穿轴任务；
13、所述桁架夹抱机器人还用于将穿轴完成的包材纸卷放置于卷料缓存工位；
14、所述移动叉臂机器人还用于将卷料缓存工位的包材纸卷搬运至产线罐装机；
15、所述缓存协作机器人用于放置包材纸卷并呼叫所示柔性作业单元调度控制系统下方叉取、转运任务；
16、所述柔性作业单元调度控制系统用于接受mes上位系统的任务指令并控制至少1台移动叉臂机器人、至少1台撕芯膜协作机器人、至少1台纸卷包材穿轴协作机器人、至少1台缓存协作机器人和至少1台桁架夹抱机器人执行各自的工艺任务。
17、优选地，所述纸卷包材穿轴协作机器人包括光轴装置；
18、所述光轴装置包括光轴导向圆台、光轴锁紧台面、光轴锁紧机构、光轴杆、端面锁止块和光轴下圆台；
19、所述光轴锁紧机构和所述光轴锁紧台面固定于所述光轴导向圆台上，所述光轴下圆台和所述光轴导向圆台固定于所述光轴杆上，所述端面锁止块固定于所述光轴杆的两端。
20、优选地，所述移动叉臂机器人、所述纸卷包材穿轴协作机器人和所述桁架夹抱机器人的末端机械手均设置有相机和测距传感器。
21、优选地，所述相机为2d相机。
22、优选地，所述纸卷包材穿轴协作机器人还包括光轴防错放置架；
23、所述光轴防错放置架包括放置架主框架、侧向定位板、光轴防错定位杆、光轴放置支撑座、光轴防错放置架底座和底座调整块；
24、所述底座调整块安装于所述光轴防错放置架底座上，所述光轴防错放置架底座安装于所述放置架主框架的下部，所述光轴防错定位杆安装于所述放置架主框架的上部，所述光轴放置支撑座与所述所述光轴防错定位杆平行安装并位于所述光轴防错定位杆的两侧，所述侧向定位板安装于其中一个所述光轴放置支撑座的侧面。
25、一种饮品包材纸卷自动投送机器人方法，包括步骤如下：
26、s1，mes上位系统下发光轴投送任务给柔性作业单元调度控制系统；
27、s2，柔性作业单元调度控制系统同时向桁架夹抱机器人、移动叉臂机器人下发拆垛包材卷料和叉取光轴的指令；
28、s3，桁架夹抱机器人将拆垛完成的包材纸卷移动到撕芯膜工位上方并翻转90°下降至撕芯膜工位，同时反馈到位信号给撕芯膜协助机器人；
29、s4，撕芯膜协助机器人通过预设的工作流程完成撕膜作业并反馈信号给到桁架夹抱机器人和柔性作业单元调度控制系统；同时，移动叉臂机器人按预设流程从光轴缓存工位叉取光轴并放置于光轴上料工位，随后返回完成信号给桁架夹抱机器人和柔性作业单元调度控制系统；
30、s5，桁架夹抱机器人将撕完膜的包材纸卷提升后翻转90°并平移放置在穿轴工作台上；
31、s6，柔性作业单元调度控制系统收到光轴到位和撕膜完成的信号后，下发穿轴任务指令给纸卷包材穿轴协作机器人；
32、s7，纸卷包材穿轴协作机器人按照预设的穿轴流程完成穿轴任务后，反馈完成信号给柔性作业单元调度控制系统；
33、s8，柔性作业单元调度控制系统调度桁架夹抱机器人对穿完轴的包材纸卷进行抱夹提升，翻转90°后放置在卷料缓存工位；
34、s9，柔性作业单元调度控制系统调度移动叉臂机器人来到卷料缓存工位叉取卷料缓存工位的包材纸卷并投送到产线罐装机内；
35、s10，移动叉臂机器人回到停靠点待命，同时柔性作业单元调度控制系统上传任务完成信号至mes上位系统；
36、s11，任务完成或回到s1。
37、优选地，所述s7包括如下步骤：
38、s7.1，通过视觉相机判断是否存在光轴和包材卷纸；
39、若光轴或包材卷纸不存在，则反馈信号至柔性作业单元调度控制系统并待机；
40、若光轴和包材卷纸均存在，进行下一步；
41、s7.1，抓取光轴并旋转90度；
42、s7.2，视觉相机对包材卷纸的中心进行多次拍照并运用视觉算法拟合确定包材纸卷中心点坐标；
43、s7.3，光轴穿轴装置抓取光轴；
44、s7.4，光轴穿轴装置执行穿轴任务；
45、s7.5，反馈穿轴任务完成的信号给柔性作业单元调度控制系统。
46、优选地，所述s7中，纸卷包材穿轴协作机器人运用视觉算法拟合确定包材纸卷中心点坐标，光轴抓取装置将翻转后的光轴平移至包材纸卷中心正下方，随即触发提升信号提升至设定位置，将光轴准确无误的穿入包材纸卷芯轴内，此时发送到位信号给到穿轴锁紧机构，穿轴锁紧机构便下降至设定高度，气动锁紧夹爪夹紧光轴锁紧台面旋转90°，实现光轴在纸卷端面锁止的功能。
47、本发明中通过将移动叉臂机器人、撕芯膜协助机器人、纸卷包材穿轴协作机器人、缓存协助机器人以及桁架夹抱机器人共同组成一个包材纸卷自动穿轴上料的基本柔性作业单元，通过各自机器人的视觉、传感系统彼此相互协作，最终完成纸卷包材的自动投送任务。并可根据生产规模大小，灵活设置多个柔性单元，或针对某几个环节的工作，局部扩展增加某一机器人的，从而最大程度适配生产现场需求。
48、桁架夹抱机器人可根据不同规格的包材卷料进行桁架作业面的扩展，增加原有的作业范围，同时也考虑了与包材卷料输送线的适配，通过标定抓取包材的高度值来适配不同高度的输送线作业，打通源头的自动化节点，推动全流程自动化的实现。
49、移动叉臂机器人可根据规划路线的实际情况以及工作对接点的精度要求，对自身运行速度进行优化，最大限度提升工作效率，缩短生产节拍。
50、纸卷包材穿轴协作机器人配置有2d视觉相机，通过多次拍照纸卷芯轴图片，运用视觉算法拟合纸卷中心坐标值，确保纸卷包材在一定精度范围内均能准确无误地完成穿轴任务，提升整体节拍和效率。
51、撕芯膜协助机器人以及缓存协助机器人充分利用桁架夹抱机器人的工作范围，通过预设的工作点位进行精准对接，完成各自在整个工艺流程中的任务功能。且结构布局紧凑，简化桁架夹抱设计结构。
52、本发明通过预设的工艺路线按顺序交互各系统信号，最终完成从包材卷料取货位取料，经过一系列机器人系统的协作，最终通过移动叉臂机器人完成穿轴包材纸卷的上料工作，整套机器人系统形成了最小的柔性作业单元。在实际生产现场，也可以根据现场实际产线数量，卷料规格种类及数量，场地布局情况，对机器人系统各模块进行数量增补和布局优化。使之整体设置更加符合实际产线需要，起到柔性组合的目的。
53、本发明中的柔性作业系统完全代替了以往的人工操作。同时可根据生产任务量的变化，动态局部增加机器人组的数量，从而提高生产线的柔性化、智能化水平，
1.一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，其特征在于，包括至少1台移动叉臂机器人、至少1台撕芯膜协作机器人、至少1台纸卷包材穿轴协作机器人、至少1台缓存协作机器人、至少1台桁架夹抱机器人和柔性作业单元调度控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，其特征在于，所述纸卷包材穿轴协作机器人包括光轴装置；
3.根据权利要求1所述的一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，其特征在于，所述移动叉臂机器人、所述纸卷包材穿轴协作机器人和所述桁架夹抱机器人的末端机械手均设置有相机和测距传感器。
4.根据权利要求1所述的一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，其特征在于，所述相机为2d相机。
5.根据权利要求2所述的一种饮品包材纸卷自动投送机器人系统，其特征在于，所述纸卷包材穿轴协作机器人还包括光轴防错放置架；
6.一种饮品包材纸卷自动投送机器人方法，其特征在于，包括步骤如下：
7.根据权利要求6所述的饮品包材纸卷自动投送机器人方法，其特征在于，所述s7包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的饮品包材纸卷自动投送机器人方法，其特征在于，所述s7中，纸卷包材穿轴协作机器人运用视觉算法拟合确定包材纸卷中心点坐标，光轴抓取装置将翻转后的光轴平移至包材纸卷中心正下方，随即触发提升信号提升至设定位置，将光轴准确无误的穿入包材纸卷芯轴内，此时发送到位信号给到穿轴锁紧机构，穿轴锁紧机构便下降至设定高度，气动锁紧夹爪夹紧光轴锁紧台面旋转90°，实现光轴在纸卷端面锁止的功能。
