CN101022996B - 模块化包装*** - Google Patents

Abstract

一种卷烟包装***，包括多个可重新配置的模块(100)。每个模块包括用于执行包装处理的一部分的工具。借助于安装在各模块上并由各模块控制的机器人(110)，在各模块之间传送产品。各模块之间的接口协议控制各模块之间的传送。各模块之间的产品传送可以使用或不使用载体。各模块可以被重新配置用于不同的组装处理，以及可以添加或撤消模块。可以改变处理专用工具。可重新配置的模块减少了改变到不同包装处理的时间和成本。

Description

模块化包装***

技术领域

本发明涉及用于包装货物的模块机。尤其涉及需要随着产品包装要求的改变而随时重新配置的模块机。

背景技术

在烟草行业中，已完工的卷烟通常被送往包装机，在那里，它们形成为整理堆，并且围绕所述整理堆形成包装。可以采用多种不同类型的包装，例如，硬包装或软包装。包装处理是复杂的，并涉及顺序执行的多个步骤。这些步骤可以包括硬纸板处理、刻痕、切割、折叠和粘贴、压花、金属箔处理、玻璃纸包裹和粘贴。

对生产厂家来说，包装机是一项十分沉重的投资。然而，高生产速度和长包装运行可以使包装线更经济。

有限数量的卷烟包装盒(例如几千个包装盒)的有效和经济生产可能是一次挑战。例如，当新的包装盒形状或卷烟整理有待于试验时，为此项设计安装专用包装线是不经济的，倘若此项设计不被进一步地推行，那末这条包装线将变为多余的。因此，小量卷烟包装盒倾向于，至少部分地通过手工来组装。要是能够进行更大规模的试验，例如，涉及几百万个包装盒的试验，这将是有价值的。

虽然可以制造可以针对不同包装设计而重新配置的相对小批量的包装机，但是，重新配置过程本身是十分缓慢和十分昂贵的。

发明内容

本发明的目的就是解决以上讨论的问题，同时为包装线提供一种方案，便于针对不同包装要求而进行重新配置。

广义地说，本发明的目的在于，提供并使用包括多个模块的包装***。这些模块可以被重新配置，同时针对不同的包装组件来增减模块。通常在模块控制器的控制下，由机器人在各模块之间运送物品。每个模块都具有它自己的控制器。名词“物品”指的是待包装的物品，或者那些物品以及在包装过程中围绕物品形成的包装物的一部分或全部。

更具体地说，提供一种用于把物品包装在包装盒中的包装***，它包括多个互连的模块，每个模块包括用于执行一部分包装过程的工具，并且至少某些模块包括用于在各模块之间运送物品的机器人。

最好是，至少一个模块包括用于执行包装过程的机器人。

本发明的各实施例具有如下优点：可以提供相对低容量的包装***，并且与现有技术的包装线或包装机相比，所述包装***可被快速并以低成本进行重新配置。实施本发明的***可以在两星期内从一种卷烟包装配置重新配置为另一种卷烟包装配置。这显著地优于在任何现有技术***中可能实施的***，在现有技术的***中，到可以完全进行重新配置的程度将花费几个月的时间。由于已重新配置的***在很大程度上是一个重新建立的***，所以名词“重新配置”并不完全适当。通过再使用各模块以及由该***非常快速地切换制作的包装盒的能力，这将带来十分巨大的成本节约。

易于可重新配置使得几百万个包装盒量级的生产试验运行(不是目前使用手工包装来生产的几千个包装盒)变得实用和经济。

最好是，机器人能执行某些包装处理，并且能在各模块之间运送物品或物品和物品容器。被运送的物品可以是待包装的实际物品、部分或全部包装好的物品、或者所述包装的一个元素。

在本发明的一个优选实施例中，围绕待包装的物品形成包装物。这与现有技术的设计安排相对照，在现有技术中，离开待包装的物品形成或者部分形成包装物。围绕物品形成包装物是有利的，因为它有助于使包装***的重新配置变得容易。因此，可以采取相同的方案，例如，用硬塑料端盖和包装材料来形成包装盒，如同为更复杂的纸板坯采取的那样。纸板包装盒不预先形成，而是围绕物品形成。

最好是，所述机器人是SCARA、笛卡尔或人形机器人。这些机器人具有允许沿X、Y和Z轴运动的多个自由度，并且可能还具有旋转自由度。虽然在给定的包装操作中，并不需要所有这些自由度，但是，机器人是可重新配置***的一部分，以及提供大量的自由度增加了各模块用于其它包装操作的可配置能力。

最好是，提供多种不同的模块类型。灵活的模块可以包括机器人，同时包括在其上装有处理专用工具的基板。在含有机器人的地方，机器人执行机构探头还可以包括处理专用工具。卷轴馈送模块提供将被引入处理的卷轴馈送材料，诸如包装材料、箔和标记，同时坯供应模块允许将坯(诸如硬纸板坯)供应到所述***中。这些模块中的任何一个都可以包括机器人。在一种给定配置中，可以包括某些或全部模块类型。

最好是，每个模块都包括用于控制模块传感器和执行器的模块控制器。最好是，在存在时，所述模块控制器还控制所述模块机器人。这种控制方案增加了所述模块化方案的灵活性。例如，当为了新处理必须改变机器人的运动时，对机器人进行重新编程以规定它相对于相邻模块的运动和动作是相对简单的事情。

每个模块的控制***最好与相邻模块的控制***接口，使得货物在各模块之间的传送由这些模块本身来控制，而不是由整个***的控制器来控制。这再次增加了灵活性。

最好是，一个模块具有一组工作站或者工位，(可放在载体上的)物品可以被移动到这些工作站或者工位以便传送到相邻模块。接口软件控制各模块处理和各仓位之间的运动，这些仓位被装有物品的载体和返回的空载体占据。最好是，在各模块之间的传送过程中，相邻模块的控制***都被涉及。

最好是，控制***软件通过使用指示物品是否存在的产品状态指示器、当产品状态指示产品存在时，指示模块请求存取产品的存取请求状态、指示一个模块的机器人已经接近所述物品以拾取所述物品，或者接近载体以放置物品的存取授权状态，来处理各模块之间的运动。这种控制方案避免了相邻模块的机器人之间的碰撞。

实施本发明的可重新配置的模块化包装***特别适用于包装诸如卷烟的棒形物品，但是也可以用于包装其它物品。

本发明还提供一组用于形成包装***配置的可重新配置模块，这些模块被互相连接，并且每个具有用于执行所述包装处理的一部分的可拆卸工具，至少多个模块包括用于在各模块之间传送物品的机器人，每个模块具有模块控制器，用于控制由所述模块执行的所述包装处理的一部分，同时用于协调所述模块和相邻模块之间的物品传送。这些模块也可以执行某些包装处理。

附图说明

现在将仅借助于实例、并参考附图来说明本发明的各实施例，在附图中：

图1是作为一系列模块的包装***配置的表示；

图2表示用于图1的处理的一对模块的侧视图，每个模块包括一个机器人；

图3a)和3b)表示各模块之间的机械接口，表示产品如何在各模块之间传送；

图4a)和4b)是用于双产品传送的类似于图3a)和3b)的视图；

图5表示3个相邻模块之间的连接；

图6表示6个相邻模块之间的连接；

图7表示用于拾取操作的接口序列；

图8表示用于放置操作的接口序列；

图9表示针对2∶1模块接口的拾取操作；

图10表示用于所有模块的整体控制体系结构；以及

图11表示用于不同包装设计的可替代的模块配置。

具体实施方式

图1所表示的包装***配置是用于说明本发明的一些实施例的可重新配置的模块性质的示例性配置。打算将所述包装***用于包装卷烟或其它棒形物品，但是本发明不局限于包装这种类型的物品，并且可以扩展到包装其它类型的物品，诸如各种食品，包括糖果点心产品；书写文具，诸如彩色铅笔或蜡笔或其它棒形物品。

类似地，本发明不局限于任何特定的包装***配置。确实，本发明允许重新配置各模块，以便针对不同类型物品进行不同类型包装。

打算将图1所表示的配置用于把卷烟整理堆包装在包装盒内，所述包装盒具有刚性塑料端盖以及包裹在卷烟和端盖的附属凸缘上的金属化薄片。所述薄片被密封，并且从包装盒中排出空气并代之以氮气，以保持产品的新鲜度。关于产品的各个阶段的细节与本发明无关，但是它有助于在较高层次上讨论所述处理的每一部分。

所述处理由多个模块提供，借助于使用气体力学来控制处理的伺服控制机器人，在各模块之间移动产品和载体。所述机器人可以包括笛卡尔、SCARA和人形机器人。在详细说明图1的处理之后，将说明各模块之间的接口(机械接口和软件接口)，以便理解模块化包装处理可以如何操作。最后，将讨论一种可替代的配置，以便说明如何针对不同包装方式，以大大降低的成本和时间来容易地重新配置各模块。

机器人的选择将取决于它们被使用的场合的要求。笛卡尔、SCARA和人形机器人是优选的。SCARA(选择性顺从的有关节的机械臂，Selective Compliance Articulated Robot Arm)机器人通常具有4个自由度，并且具有两个在水平面上摆动的主连杆，在臂的末端有羽毛状Z轴，它提供垂直运动和水平面上的角旋转运动(Θ)。笛卡尔机器人典型地是模块化的，它由一系列可以按照长度和有效载荷来选择的线性滑板组成，这些线性滑板被安装成互相正交。它还具有Z-Θ单元，以便建立一个具有类似于SCARA机器人的功能的4轴(X、Y、Z、Θ)机器人。笛卡尔机器人可以被配置成使得旋转轴水平。笛卡尔机器人通常被认为在笛卡尔空间中的控制是比较简单的。人形机器人，特别是垂直有关节的人形臂通常具有5或6个轴。典型地在一个五轴臂中，第一轴是围绕垂直线旋转，第二、第三和第四轴是围绕水平线旋转，这些轴互相平行，并且在各轴之间偏移连杆长度；第五轴是与第四轴正交的滚轴。在六轴臂中，轴1、2和3相同于五轴的实例。第四轴正交于第三轴，通常沿着连杆轴；第五轴正交于第三轴，以及第六轴是正交于第五轴的滚轴。垂直有关节的人形臂具有大的运转包络，尤其是在Z方向上。六轴臂给出物体在空间中的位置和取向的控制，导致很大的灵活性。

已完工的卷烟被传送到包装***，并且被保存在送料斗中。在一个优选实施例中，使用4个平行的送料斗，每个送料斗都有一个平行的送料斗导向斜槽，用于把卷烟单独呈现给整理心轴。通过单个推杆把卷烟传送到整理心轴。为每个送料斗提供一根推杆，并且最好是用一根杆来连接这4根推杆，使它们可以一起被驱动，虽然它们也可以独立地被驱动。所述心轴具有多个通孔，所述通孔排列成规定待包装的整理堆的形状。各推杆逐个把卷烟推进这些通孔内以便填充心轴。各推杆沿着Z轴作往复运动，并且不相对于X，Y平面上的送料斗发生移动。作为替代方案，也可以通过伺服控制机器人，令心轴在X，Y平面上移动，使它们本身正确地定位，以便接受卷烟。

一旦填满之后，心轴在Y平面上向下移动到某一位置，在该位置上，整理堆从心轴被传送到成形小袋中。在所述成形小袋内，这些卷烟彼此之间不再留有间隔，并且已准备好在它们周围形成包装材料。通过用于每个心轴的一组平行推杆来实现向成形小袋的传送。这些推杆组通过一根杆连接在一起，并且也沿着Z轴往复运动。这些杆被安排成与心轴中的整理堆的形状相匹配，因此，在往复运动中，这些杆被接纳到所述心轴的各通孔中，推动卷烟通过心轴进入小袋。伺服控制机器人保证已填满的心轴的位置精确地对准推杆组，以保证各推杆正确接纳在心轴孔中。一旦被腾空，心轴返回到接近单个推杆的位置，以便逐个接纳下一卷烟整理堆。

现在，已填满的成形小袋被传送到一个刚性端盖盒填充站。这要求由一个伺服机器人将已填满的小袋提起并移动到另一个模块。

包装盒包括一对刚性端盖，每个端盖都有一个附属裙边，所述裙边在位置上在卷烟的长度部分上延伸。一个端盖包括一个可弹开顶盖，以便使用者从包装盒中取出卷烟。为了保证包装盒的内容物保持新鲜，金属箔被应用于可弹开顶盖下面的开口处，在刚性端盖盒被卸下以及盖封条被旋开时，上述可弹出顶盖被自动打开。当打开包装盒时，金属箔被使用者去掉。

所述刚性端盖通过一个托盘传送***来传送，并且由机器人拾取器从托盘上载并传送到一个转盘。在传送过程中，具有可弹开顶盖的顶部端盖被传送到测试站，以便测试端盖上是否有可弹出顶盖，然后，机器人拾取器正确地定向可弹出顶盖，以便送往所述转盘。底部端盖被直接送往转盘上的站点。转盘的旋转将顶部端盖送往盖金属箔应用模块。在这个模块上的另一个伺服机器人将先前由机器人从存储仓拾取的盖金属箔放置到顶部端盖上。转盘的旋转将顶部端盖和盖金属箔放置到一个密封站，在那里，盖金属箔被加到顶部端盖上。

在刚性端盖盒传送模块处的伺服机器人从转盘拾取顶部和底部端盖，并把它们送往刚性端盖盒填充模块。在这个模块中，卷烟整理堆和端盖被这样操作，使得卷烟被***到端盖中。由此，又一个伺服机器人将所述整理堆和端盖组件移动到刚性端盖盒组装模块。这个模块与薄片折叠和密封模块进行交互，这向刚性端盖盒组装模块提供一个心轴，围绕该心轴形成金属箔包装材料。

从斜辊提供所述薄片，并且经由压力辊组件送到薄片制备和切割站。所述薄片制备和切割站保证薄片被切割成包装盒所需的正确长度，然后将其送往薄片折叠和密封模块的前面。使用伺服机器人的薄片折叠和密封模块在薄片制备模块的出口处把一个心轴提供给所述薄片。所述薄片被夹到心轴的侧面，然后，所述心轴和薄片通过一个折叠单元被移动。所述运动可以由伺服机器人控制或者气动。所述薄片围绕心轴折叠，随后沿其长度密封以形成一个套筒。可以通过胶粘或者加热来实现密封。最好是，所述薄片由金属化的塑料材料制成，并且可以使用任何方便的密封方法。

由伺服机器人再次把具有围绕它的已密封的薄片套筒的心轴从薄片折叠站输送到刚性端盖盒组装模块，在这里，心轴和套筒与整理堆和端盖部分组件对准。然后，套筒在所述组件上滑动。现在包装盒已经完成但还不是气密的。机器人拾取器将已完成的组件移动到薄片密封站，对紧靠包装盒的刚性端部的套筒的端部进行密封。虽然当前优选的是热密封，但是，任何方便类型的密封都可以使用。然后，由再一个伺服机器人将已密封的包装盒送往一个充氮和密封站。在这个站中，通过底部端盖中的小孔将包装盒中的空气抽出，并且代之以氮气。也可以使用某些其它惰性气体。随后，通过加热和熔化周围的塑料来封闭所述小孔。完成的产品现在包括有压力的气体，当消费者打开包装时，气体将被释放，同时发出可听的声音，由此向消费者保证产品的新鲜度。

然后，已密封的包装盒被送往标记站，在这里可以贴上促销标记，并且最后被送往日戳站和卸货站(未示出)。

在所述处理中，执行了许多对任何类型的卷烟包装盒组装和填充操作来说都是共同的操作，同时也执行一些对正在生产的产品包装来说特殊的操作。现有技术的包装机已经把所有这些功能都建立在单个机器中，其驱动和控制沿着机器的长度而过。本发明的实施例将整个处理分解为一系列离散模块。每个模块都执行一种特定功能，并且通过使用伺服控制机器人，把货物从一个模块传送到另一个模块，上述伺服控制机器人把货物从一个模块中取出并传送到另一个模块。这些模块可以包括转盘模块，诸如还在组装处理中执行功能(在本例中把盖金属箔密封到顶部端盖上)的卸载模块还起到把货物(在本例中就是端盖)移动到它们可以被机器人拾取并被传送到其它模块的位置的作用。可以在各模块之间传送的货物的性质是变化的。因此，例如，整理袋从含有送料斗和整理心轴的模块被传送。这些袋在被填充卷烟之后被传送到刚性端盖盒填充模块，并且空袋返回到送料斗和整理心轴模块。在刚性端盖盒组装模块和薄片制备和折叠模块之间传送薄片套筒心轴。

本***的模块化表示示于图1。本***由送料斗和两种类型的模块构成：灵活模块100，它可以与或不与机器人110一起使用；以及卷轴馈送材料模块120，它也可以与或不与机器人一起使用。在图1中，各灵活模块被表示为空框，而卷轴馈送材料则被表示为有阴影线的框。

因此，在图1中，包括机器人的两个灵活模块100对应于模块a)和模块b)，模块a)负责将盖金属箔敷贴到刚性端盖盖子上，模块b)负责敷贴促销材料。两个没有机器人的卷轴馈送模块120对应于薄片供应和薄片制备站。无阴影线框130a)和130b)分别对应于刚性端盖供应斜槽以及所述处理的结束。

剩下的模块包括具备机器人的灵活模块c)到j)，以及不具备机器人的灵活模块k)。模块100k)是组装刚性端盖盒的模块，从模块g)接收围绕心轴的套筒，并且从模块e)接收已组装的整理堆和刚性端盖盒。模块h)将已组装的包装盒送往模块i)，后者从包装盒中抽出空气并且填充氮气。模块j)是日期代码和卸载模块。

模块c)负责把整理心轴从送料斗模块传送到刚性端盖盒填充模块d)，并且模块f)负责接收端盖，检查它们的取向，并把它们分配到盖金属箔应用模块和刚性端盖盒填充模块。

这样一来，所述包装处理使用多个被安排在模块上的机器人，所述各模决被连接在一起，以形成各独立模块的可重新配置的排列。将期望每个模块都载有处理专用工具，并且许多模块还具有SCARA、笛卡尔或其它机器人，以便在各模块之间运送产品。所述机器人也可以具有处理专用工具。所述模块的控制在***控制器的统一控制下，由该模块自身的控制器来管理，并且相邻的各模块互相连通，交换握手协议以保证在各模块处理之间进行产品的正确传送。所述产品可以是已制成的或部分制成的货物，或者是那些货物与载体的组合。

在重新配置中，必须改变处理专用工具，但是可以按照任何所期望的方式来重新配置各模块。由机器人执行的各项操作将有所不同，并且需要重新编程。然而，各模块交互的方式将保持不变。

因此，所述包装***包括多个模块。可以按照不同的配置来安排和重新安排这些模块。每个模块都可以单独发挥作用，并且***软件将控制功能分解为例程。这样一种方案的一个重要方面是定义各模块之间的接口。控制接口反映了可以因配置不同而不同的机械接口。在所述实例中，使用转盘来避免各个机器人在活动空间上发生相互交错。

图2表示两个模块60、62之间的图解和示意性连接。每个模块都包括一个基座64，其中装有电气和控制***66。这些模块是互相独立的，并且服从于整体***控制器。然而，每个模块的操作都是由该模块本身来控制的。基板68被安装在基座上。为了方便起见，各基板被安排在一个共同的高度上，这样有助于在各模块之间传送产品。机器人70被安装在每个基板上，并且负责处理产品，或者诸如整理袋的载体上的产品，并且负责按照下述方式，在各模块之间传送产品或者产品和载体。

并不是所有的模块都包括机器人。例如，图1中的刚性端盖盒组装模块是与3个其它模块接口的模块，上述3个其它模块中的每个都具有机器人，这些机器人向和从所述刚性端盖盒组装模块传送产品。上述刚性端盖盒组装模块本身不需要机器人。

模块每个分别载有一块子板72，在其上安装执行和包装专用工具74，并且所述各机器人也将根据它们准备执行的任务，分别载有类似的执行和包装专用工具。这些模块被连接在一起，用于控制76、安全78、电源80和气体力学82。

为了能够处理各模块的所有可能的安排，需要定义下列各模块之间的机械接口：

单传送机械接口，在其中传送单个产品；

双传送机械接口；

四传送机械接口。

单传送机械接口的实例示于图3。在这种传送中，从一个模块拾取单个产品和/或载体，并且从一个模块传送到另一个模块。有两种基本变体，在第一种变体中，载体和产品被向前传送，而空载体被送回。这个变体的一个实例就是在图1的配置中的已填满的成形袋子从送料斗模块传送到刚性端盖盒填充模块。第二种变体是只有产品被向前传送。在这里没有载体。这个变体的一个实例就是在应用套筒之后的已完成的包装盒从刚性端盖盒组装站被传送到薄片密封站。从接口的观点来看，第二变体可以被视为第一变体的一个子集。

因此，参照图3，图中示出了载体和产品从第一模块M传送到第二模块N的各步骤。图3a)表示在模块M发生的各步骤，而图3b)则表示在模块N发生的各步骤。图中的空框表示空位；填充框表示载体，例如心轴或袋子；同时有阴影线的框表示产品。所述接口使用两个仓位，这是产品和/或载体可以定位于其上的位置。

开始，载***于仓位2，并且仓位1为空。然后，模块M通过下列各步骤来完成它的事务：(i)将载体和产品置于仓位1(图3(a)中的箭头1)；(ii)移动到仓位2(箭头2)；并且随后(iii)拾取所述产品。机器人从仓位2拾取空的载体，并且把载体移回到它的处理(箭头3)。现在的位置如图3(b)所示，其中，载体和产品位于仓位1，同时空槽位于仓位2。然后，模块N按照下列3个步骤来完成它的事务：(i)模块N把载体置于仓位2(图3(b)中的箭头1)-注意这是一个来自模块N的载体，而不是来自模块M的载体；(ii)所述载体被传送到仓位1(箭头2)；随即，(iii)所述产品被放置在所述载体上，并且二者被模块N拾取用于它的处理(箭头3)。

在这两个实例中，在单独模块的控制下，所述产品和/或载体被机器人拾取。

双传送机械接口是图3的单传送接口的扩展，并且被示于图4。在这种传送中，一对产品被同时拾取，同时从一个模块被传送到另一个。正如单传送接口有两个基本变体那样。首先，载体和产品被向前运载，同时空的载体向下传送。其次，只有产品被向前传送。再次，第二变体是第一变体的一个子集。进行这样的处理的方式示于图4。在表示运动序列的同时，此种配置还提供了一种可能性，即，产品对中的一件产品可能有缺陷，并且被加上废品标记。

这样一来，参照图4，在模块M处，两件产品取代了一个载体，并且准备由模块N逐个移动。为每个产品/载体对提供两个仓位，它们被表示为仓位1a和1b，2a和2b。在开始时，位于仓位2和仓位1的载体为空。模块M通过把载体和产品放置在仓位1a和1b，移动到仓位2，随后拾取所述产品，来完成它的双重事务。机器人从仓位2a和2b拾取载体，并且把它们取回到所述处理。这些载体都是空的。

然后，模块N完成顺序的事务。首先，一个载体从处理位置被放置到仓位B1(图3b的箭头1)。然后，机器人被移动到仓位A1(箭头2)，同时所述机器人拾取载体及其产品，并将其返送到所述模块，以便执行它的处理(箭头3)。然后，所述模块完成它的第二事务：使用机器人来放置仓位B2的载体(箭头4)；把机器人移动到仓位A2(箭头5)；然后用机器人来拾取所述载体和产品，并把它们返送到模块N以便执行它的处理。

可能有一件或两件产品由于被检测出存在缺陷而被剔除。在两件产品都被模块M剔除的情况下，模块N仅简单地失去一次循环。在仅有一件产品被模块M剔除的情况下，将有一个空的载体，这时，模块N仅执行一次传送过程。

图5和图6表示各模块之间的典型互连。在这些图中，I/F指的是接口。控制一个模块的软件必须支持机械接口。在前面的实例中，我们已经考虑用或不用载体把货物从一个模块传送到一个相邻模块。然而，通往一个模块的输入接口和输出接口都可以不止一个。由于所述接口是通用的，所以任何模块都必须能够应付最大数目的输入和输出。在实践中，各模块在平面图上可以有4个边。它们包括在其上安装部件的工作表面。所述工作表面被安装在装有用于所述模块的控制和电气线路的柜子的顶部。从实用的观点看，一个模块与3个其它模块接口是仅仅可行的，以允许所述模块的一个边被用来取得对所述柜子的接入。起码应当有可能打开柜子的门。

图5表示模块N，它具有两个馈入、一个馈出和一个监控接口。这总共需要4个接口。

在图6中，模块S具有来自双路径的两个主流馈入和一个边馈。因此，模块S具有3个馈入，模块M具有两个馈出，并且每个模块都有一个监控接口。要注意的是，在图5的安排中，把物理要求分解为使用全部4个模块面。因此，将模块接口设计成用于3个馈入流、两个馈出流和一个通往监控***的接口是考虑周到的。

图7表示用于两个模块之间的拾取操作的基本握手关系。具有第二边输入的模块仅仅复制这个接口。在图7中，示出了3种状态：“产品存在”；“存取请求”；和“存取授权”。产品状态为空缺直到模块M提供所述产品。然后，所述状态切换到高电平，表示产品存在从而请求拾取产品。随后，存取请求状态变为高电平，请求由模块N进行锁定，以及存取授权状态变为高电平，授权由模块M进行锁定。然后，所述产品被拾取。完成之后，模块N将产品状态设置回到空缺，存取请求变为低电平，以释放由模块N进行的存取，并且作为响应，存取授权状态被清除。

图8表示用于产品放置操作的类似的握手关系。同样提供3种状态：产品、本地存取请求和本地存取授权，然而，所述产品状态可以通过4个层次来变动：空缺、远程过程调用(RPC，Remote procedureCall-一种允许由相邻模块来启动一个模块的动作的通用机制)请求、RPC授权和老化产品。老化产品是这样一种产品，它被允许冷却或涂上胶水，被允许放置一段时间，即老化时间。

开始，产品状态为空缺。模块M的本地存取请求使得本地存取请求状态变为高电平，请求锁定。然后，本地存取授权状态变为高电平，向模块M授权锁定。随后，由模块N放置一件产品，当模块N看见“请求RPC”时，将产品状态从“空缺”改变为“请求RPC”；并且执行所述RPC，例如激活所述锁定，并将产品状态设置为RPC完成。现在，机器人M可以释放，同时开始老化。模块M看见“RPC完成”状态，并且将“存取请求”设置为低电平，以便释放由模块N存取。作为响应，“存取授权”状态被清除。与本地存取请求和授权信号变为低电平相并行的是，所述接口看见“RPC完成”，并且在经过一段老化时间之后，将产品状态设置为“老化产品”。

图9表示与两个其它模块M和N通信的一个模块的接口。来自M的产品变为高电平，以便请求从模块M拾取，以及波形a)-g)分别表示：a)模块M到P之间的产品状态；b)模块N到P之间的产品状态；c)模块P到M之间的锁定状态；d)模块P到N之间的锁定状态；e)模块M到P之间的锁定状态；f)模块N到P之间的锁定状态；以及g)由模块P从M拾取产品。

产品波形a)将变为低电平直到模块M提供产品。然后，产品波形a)变为高电平，请求从模块M拾取，以及锁定波形c)将变为高电平，请求由模块P进行锁定。锁定波形e)将变为高电平，以授权由模块M锁定到P，与此相并行，随着产品变为可获得，来自N的产品波形b)变为高电平。已经正在与模块M协商的模块P对此不予理会。随后，拾取波形g)将变为高电平，指示由模块P进行拾取，以及拾取和锁定(波形c)变为低电平，指示该产品已经被模块P拾取。现在模块P看见来自N的产品，并将锁定波形d)设置为高电平，请求锁定。在模块P和N之间进行协商期间，这个过程将重复进行。如果两个模块同时尝试和锁定，则使用一种仲裁算法。这通常简单地选择模块N。未被选上的模块将看见所述产品，单独变为低电平并使它的接口复位，以等待下一个产品。

按照相同于如上所述的方式来获得多工位接口，但是加入了仓位的概念，这个概念是就机械接口而言的。当请求存取时，接口例程可以指定一个专门的仓位，或者令bay＝0，以返回任何空闲仓位号用于放置操作，或者返回任何已被占用的仓位号用于拾取操作，以指示哪一个位置可以被使用。如果接口不能指定有效的仓位号，则返回的号码为0，表示不能满足所述请求。

图10表示用于实施本发明的模块化包装***的软件的整体体系结构。虽然以上提到，每个模块都是自控的并且与相邻模块交互，但是整个***由***控制器来控制。产品和载体在模块之间的运动最好是由机器人(例如Adept技术有限公司提供的机器人)来完成。至少某些模块包括在中央控制器控制下的Adept[注册商标]机器人控制器，上述中央控制器负责协调功能。

因此，包装处理就可以由一系列单独的模块来实施，每个模块都可以被配置成执行一种功能，并且按照以上讨论的方式与相邻模块交互。这些模块可以被重新配置、增加附加模块、或者对模块进行重新命名以适应不同的包装技术。

图11表示模块重新配置的一个实例。许多其他形式的重新配置也是可能的。图11说明了图1中的模块如何通过重新配置来形成一种极其不同的包装类型的包装处理，这里是一个纸板包装盒。图11的处理比较复杂，因此需要较多的模块。然而，可以通过重新安排图1的包括它们的机器人的各个模块，连同添加更多的模块来形成。这种方案与使用齿轮、传送带、转动轴、凸轮、联动装置和皮带以产生高速、高可靠性***的传统包装方式相反。本方案使用气体力学、机器人来处理产品，并在伺眼马达的控制下形成高度灵活的、可重新配置的和可编程的方案，来构建对小批量生产来说理想的包装处理。

送料斗可以与在图1的实施例中所使用的相同，卷烟通过整理心轴被传送到整理袋。心轴中的孔的配置以及整理袋的形状可以不同于图1的实施例。然而，通过调整控制心轴位置的机器人的编程，就能容易地处理这个问题。该***受到图1的实施例的相同服务模块和HMI的控制。

因此，在图11中示出了灵活模块200，其中的11个包括笛卡尔、SCARA或者人形机器人a)到k)。提供了两组卷轴馈送模块220，其中之一包括笛卡尔、SCARA或者人形机器人。此外，还提供了3个坯供应模块230，用于向所述处理过程供应纸板或塑料坯，以及在灵活机器人模块中的3个提供热或冷的粘合站。

具有机器人a)的灵活模块对应于在图1中将已填满的袋从送料斗传送到刚性端盖盒填充模块的模块。具有机器人b)的灵活模块200是一个金属箔包裹站，从金属箔供应模块传送过来的金属箔在这里围绕整理堆包裹。在坯馈送器模块处，由机器人d)和c)来供应和管理一个内表面，在这里，框被粘合并传送到模块容纳机器人e)那里。顶部和主体部坯馈送器分别被安排在经由机器人f)和g)提供坯的这个模块的任一边。在模块容纳机器人g)处，使用热粘合单元来粘合顶部坯上的标签和内盖，在中心模块处，在坯组件中进行Z平面折叠。部分折叠的坯被传送到模块容纳机器人h)处，在这里，使用冷胶涂布器来完成端部打褶、折边和最后密封，而在下一站，所述包装盒将被传送到纳税印花敷贴器。机器人i)模块将日期代码敷贴到包装盒上，并在包裹之前还要对包装盒进行干燥。然后包装盒被传送到机器人j)处，后者与玻璃纸包裹器和撕条敷贴器站接口，并且处理包装盒的包裹。最后，在成品包装盒顺着末端斜槽进行配送之前，机器人k)负责控制和加热已包裹好的包装盒。

从以上叙述可知，无论选择什么样的包装配置，包装盒都是围绕物品而形成的。如果需要的话，物品可以首先被形成为所期望的整理堆，但该步骤的必要性取决于所包装物品的性质。无论进行什么类型的包装，包装盒都是围绕着物品来形成的。这样一来，在图11的实施例中，就使用到了纸板坯。这些纸板坯并没有全部地或部分地预先形成为包装盒，而是围绕物品在现场形成。这种包装盒形成方案更容易得到包装***的可重新配置性。无论包装盒的性质如何，都采取围绕物品来形成包装盒的相同方案。

还必须理解，本发明的实施例大大地加速了从一种包装组件改变到另一种，使小规模生产更加可行。通过围绕物品形成包装盒并使用可重新配置的模块，一个***可以在几个星期内实现从生产一种包装盒到另一种包装盒的转换，而不用几个月，这将大大地降低相关的成本。

应当理解，在图1和11中所说明的两种模块配置仅仅是可能的配置的两个实例。本发明并不局限于这些或任何其它的配置，而是归于这些模块的可重新配置性去形成所期望的包装处理。本发明仅受下列权利要求书的范围的限制。

Claims (20)

1.一个被配置为将物品包装在包装盒中的包装***，包括：

多个互相连接的模块，针对不同的包装要求可重新配置所述模块；以及

***控制器，用于提供所述多个模块的协调控制，其中，每个模块包括：

用于执行包装处理的一部分的工具；

模块控制器，用于控制所述工具所执行的包装处理的一部分，并且用于与相邻模块的控制器接口，以及

至少一些模块包括用于在各模块之间运送物品的传送机器人。

2.根据权利要求1所述的包装***，其中，所述传送机器人在各模块之间运送物品和物品载体。

3.根据权利要求1或2所述的包装***，其中，至少一个所述模块包括用于执行包装处理的包装机器人。

4.根据权利要求1或2所述的包装***，其中，所述传送机器人和包装机器人是笛卡尔、SCARA或人形机器人。

5.根据权利要求1或2所述的包装***，其中，所述模块包括至少一个用于供应卷轴馈送材料的模块。

6.根据权利要求1或2所述的包装***，其中，所述模块包括至少一个用于供应包装坯的模块。

7.根据权利要求1或2所述的包装***，其中，至少一个所述模块包括用于粘合包装盒的粘合站。

8.根据权利要求1所述的包装***，其中，所述模块控制器还控制模块的传送机器人。

9.根据权利要求8所述的包装***，其中，每个模块的所述模块控制器包括用于与相邻模块的模块控制器接口以便在各模块之间运送物品的接口软件。

10.根据权利要求9所述的包装***，其中，第一模块的模块控制器包括用于将物品运送到第一模块和第二模块之间的仓位的软件，以及第二模块的模块控制器包括用于从所述仓位拾取物品或者将物品放到仓位中的软件。

11.根据权利要求10所述的包装***，其中，待包装的物品被放置在载体上，以及所述物品和载体在第一模块被运送到所述仓位，并在第二模块从所述仓位运送。

12.根据权利要求10或11所述的包装***，包括第一和第二仓位，其中，所述物品根据第一模块处理被放置在第一仓位、在第一模块的模块控制器的控制下被运送到第二仓位、被运送回第一仓位并转移到第二模块处理。

13.根据权利要求10或11所述的包装***，其中，用于在各模块之间运送物品的所述软件包括物品状态、存取请求和存取授权，其中，所述存取请求和存取授权状态使得在相邻模块之间建立锁定。

14.根据权利要求10或11所述的包装***，其中，在每个模块和所有相邻模块之间定义接口，以定义物品在每个模块和所有相邻模块之间的运动。

15.根据权利要求10或11所述的包装***，其中，所述待包装的物品是棒形物品。

16.根据权利要求10或11所述的包装***，其中，所述待包装的物品是卷烟。

17.根据权利要求10或11所述的包装***，其中，围绕所述物品形成所述包装盒。

18.根据权利要求17所述的包装***，其中，所述物品首先被形成为整理堆，并且围绕所述整理堆形成所述包装盒。

19.用于形成包装***的一组可重新配置的模块，所述各模块被互相连接，并且每个都具有用于执行包装处理的一部分的可拆卸工具，至少一些模块包括用于在各模块之间传送物品的传送机器人，每个模块都有一个模块控制器，用于控制所述工具所执行的包装处理的一部分，并用于协调物品在所述模块和相邻模块之间的传送。

20.根据权利要求19所述的一组可重新配置的模块，其中，至少一个模块包括执行包装处理的包装机器人。

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