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拣选包装码垛搬运四类机器人在包装行业的完美应用

2022-05-19 来源:杭州农业机械网

拣选 包装 码垛 搬运四类机器人在包装行业的完美应用

文/本刊记者 叶兮

包装行业不断追求自动化和智能化,早期以人工为主的包装工序显然存在着效率和效益等多重问题,随着机器人在包装行业的渗透,从拣选、包装到码垛和搬运等多个环节都有了一定的自动化率。

目前,机器人在食品、饮料、日用品及化工行业包装环节都有较多应用案例,从前段包装到后段包装,自动化生产线必将是未来探索的新模式,不少企业已经在这一领域有所动作。

拣选

拣选作业是由机器人来进行品种拣选,如果品种多,形状各异,机器人需要带有图象识别系统和多功能机械手,机器人每到一种物品托盘就可根据图象识别系统“看到”的物品形状,采用与之相应的机械手抓取,然后放到搭配托盘上。

目前抓取分拣机器人在包装行业应用不是很多,有部分企业在尝试和研发生产中。未来,空无一人的仓库,一台台机器人将货架送到包装台,通过准确识别货物,分拣出需要的商品,打包后放在传输带上。这不是科幻电影,而是未来智能化的包装分拣现场。

分拣机器人已经形成了样机,一旦这些智能化的分拣机器人应用于包装行业,将极大地提高仓储管理的工作效率,压缩人工成本。分拣机器人要进入市场仍需一段时间,短期内包装拣选必然是以自动化与人工辅助的形式存在的。

当前,分拣机器人一般以并联机器人为主,也就是所谓的蜘蛛手,通常是四轴,也有六轴并联机器人。

并联六轴机器人结构是发那科独有的,这种设计可以使得这款机器人产品拥有很高的柔性。在工作中不仅可以随意地变换物品的角度,更适用于整列、装配等多种作业。据悉该产品配有适应复杂装配作业的多轴手腕,灵活程度不亚于人类的手指,无论是分拣、标注,还是插取、搬运,它灵巧自如的手抓,流畅高效的作业,应用自如地为包装行业的自动化生产提供了完善的解决方案。

包装

在包装行业,分拣的动作一般以效率为第一要求,而难度系数同样较大的则是包装,要把零散的物品准确放置在包装袋或者包装箱内,这不仅考验机器人的灵活性和准确度,而且要求机器人具备视觉和可计算的功能。

产品包装一般有多种形式,根据物件的形状、材质、重量以及对洁净度的要求,包装程序较为复杂。比如集合包装装箱:一次将多个包装件进行一次装箱。粉料大袋的袋装:一次性将粉料装入特定软袋中。高速的装盒装箱折边封合多工位包装:一些大型纸箱和托盘的多工位快速包装,如将纸箱装填完货物后的折边、压边、封合等。重物的搬运捆扎:靠人搬运难以实现的重型产品的包装、搬运和捆扎。易脆物品的包装:一次性将成组的瓶装产品进行装箱。有害液体的包装化学和农药等对人体有害液体的灌装。识别和检测:对一些包装产品和包装货物在不同条件下,不同部位的自动识别和多种信息检测,同时还具有分级和分类的功能。

目前包装这一工序的机器人主要有以下几种。装袋机器人:装袋机器人是机座固定回转式,机身可360度旋转,由机械手完成包装袋的输送、开袋、计量、充填、缝袋和给出堆码。这是一种智能化较高的包装机器人。装箱机器人:类似装袋机器人,一般金属和玻璃包装容器的装箱用刚性包装箱机器人完成。对装箱包装(物品)的抓取有机械式和气吸式两种。它可整体移动。对包装件进行抓取或吸附,然后送人指定位置上的包装箱或托盘中。它具有方向性和位置自动调节的功能,可实现无箱(托盘)不卸货和方向调节。这类机器人是一种较为成熟的机器人,应用很广。如饮料、啤酒,化妆品,香烟等。灌装机器人:这是一种将包装容器充满液体物料后,进行计量、输盖、压盖(旋盖)和识别的机器人。它具有无瓶不输料、不盖不输瓶、破瓶报警和自动剔除等功能。在过去我们很多液体物料的灌装主要是用这种机器人的局部功能一一机械手装于生产线上,而今,已是将这种机器人直接配置在物料生产主机的后部,实现其自动灌装。灌装机器人有软包装和硬包装之分。这里分析的是硬包装(装瓶)灌装机器人。包装输送机器人: 这种机器人在包装工业中主要指塑料瓶包装输送用的机器人,是利用动力和特殊的构件实现瓶体(空瓶)的输送,将瓶桶中的包装瓶单件快速输出排列,然后给予一个特定(方向、大小)的力。使瓶体准确地在空中经过抛物线路线到达充填工件。这种机器人改变了传统的输瓶机构。使得输送速度加快,输送空间减小。是一种全新概念的包装机器人。它借助于空气动力学和特殊机械构件而实现其输送作业的。

码垛

随着技术的进步和市场的需要,近年来,机器人码垛取代传统机械码垛已是发展趋势。并且由于国内企业的努力,国外码垛机器人在我国市场一统天下的局面已经打破。码垛机器人主要用于石油化工、饲料化肥、医药、建材(水泥)等行业,可以 减轻工人劳动强度, 特别是用于高危企业,确保安全生产。

机器人码垛机是一种仿真人操作、自动操作、重复编程、在三维空间完成规定作业的设备,包括抓起和放置系统,能从一个或多个地点抓起一个或多个面袋,然后将它们放置到预先设置好的货盘上。码垛机器人具有很强的操作灵活性,一般位于生产线的后端,用来处理生产线上的物料,替代人工搬运码垛,不仅大大提高生产效率和产量,同时也节省了费用。

码垛作为包装的重要环节之一,传统的码垛设备已经很难满足各种复杂包装的发展需求,以传统码垛设备为例,机械式码垛机,具有占地面积大、程序更改复杂、耗电量大等缺点;采用人工搬运,劳动量大,工时多,无法保证码垛质量,影响产品顺利进入货仓,可能有百分之五十的产品由于码垛尺寸误差过大而无法进行正常存储,还需要重新整理。

码垛机器人主要有直角坐标式机器人、关节式机器人和极坐标式机器人,码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业。

目前欧、美、日的码垛机器人在码垛市场的占有率超过了90%,绝大数码垛作业由码垛机器人完成。 从效率上说,码垛机器人不仅能承担高负重,而且速度和质量远远高于人工。以发那科目前四轴搬运机器人为例,根据负重的不同,分为160Kg、300Kg、450Kg、700Kg等型号。其在直线运动时可达到2500mm/s的最大运动速度;搬运能力最高能达到1500次/小时。从精度上看,每一台码垛机器人都有独立的控制系统,极大地保证了作业精度,且重复精度可达±0.5mm,完全可以满足物流码垛作业的定位要求;从稳定性上讲,目前最先进的码垛机器人已经达到5轴和6轴,通过相应的科学、合理的刚性机械本体设计,使得机器人本体不仅适应高负重、高频率的码垛作业,还能适应食品快餐行业分拣繁琐,灵活性高的作业要求。

搬运

搬运就是将包装好的产品运输到制定位置,通常这个位置离包装地点有一定距离,因此移动搬运机器人成为运输的好帮手。

AGV机器人是一种柔性化和智能化物流搬运机器人,在国外从50年代在仓储业开始使用,目前已经在制造业、港口、码头等领域得到普遍应用,在国内逐渐也有部分企业重视并应用AGV来完成一些简单的搬运任务。

AGV机器人在我国汽车、烟草、印钞、新闻纸等行业已有大规模应用。其中,汽车制造业(主要是零部件制造)使用AGV机器人的占比最高,约占43%;其次是电力行业,应用占比13%;柴油发动机、烟草、乳品和饮料行业的应用分别占AGV总量的9%、6%和6%左右。

通常,搬运作为包装的最后一个环节,主要连接成品和出货的环节,因此,搬运机器人的具有灵活性的特点。对于包装完成后的产品,搬运机器人完成了最后一公里的工作。

目前,包装行业的机器人作业基本属于工作站的形式,从分拣到包装、码垛乃至搬运全部由机器人完成不仅考验着自动化生产线的技术布局,而且有较高成本压力,况且,部分产品的部分工序尚难以用机器人完成,因此如何发挥机器人的高效性是一个值得长期探讨的课题。

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