木加工工業(yè)的工業(yè)機器人

1、用于木加工工業(yè)的工業(yè)機器人1、 木加工工業(yè)機器人基本組成 木加工工業(yè)機器人由智能檢測重量系統(tǒng)、智能檢測異物系統(tǒng)、包裝袋上袋機械手、轉(zhuǎn)運機械手、機器人碼垛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。主要用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼等。包裝工業(yè)機器人還用于人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物制劑及對人體有害的化工原料。 1、系統(tǒng)簡介概述 器人碼垛工作站是一種集成化的系統(tǒng)，它包括工業(yè)機器人、控制器、編程器、機器人手爪、自動拆/疊盤機、托盤輸送及定位設(shè)備和碼垛模式軟件。它還配置自動稱重、貼標簽和檢測及通訊系統(tǒng)，并與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連接，以形成一個完整的集成化包裝生產(chǎn)線。生產(chǎn)線末端碼垛的

2、簡單工作站：這種柔性碼垛系統(tǒng)從輸送線上下料并將工件碼垛、加層墊等，緊跟著有一輸送線將碼好的托盤送走。碼垛/拆垛工作站：這種柔性碼垛系統(tǒng)可將三垛不同貨物碼成一垛，機器人還可抓取托盤和層墊，一垛碼滿后由輸送線自動輸出。生產(chǎn)線中碼垛：工件在輸送線定位點被抓取并放到兩個不同托盤上，層墊也被機器人抓取。托盤和滿垛通過線體自動輸出或輸入。生產(chǎn)線末端碼垛的復(fù)雜工作站：工件來自三條不同線體上，它們被抓取并放到三個不同托盤上，層墊也被機器人抓取。托盤和滿垛由線體上自動輸出或輸入。我國包裝機械起步較晚，直到上世紀 80 年代，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、市場的需求和政府的重 視，我國包裝機械得到迅猛發(fā)展，逐漸由一度依靠國外進

3、口成套設(shè)備走向自主研發(fā)的道路1。 近五年來，我國包裝工業(yè)的年生產(chǎn)總值每年平均以 20%的速度遞增，2008 年全國總產(chǎn)值已上 升為世界第二。特別是我國的瓦楞包裝發(fā)展迅速，在產(chǎn)量需求和技術(shù)水平上，均已基本達到了 國際先進水平。包裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為反映經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志，成為區(qū)域經(jīng)濟的一個重 要支柱產(chǎn)業(yè)2。 包裝是使產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域的必要步驟，包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械自動化的主要手 段。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，我國包裝機械已經(jīng)成為機械工業(yè)中重要的分支，各項數(shù)據(jù)都有力 地展示著該行業(yè)取得的顯著成績，并預(yù)示了廣闊的發(fā)展前景3, 4。在勞動成本上升，自動化設(shè) 備的售價卻在下降的今天，包裝機械顯然已

4、替代人工勞動，成為了包裝工業(yè)的主角，主要有以 下諸多優(yōu)勢： (1) 提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)意義上，包裝領(lǐng)域?qū)儆趧趧用芗托袠I(yè)，需要大量的勞動力，而 用包裝機械代替勞動力，提高了包裝速度，如手工糖果包裝每分鐘只能包幾十塊，而糖果包裝機能達到每分鐘數(shù)百塊甚至上千塊，效率提高數(shù)十倍。另外，包裝機械可靠性高，能減少人為可能導(dǎo)致的出錯率，減少停產(chǎn)時間，減少浪費。(2)降低成本。包裝過程往往是流水線工作，一臺相對高價包裝機器人的引入可以替代流 水線上所有員工的工作，從長遠來講，降低了勞動力成本。對于一個公司來講，爭取廉價的勞動力不是增強競爭力和可持續(xù)的發(fā)展途徑，自動化技術(shù)的引入才是長久之計。(3)降低勞動強度

5、，改善勞動條件，避免人身危害。對于繁重、大體積的包裝物，包裝機 械能減輕工人的勞動強度；對于單調(diào)、重復(fù)性高的工種，包裝機械改善工人的勞動條件；對于 粉塵、有毒或者放射性物質(zhì)的包裝，包裝機械避免了由于人工操作可能產(chǎn)生的危害。(4)滿足包裝規(guī)格化、標準化的要求。包裝機械可根據(jù)包裝需求完成包裝物形態(tài)和大小的 一致性，而手工包裝是遠遠不能保證的，這對商品出口尤為重要。(5)保證產(chǎn)品衛(wèi)生。對于根據(jù)衛(wèi)生法不能直接接觸的食品、藥品等，機械包裝能保證產(chǎn)品 的質(zhì)量和衛(wèi)生。 (6) 減少儲藏空間、便于產(chǎn)品流通5。如棉、麻、煙葉等產(chǎn)品的包裝，采用壓縮包裝機壓 1全自動包裝機器人系統(tǒng)的研制 縮打包，不僅大大減小了儲存

6、空間，而且便于運輸。(7)新的包裝手段應(yīng)運而生。包裝機械能實現(xiàn)真空包裝、充氣包裝、干燥包裝和殺菌包裝等手工無法實現(xiàn)的包裝功能。另外，包裝機械是一門綜合性的學(xué)科，涉及材料、工藝、電子和自動控制等方方面面。它的高速發(fā)展，能促進相關(guān)學(xué)科以及相關(guān)前后工序的同步發(fā)展。早期的機器人造價昂貴，主要應(yīng)用于航空、軍工和汽車等高、精、尖的技術(shù)行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會需求的提高，從20世紀60年代起，機器人開始涉足重復(fù)性高或者危險性 大的工業(yè)領(lǐng)域，即工業(yè)機器人。80年代，隨著Unimation公司PUMA工業(yè)機器人的誕生，美 國興起了工業(yè)機器人熱。90年代，工業(yè)機器人的價格不斷下降，但在電子和機械性能方面卻日

7、益成熟和完善，表現(xiàn)為功能多樣化，出錯率更少，產(chǎn)品質(zhì)量更高。從此工業(yè)機器人被廣泛地 應(yīng)用于程序化、繁重或者對人體有害的工作中，如完成焊接、噴涂、碼垛、簡單裝配等工序，以及原子能工業(yè)部門的搬運和工藝操作等11。包裝機器人是工業(yè)機器人的一種，是應(yīng)用在包裝工業(yè)領(lǐng)域的自動執(zhí)行工作的機械設(shè)備。目前，包裝機器人多用于大物件的焊接和搬運中，碼垛、打捆、裝箱和拾放機器人相繼問世。機 器人越來越多地走入車間，替代枯燥繁重的勞動，被譽為包裝業(yè)的“寵兒”12-14。和普通的包裝 機械相比，全自動包裝機器人的主要特點有：(1)靈活性高，能實現(xiàn)產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)換 如今消費需求已向多規(guī)格、多樣化發(fā)展，而傳統(tǒng)的機械設(shè)備只能生產(chǎn)單

8、一尺寸或形狀的產(chǎn)品。而包裝機器人為了執(zhí)行不同的任務(wù)，可改變可編程，這使設(shè)備的靈活性大大提高，實現(xiàn)產(chǎn)品的迅速轉(zhuǎn)換。例如，同一臺設(shè)備，只需簡單地更換其終端取件方式和程序設(shè)置，就可以處理不同尺寸和形狀的產(chǎn)品。不僅如此，機器人的不同功能模塊還能靈活組合，配置出多種功能的機器人生產(chǎn)流水線15。正是包裝機器人高度的集成性和柔性16,的應(yīng)用和高度的寵愛。(2)生產(chǎn)精準度高，產(chǎn)品質(zhì)量有保障在包裝設(shè)備中添加的檢測裝置、傳感器裝置等，構(gòu)成系統(tǒng)的信息反饋回路，使得包裝機器人擁有更高的精準性。如具有視覺技術(shù)的包裝機器人可以測量物體位置是否準確，識別物體顏色或形狀是否正確，大大減少了高強度勞動力的使用，也減少了人為可能

9、造成的失誤，減少了產(chǎn)品次品率 2、技術(shù)指標 工件：箱體、板材、袋料、罐/紙類包裝 工件尺寸：可按用戶的工件大小設(shè)計 工件重量：可按用戶要求設(shè)計 工件移動范圍：可按用戶要求設(shè)計 機器人自由度數(shù)：6個 機器人重復(fù)精度：± 0.1mm 3、應(yīng)用領(lǐng)域 機器人自動裝箱、碼垛工作站可應(yīng)用于建材、家電、電子、化纖、汽車、食品等行業(yè)。 4、用戶效益分析 工作站在產(chǎn)品的裝箱、碼垛等工序?qū)崿F(xiàn)自動化作業(yè)，具有安全檢測、連鎖控制、故障自診斷、示教再現(xiàn)、順序控制、自動判斷等功能，為用戶實際應(yīng)用提供經(jīng)濟、適用的自動化解決方案。 5、供貨和服務(wù)方式 對機器人自動裝箱、碼垛工作站系統(tǒng)負全面的技術(shù)責(zé)任，完成裝箱碼垛要

10、求，同時負責(zé)設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和培訓(xùn)。2、 木加工工業(yè)機器人的功能 木加工工業(yè)機器人主要用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼。目前，我國已經(jīng)成為包裝行業(yè)第二大國，但是距離強國還有很長的一段距離。這主要是因為包裝技術(shù)以及設(shè)備上的不夠先進造成的?，F(xiàn)在人們的生活水平不斷提高，對產(chǎn)品包裝越來越重視。包裝自動化是當前工業(yè)制造業(yè)行業(yè)發(fā)展的主流，在整體自動化實現(xiàn)的過程中，除自動化控制系統(tǒng)將會迎來發(fā)展機遇外，生產(chǎn)線的主要執(zhí)行者，即包裝機器人也將迎來騰飛的機遇。包裝工業(yè)機器人主要用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼等。包裝工業(yè)機器人還用于人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物

11、制劑及對人體有害的化工原料。隨著機器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，使得包裝工程領(lǐng)域中應(yīng)用機器人的范圍越來越廣。包裝機器人在食品包裝機械中應(yīng)用的必要性。包裝機器人在食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而且也很有必要。首先，我國包裝機械要滿足食品快速發(fā)展的需求，并積極參與國際競爭，就必須打破“小而散”的行業(yè)態(tài)勢，在“高精尖”的方向上不斷前進。業(yè)內(nèi)人士認為，未來包裝業(yè)將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，在技術(shù)發(fā)展上朝著機械功能多元化，結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化、模組化，控制智能化，結(jié)構(gòu)高精度化等幾個方向發(fā)展。其次，食品產(chǎn)品已趨向精致化和多元化方向發(fā)展，單品種大批量的產(chǎn)品越來越少，而多品種小批量的產(chǎn)品日益成為主流。在大環(huán)境的變化趨勢下，多元化、具

12、有多種切換功能，能適應(yīng)多種包材和模具更換的包裝機才能夠適應(yīng)市場的需求。同時，國內(nèi)食品生產(chǎn)廠的大部分包裝工作，特別是較復(fù)雜的包裝物品的排列、裝配等工作基本上是人工操作，難以保證包裝的統(tǒng)一和穩(wěn)定，可能造成對被包裝產(chǎn)品的污染。有些食品生產(chǎn)廠即使使用包裝機械，也只是應(yīng)用在整個包裝鏈的某個環(huán)節(jié)上，例如前段包裝采用機械包裝，而后段包裝則采用人工。因此，提高整個包裝鏈的自動化水平和質(zhì)量水平，是現(xiàn)代化食品生產(chǎn)企業(yè)推行GMP規(guī)范非常重要的一環(huán)。食品行業(yè)的快速發(fā)展離不開包裝行業(yè)的助力。食品安全問題頻發(fā)，消費者對食品包裝提出了更高的要求。而包裝機器人在食品包裝中的應(yīng)用，避免了食品的二次污染，提升了生產(chǎn)效率的同時降低

13、了企業(yè)成本，符合包裝行業(yè)自動化趨勢的需求，同時也推動了包裝行業(yè)自動化水平的進一步提高。包裝工業(yè)機器人主要用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼，目前，我國已經(jīng)成為包裝行業(yè)第二大國，但是距離強國還有很長的一段距離。這主要是因為包裝技術(shù)以及設(shè)備上的不夠先進造成的?，F(xiàn)在人們的生活水平不斷提高，對產(chǎn)品包裝越來越重視。包裝自動化是當前工業(yè)制造業(yè)行業(yè)發(fā)展的主流，在整體自動化實現(xiàn)的過程中，除自動化控制系統(tǒng)將會迎來發(fā)展機遇外，生產(chǎn)線的主要執(zhí)行者，即包裝機器人也將迎來騰飛的機遇。包裝工業(yè)機器人主要用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼等。包裝工業(yè)機器人還用于人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物

14、制品和微生物制劑及對人體有害的化工原料。隨著機器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，使得包裝工程領(lǐng)域中應(yīng)用機器人的范圍越來越廣。3、 現(xiàn)在市面上的機器人 裝袋機器人是機座固定回轉(zhuǎn)式，機身可360度旋轉(zhuǎn)，由機械手完成包裝袋的輸送、開袋、計量、充填、縫袋和給出堆碼。這是一種智能化較高的包裝機器人。裝箱機器人類似裝袋機器人，一般金屬和玻璃包裝容器的裝箱用剛性包裝箱機器人完成。對裝箱包裝的抓取有機械式和氣吸式兩種。它可整體移動。對包裝件進行抓取或吸附，然后送人指定位置上的包裝箱或托盤中。它具有方向性和位置自動調(diào)節(jié)的功能，可實現(xiàn)無箱不卸貨和方向調(diào)節(jié)。這類機器人是一種較為成熟的機器人，應(yīng)用很廣。如飲料、啤酒，化妝

15、品，香煙等。堆碼機器人是一種功率較大的機器人。要求穩(wěn)定性和平衡性較高。其抓取機構(gòu)中具有自鎖功能，以確保從幾十公斤到幾噸的貨物的抓取牢固可靠，它還具有時間、位置和力的參數(shù)控制系統(tǒng)，通過設(shè)定的控制程序?qū)崿F(xiàn)。灌裝機器人是一種將包裝容器充滿液體物料后，進行計量、輸蓋、壓蓋和識別的機器人。它具有無瓶不輸料、不蓋不輸瓶、破瓶報警和自動剔除等功能。在過去我們很多液體物料的灌裝主要是用這種機器人的局部功能一一機械手裝于生產(chǎn)線上，而今，已是將這種機器人直接配置在物料生產(chǎn)主機的后部，實現(xiàn)其自動灌裝。灌裝機器人有軟包裝和硬包裝之分。這里分析的是硬包裝灌裝機器人。包裝輸送機器人在包裝工業(yè)中主要指塑料瓶包裝輸送用的機器

16、人，是利用動力和特殊的構(gòu)件實現(xiàn)瓶體的輸送，將瓶桶中的包裝瓶單件快速輸出排列，然后給予一個特定的力。使瓶體準確地在空中經(jīng)過拋物線路線到達充填工件。這種機器人改變了傳統(tǒng)的輸瓶機構(gòu)。使得輸送速度加快，輸送空間減小。是一種全新概念的包裝機器人。它借助于空氣動力學(xué)和特殊機械構(gòu)件而實現(xiàn)其輸送作業(yè)的。如今，包裝機械日趨自動化，而機器人作為自動化技術(shù)最具競爭力的技術(shù)，適合重復(fù)性、快速性、準確性、危險性的工作。另外，生產(chǎn)廠商都希望尋求更低的生產(chǎn)成本。機器人自然而然地擔(dān)任起這個重要角色，因為機器人不僅能導(dǎo)致成本更低，而且也能帶來更高的靈活性。隨著包裝機器人被越來越多的企業(yè)所知悉，將會有更多人因為其靈活和可靠的優(yōu)點

17、而選擇使用它，機器人將替代許多傳統(tǒng)的設(shè)備，成為包裝領(lǐng)域的重要助手。4、 木加工工業(yè)機器人的本體機構(gòu) 機構(gòu)本體設(shè)計是指各零部件尺寸和零部件之間配合問題的設(shè)計，以及各元器件（傳感器、氣缸、電機、吸盤等等）的選用和設(shè)計。原則上，各機械手的軌跡范圍不應(yīng)該相互重疊，如因機構(gòu)設(shè)計需求實在無法避免，則應(yīng)保證任意兩個機械手不會在同一時間到達同一區(qū)域。由于整個系統(tǒng)零部件繁多，體系比較龐大，為便于表述和理解，筆者將以子系統(tǒng)為單位進行設(shè)計和描述。根據(jù)上述的初步設(shè)計方案和需達到的功能要求，將整個系統(tǒng)細分為供袋子系統(tǒng)、上吸袋子系統(tǒng)、下吸袋子系統(tǒng)、撐袋子系統(tǒng)、下料壓袋子系統(tǒng)和傳輸封口子系統(tǒng)這六個子系統(tǒng)。 1、供袋子系統(tǒng)

18、供袋子系統(tǒng)主要實現(xiàn)供袋功能：給上吸袋子系統(tǒng)提供口袋；能自動檢測無袋信息，并自動將備用袋料跺送到工作工位，保證供袋的連續(xù)性。據(jù)此，本設(shè)計主要有以下三個方面：(1)料位的設(shè)計根據(jù)設(shè)計需求，主要是考慮到工作的連續(xù)性，需要設(shè)計兩個或以上的供袋料位。綜合考慮安全性、占地面積等因素，本系統(tǒng)采用直線式兩料位的供袋方式。根據(jù)技術(shù)性能指標，設(shè)計料位尺寸為：1000mm×650mm，兩個料位尺寸一致。(2)無袋信息的檢測根據(jù)本系統(tǒng)自動檢測無袋信息的功能，需要設(shè)置光學(xué)傳感器來檢測口袋的有無情況。設(shè)計在兩個供袋料板上各開兩個孔，將光學(xué)傳感器（共4個）安裝在其下面，傳感器探頭對準開孔，并與各自的料位框固定安裝

19、，這樣既不影響袋料的安放和取用，也合理地利用了空間。(3)料位的準確停位本設(shè)計中兩料位往復(fù)直線移動，以交替供袋。為了判斷料位所處的位置狀態(tài)，也為了保證料位停止的準確性和工作的安全性，對料位需要有限位功能。設(shè)計在料位移動導(dǎo)軌的兩側(cè)設(shè)置限位開關(guān)，讓各料位在所需的位置準確定位。根據(jù)上面的設(shè)計方案，供袋子系統(tǒng)的三維模型如圖2.5所示。該子系統(tǒng)主要由一個減速電機、一對導(dǎo)軌和兩個料位框組成。減速電機帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，兩個料位和皮帶聯(lián)接，料位1和料位2隨著電機正反轉(zhuǎn)同時左右移動，保證處于料位2的工作位連續(xù)供袋。 2、上吸袋子系統(tǒng) 上吸袋子系統(tǒng)主要實現(xiàn)吸袋功能：從供袋子系統(tǒng)的袋料跺上吸取口袋，提起后旋轉(zhuǎn)到與下吸

20、袋子系統(tǒng)的吸盤配合的位置（也是和撐袋子系統(tǒng)的撐袋板銜接的位置），和下吸袋子系統(tǒng)配合將口袋交給撐袋子系統(tǒng)，最后回到初始位置開始下一個周期的工作。據(jù)此，本設(shè)計主要有以 下三個方面：(1)吸盤的設(shè)計考慮到吸盤吸住口袋后要甩動，需要足夠的吸力保證口袋不掉落，還考慮到與下吸袋吸盤更好的配合，設(shè)計主吸盤、輔助吸盤各一套，每套兩個共四個吸盤形成一個梯形面，如圖2.6所示。其中輔助吸盤先接觸袋料跺，主吸盤隨后接觸，以確保四個吸盤都與口袋良好接觸。(2)吸袋位置的鎖定信號當吸盤都接觸到口袋后，上吸袋氣缸應(yīng)該停止運動，暫時鎖住在這一位置，等待吸盤抽真空。本設(shè)計在主吸盤橫桿上安裝限位開關(guān)（如圖2.6），在吸盤都接觸

21、到口袋后，限位開關(guān)也接觸口袋，發(fā)送信號給PLC，控制上吸袋氣缸停止運動。(3)氣缸的設(shè)計根據(jù)上吸袋子系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，設(shè)計兩個氣缸分別完成口袋的上下運動和旋轉(zhuǎn)運動。據(jù)此，設(shè)計一個上吸袋氣缸，負責(zé)口袋的提放；設(shè)計一個上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸，負責(zé)上吸袋氣缸的旋轉(zhuǎn)。上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸通過轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)軸等零件，實現(xiàn)上吸袋氣缸的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)上面的設(shè)計方案，該子系統(tǒng)主要由一對主吸盤、一對輔助吸盤、一個上吸袋氣缸、一個上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸和一個上吸袋轉(zhuǎn)軸組成。 3、下吸袋子系統(tǒng) 下吸袋子系統(tǒng)主要實現(xiàn)吸袋功能。與上吸袋子系統(tǒng)配合完成口袋的開袋動作，并交由撐袋子系統(tǒng)進行下面的工作。據(jù)此，本設(shè)計主要有以下兩個方面：(1)吸盤位置的設(shè)計開

22、袋動作通過上、下真空吸盤對吸得以實現(xiàn)，設(shè)計下吸袋吸盤和上吸袋吸盤在與水平線成45°角的位置對吸（如圖2.7），并將它們錯開大約三分之一盤面的距離，以保證袋口對吸的順利。上吸袋氣缸收縮上吸袋吸盤。 4、撐袋子系統(tǒng) 撐袋子系統(tǒng)主要實現(xiàn)撐袋和上袋功能。撐開吸盤吸開的袋口，接過口袋送到下料口下等待下料，下料完畢后撐袋臂脫離口袋，返回初始位置開始下一周期的工作。據(jù)此，本設(shè)計主要有以下四個方面：(1)撐袋臂的設(shè)計撐袋臂長度及運動角度的設(shè)計充分考慮了下料口高度、上吸袋氣缸的行程、袋料跺的高度、旋轉(zhuǎn)電機的安裝等多重尺寸鏈因素，并且考慮了上吸袋氣缸運動的時間和撐桿運動的時間 的協(xié)調(diào)性。最終，通過計算選

23、擇合適的撐袋臂尺寸。撐袋臂與轉(zhuǎn)軸之間的連接通過內(nèi)嵌鋼環(huán)的銷釘實現(xiàn)，鋼環(huán)既可確保連接的緊湊結(jié)構(gòu)，又可確保銷釘旋轉(zhuǎn)運動的無卡阻。(2)撐袋同步的設(shè)計為了使一對撐袋臂同步對稱地工作，設(shè)計在撐袋臂上連一根同步拉桿（如圖2.8所示），這樣就能保證兩個撐袋臂各自繞著O1和O2旋轉(zhuǎn)相同的角度。 5、同步拉桿 馬頭桿的設(shè)計馬頭桿是連接撐袋轉(zhuǎn)軸和撐袋轉(zhuǎn)軸氣缸的零件，實現(xiàn)撐袋臂旋轉(zhuǎn)的上袋功能。由于本子系統(tǒng)中撐袋臂需要轉(zhuǎn)過的角度較大（大于90°），所以設(shè)計如上吸袋子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)臂是不夠的，由此設(shè)計如圖2.9所示的馬頭桿。本設(shè)計充分考慮到轉(zhuǎn)軸氣缸擺動最小原則進行設(shè)計，這也確保整個旋轉(zhuǎn)運動過程氣缸做功效率最高，

24、運行時間最短。真空吸盤是用真空產(chǎn)生的負壓吸緊工件的執(zhí)行器件，它能吸運玻璃、鋼板、塑料、木材等 材質(zhì)的工件，且因為具有清潔、平穩(wěn)、可靠、方便、效率高以及對工件表面無損害等優(yōu)點，在 各個領(lǐng)域的物品取放工序上得到廣泛的應(yīng)用。真空吸盤的工作原理：帶密封唇邊的吸盤與被吸 附物件解除，形成一個密閉空間，借助特定結(jié)構(gòu)或真空泵抽走或稀釋密閉空間里的空氣，于是 內(nèi)外壓差使得吸盤牢牢吸住工件。當完成吸附任務(wù)后，將密閉容器和大氣聯(lián)通，則吸盤就會釋 放工件30, 31。隨著氣動技術(shù)的不斷提高和完善，真空吸盤已經(jīng)演變?yōu)檎婵諜C械手了，它是機-氣一體化應(yīng)用的典范，在各個方面發(fā)揮著自己的優(yōu)越性：可以輸送不易手工握持的工件、容

25、易變形的工件；可以對磨削、拋光、噴漆等過程中的工件給以夾持；可以通過改變吸盤的配置系統(tǒng)和吸盤的形狀、材質(zhì)，來實現(xiàn)對不同重量、不同材料、不同質(zhì)量表面的工件的拾取和移動?，F(xiàn)今，真空吸盤種類繁多，樣式多樣。J.Schmalz公司擁有50余種不同系列的真空吸盤和 真空吸板，它們可以根據(jù)需要組合出4000多種的真空機械手，其直徑范圍可達1-630mm。 6、系統(tǒng)氣路設(shè)計 氣動控制部分主要包括氣源氣路設(shè)計、各氣缸回路設(shè)計和真空吸盤氣路設(shè)計。其中，氣源氣路是整個系統(tǒng)氣路的主氣路，每個子系統(tǒng)的氣缸回路和真空吸盤氣路為支路。由機構(gòu)本體設(shè) 計可知，部分執(zhí)行部件的動作有關(guān)聯(lián)性，因此在需要輸出信號的氣缸尾端或頭部設(shè)有

26、電磁開關(guān)，在真空回路中接連了真空度傳感器，以控制相關(guān)聯(lián)執(zhí)行部件的運動。在氣源氣路設(shè)計中，空壓機和儲氣罐都要根據(jù)其支路所用耗氣設(shè)備（氣缸）的平均耗氣量和最大耗氣量來選型，所以應(yīng)先對氣缸回路進行設(shè)計，包括各個氣缸的選型，然后再配備合適 的氣源主氣路，以保證各支路的正常工作。7、 氣缸氣路 (1)氣缸選型和耗氣量的計算氣缸的選擇，首先根據(jù)操作形式和應(yīng)用場合選擇氣缸類型，其次根據(jù)負載選擇活塞直徑，以及氣缸行程、連接執(zhí)行部件的接頭尺寸、安裝方式、有無緩沖方式、有無磁性開關(guān)和防墜機構(gòu)等27-29。下面進行耗氣量計算以備后用。氣缸最大耗氣量qr計算公式：qr=0.0462D2um(p+0.102)其中，D為

27、氣缸缸徑，cm；um為氣缸最大速度，mm/s； p 為使用壓力，MPa。故（2-3）qr=0.0462×52×800×(0.7 + 0.102) = 741.05 L/min氣缸平均耗氣量q計算公式：（2-4）q = 0.00157 ND 2 s ( p + 0.1) / 0.1其中，N為氣缸每分鐘的往復(fù)次數(shù)； s 為氣缸行程，cm。故（2-5）q = 0.00157 × 20 × 52 × 45 × (0.7 + 0.1) / 0.1 = 282.6 L/min空氣壓縮機的選型空氣壓縮機分為活塞式、滑片式、螺桿式?；钊娇?/p>

28、壓機設(shè)置場所受限制，需要防振、防 噪聲，要求空氣清潔度高的場合，還需對壓縮空氣作特別處理，總體而言，比螺桿式費用有可 能高。本設(shè)計考慮選用螺桿式空壓機?？諌簷C的選型參數(shù)計算如下：空壓機輸出壓力 pc 設(shè) ?p 為氣動系統(tǒng)的總壓力損失，則有空壓機輸出壓力公式： p = p + ?pc（2-7）式中，p為氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，MPa； ?p 一般取 0.150.2MPa，本設(shè)計取0.2MPa。本設(shè)計中使用壓力最高的氣動執(zhí)行元件是壓袋口氣缸，最 高 使 用 壓 力 0.8MPa。故pc = 1.0MPa 。空壓機進口流量 qc 本設(shè)計中設(shè)有一個氣罐，采用如下公式： 19全自動包裝機器人系統(tǒng)的研

29、制qc = kqb = kqsa式中， qb 為向氣動系統(tǒng)提供的流量，m3/min；qsa 為氣動系統(tǒng)的平均耗氣量，m3/min；k 為修正系數(shù)，一般 k1.52.0，本設(shè)計取 1.75。本設(shè)計中共使用了 12 個氣缸，由氣缸平均耗氣量計算公式可以計算出各個氣缸的耗氣 量。又根據(jù)技術(shù)指標，以每分鐘需要運作 20 個循環(huán)動作為例，求得每次耗氣量之和為：qsa = qi = 1.5084m3 /min。故qc = kqsa = 1.75 ×1.5084 = 2.64 m3 /min空壓機功率P假設(shè)p1吸入空氣的絕對壓力（本設(shè)計中，取 1atm，即 0.1MPa） pc 輸出空氣的絕對壓力

30、，則有空壓機功率：(n + 1) K p1qc pc (n+1) K P= ( ) ? 1 K ? 1 0.06 p1式中， P 為空壓機的功率，kW；K1K 為等熵指數(shù)，對空氣 K1.4；n 為中間冷卻器個數(shù)，本設(shè)計得n1。故P=(1 + 1)×1.40.1×2.64 1.0 (1+1)×1.4× × () ? 1 = 12 kw1.4?10.060.1表 2.1 螺桿式空壓機參數(shù)表 輸出壓力 排氣量實際功率1MPa 5.81m3/min12KW。根據(jù)以上分析，選擇LG-2.2/10型螺桿式空壓機，具體參數(shù)如表2.1所示。參數(shù)項參數(shù)值輸出氣體

31、溫度60-80 (2)儲氣罐的選型儲氣罐的作用除了上述的短時儲氣功能外，還有消除壓力脈動、依靠絕對膨脹及自然冷卻降溫，進一步分離掉壓縮空氣中的水分和油分等作用。當空壓機突然停止供氣（如停電），僅靠儲氣罐的壓縮空氣維持系統(tǒng)工作一定時間，則儲氣罐容積：V式中，V為氣罐容積，L；pa qmax t 60( p1 ? p2 )p1為突然停電時氣罐內(nèi)的壓力，0.9MPa；p2為氣動系統(tǒng)允許的最低工作壓力，本設(shè)計為0.6MPa；pa為大氣壓力，0.1MPa；qmax為氣動系統(tǒng)的最大耗氣量，L/min；t為停電后，維持氣動系統(tǒng)正常工作的時間，30s。本設(shè)計中共使用了12個氣缸，由氣缸最大耗氣量計算公式可以計

32、算出各個氣缸的最大耗 氣量。又根據(jù)技術(shù)指標，每分鐘需要運作20個循環(huán)動作，每次最大耗氣量之和算得為：qmax=qr=3683.39 L/min (3)供袋子系統(tǒng)流程圖 上吸袋子系統(tǒng)主要元器件有：一個上吸袋限位開關(guān)、兩對上吸袋真空吸盤（一對主吸盤，一對輔助吸盤）、一個上吸袋氣缸（尾部帶電磁開關(guān)）、一個上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸（尾部帶電磁開關(guān)）。初始狀態(tài)描述：上吸袋真空閥關(guān)閉、上吸袋氣缸收到底、上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸收到底。表4.5上吸袋子系統(tǒng)控制信號表輸入信號 輸出信號 上吸袋限位開關(guān)（ST吸袋）上吸袋氣缸伸出閥控信號（KF1）上吸袋真空壓力開關(guān)（SP1）上吸袋氣缸尾部電磁開關(guān)（KP1）上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸尾部電磁開關(guān)

33、（KP2）上吸袋氣缸收縮閥控信號（KF2）上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸伸出閥控信號（KF3）上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸收縮閥控信號（KF4）上吸袋抽真空閥控信號（KF5）上吸袋真空破壞閥控信號（KF6）上吸袋子系統(tǒng)吸袋失敗報警（AL2）34南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文定時器：上吸袋抽真空定時器Tzk1（用于抽真空失敗異常處理）。工作過程描述上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸尾部電磁開關(guān)KP2發(fā)送信號，經(jīng)PLC控制上吸袋氣缸伸出（KF1），直到輔助吸盤和主吸盤先后碰到袋料跺。當主吸盤內(nèi)側(cè)的限位開關(guān)碰觸到袋料跺時，上吸袋限位開關(guān)ST吸袋發(fā)送信號經(jīng)PLC控制上吸袋氣缸的節(jié)流閥閉合，確保氣缸短暫停留在某個行程位置，并由PLC控制真空泵氣路進行上吸

34、袋吸盤抽真空KF5。真空切換閥打開的同時，觸發(fā)上吸袋抽真空定時器Tzk1，如果定時器Tzk1到時，真空度還沒有達到所需，則觸發(fā)上吸袋子系統(tǒng)吸袋失敗報警（AL2）。若在定時器Tzk1到時前，真空度已經(jīng)達到所需，則上吸袋真空壓力開關(guān)SP1發(fā)送信號經(jīng)PLC控制上吸袋氣缸換向閥進行換向，同時節(jié)流閥開通，上吸袋氣缸收縮到最底部，由KP1發(fā)送信號經(jīng)PLC控制上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸伸出（KF3）至最大行程，同 時觸發(fā)下吸袋氣缸伸出定時器Txxd。其中，上吸袋氣缸真空吸盤釋放真空信號（KF6）由撐袋轉(zhuǎn)軸氣缸40行程的頭部電磁開關(guān)KP9觸發(fā)。真空釋放后，上、下吸袋吸盤的真空壓力開關(guān)SP1、SP2發(fā)送信號經(jīng)PLC控制上吸

35、袋轉(zhuǎn)軸氣缸收縮（ KF4 ），將上吸袋氣缸回轉(zhuǎn)到初始位置，等待新一輪的吸袋運動。上吸袋子系統(tǒng)設(shè)計流程如圖4.2所示。初始狀態(tài)上吸袋氣缸伸出KF1SSSSNT吸袋是否打開Y的定時器Tzk1打開NTzk1到時？YAL2報警NKP1是否能夠打開YN上吸袋真空切換閥打開KF5SP1是否打開Y上吸袋氣缸收縮KF2YKP2是否打開N上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸收縮KF4上吸袋真空破壞閥打開KF6上吸袋真空切換閥關(guān)閉撐袋轉(zhuǎn)軸氣缸40行程的KP9打開定時器Txxd打開上吸袋轉(zhuǎn)軸氣缸伸出KF3下吸袋子系統(tǒng)主要元器件有：一個下吸袋氣缸（頭部和尾部都帶電磁開關(guān)）、一對下吸袋真空吸盤。初始狀態(tài)描述：下吸袋氣缸收縮到底、下吸袋真空閥

36、關(guān)閉。表4.6下吸袋子系統(tǒng)控制信號表輸入信號輸出信號 下吸袋氣缸頭部電磁開關(guān)（KP3）下吸袋氣缸伸出閥控信號（KF7）下吸袋氣缸尾部電磁開關(guān)（KP4）下吸袋真空壓力開關(guān)（SP2）下吸袋氣缸收縮閥控信號（KF8）下吸袋抽真空閥控信號（KF9）下吸袋真空破壞閥控信號（KF10）下吸袋子系統(tǒng)吸袋失敗報警（AL3）定時器：下吸袋抽真空定時器（Tzk2）用于抽真空失敗異常處理）；下吸袋氣缸伸出定時器（Txxd）。工作過程描述下吸袋氣缸伸出定時器Txxd由上吸袋氣缸尾部電磁開關(guān)KP1的觸發(fā)，Txxd到時，驅(qū)動下吸袋 氣缸伸出（KF7）至最大行程（調(diào)整Txxd時延，使得上吸袋吸盤到達預(yù)定對吸位置的時候，下吸

37、袋吸盤也正好能達到預(yù)定對吸位置，從而保證上、下吸盤對位時間最短），下吸袋氣缸頭部電磁開關(guān)KP3發(fā)送信號經(jīng)PLC的控制下吸袋吸盤抽真空（KF9）。真空切換閥打開的同時，觸發(fā)下吸袋抽真空定時器Tzk2，如果定時器Tzk2到時，真空度還沒有達到所需，則觸發(fā)下吸袋子系統(tǒng)吸袋失敗報警（AL3）。若在定時器Tzk2到時前，真空度已經(jīng)達到所需，則下吸袋真空度壓力開關(guān)SP2發(fā)送信號PLC控制下吸袋氣缸收縮（KF8）到底，從而拉開袋口。下吸袋氣缸尾部電磁開關(guān)KP4發(fā)送信號經(jīng)PLC控制撐袋轉(zhuǎn)軸氣缸的40行程氣缸伸出（KF14），將撐袋臂伸入袋口撐袋。其中，下吸袋氣缸真空吸盤釋放真空信號（KF10）由撐袋轉(zhuǎn)軸氣缸4

38、0行程的頭部電磁開關(guān)KP9觸發(fā)。真空釋放后，下吸袋氣缸保持原位不動，等待新一輪的吸袋運動。包裝機械，特別是包裝機器人在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用已越來越廣，但是國內(nèi)技術(shù)相對落后，成套的大袋包裝設(shè)備缺乏，大都依賴進口，這嚴重制約著我國包裝工業(yè)持續(xù)穩(wěn)健的發(fā)展。本文研制了集供袋、取袋、上袋、稱量、灌裝、封口等功能于一體的的全自動包裝機器人，能完成50kg級的大袋包裝，實現(xiàn)了給袋、稱量、充填、封口等包裝過程的自動化。對于打破國外壟斷地位，打破國內(nèi)無自主知識產(chǎn)權(quán)的僵局，具有重要意義。 主要工作概括如下：(1)對包裝機器人系統(tǒng)進行了機構(gòu)設(shè)計、氣路設(shè)計和 PLC 控制設(shè)計。其中，在機構(gòu)設(shè)計上，本課題采用上、下吸盤在與

39、水平面 45° 的方向進行對吸能節(jié)約系統(tǒng)的零部件，能減少包裝 工序，以達到簡化機構(gòu)和縮短系統(tǒng)運作周期的目的。氣路設(shè)計包括主要元器件的選型、各氣路 的設(shè)計等。PLC 控制中，對各個子系統(tǒng)進行分析，包括工作異常處理即故障診斷。這三大部 分囊括了整個系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了硬、軟件的結(jié)合。(2)通過對真空系統(tǒng)基本公式以及真空管路的分析，找出影響真空系統(tǒng)動作時間的參數(shù)。通過調(diào)整和改善這些影響因子，使得吸盤吸附和釋放口袋的時間盡可能短。這部分的研究對選 擇合適的真空系統(tǒng)元器件以達到高效穩(wěn)定的動作需求具有指導(dǎo)意義。(3)本文基于氣缸的運動特性，用時序的概念來優(yōu)化各氣缸動作的先后順序和時間節(jié)點

40、的設(shè)置。在保證各個執(zhí)行部件互不干涉的前提下，有效地將時間重疊，把串行時轉(zhuǎn)化成并行時 間，使得多氣缸協(xié)調(diào)動作且時間最短，大大縮短了整個系統(tǒng)的運動時間。 研究展望本文對全自動包裝機器人進行了研制，但由于時間和精力的限制，此項目仍舊需要很大的改進和完善：(1)目前，本系統(tǒng)完成了機械結(jié)構(gòu)的裝配，但是還沒有安裝氣動和電動設(shè)備，因此仍未進行調(diào)試。后續(xù)的調(diào)試工作中，特別要注意以下幾點：1.由于取袋是從袋料垛上吸取，存在口袋 之間粘連的問題。雖然本文中設(shè)計了吹袋嘴，但其角度需要進行測試和調(diào)整來選取最佳角度；2.對于由電磁開關(guān)來控制氣缸行程的氣缸，需要進行反復(fù)綜合的調(diào)試，以選擇好電磁開關(guān)的位置；3.對于撐袋過程

41、的調(diào)試，以動畫仿真為參考進行測試，包括測試撐袋臂的長短、撐袋板的 大小和形狀、撐袋臂擺動角度是否合適等等；4.在封口系統(tǒng)中，需要重點測試抱袋機構(gòu)配合封54南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 口壓袋機構(gòu)，能否保證封口整齊、平直。(2)在包裝系統(tǒng)本身完善的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合現(xiàn)今成熟的碼垛、裝箱等機械設(shè)備，添加相關(guān)的后續(xù)工序。這就要求本設(shè)計的包裝系統(tǒng)能和其它現(xiàn)有的功能模塊相銜接，因此在設(shè)計時應(yīng) 該考慮到這一點，為今后設(shè)備功能的拓展打好基礎(chǔ)。五、木加工工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 目前世界各國對包裝機械的發(fā)展十分重視，全球包裝機械在2005年生產(chǎn)總值達到290億美元，并以每年5.3%的速度增長6-8。生產(chǎn)效率化、資源

42、高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術(shù)實用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械的發(fā)展趨勢。總的來說，包裝機械的發(fā)展態(tài)勢可歸為以下三點：(1) 需求重點將向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，而制造市場仍在發(fā)達國家在未來幾年內(nèi)，包裝機械的市場需求將呈現(xiàn)良好的增長態(tài)勢，特別是充填封口設(shè)備的需求量增幅較大，預(yù)計在2012年將占到包裝設(shè)備市場的1/4，并且包裝設(shè)備的需求重點將向發(fā)展中國轉(zhuǎn)移。但是包裝設(shè)備的制造能力仍集中在發(fā)達國家，到2012年，西歐、美國和日本將繼續(xù)占據(jù)2/3的包裝機械制造市場9。(2) (2)對設(shè)備的自動化要求越來越高 隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，普通包裝機械的這些優(yōu)點已不能滿足包裝機械開發(fā)商的要求。激烈

43、的市場競爭，對機械設(shè)備的自動化程度要求越來越高。終端客戶多樣化個性化的需求，要求機械設(shè)備能夠更加靈活多變，高效率且靈活的包裝設(shè)備才能在現(xiàn)今的市場上立足。美國包裝機械制造協(xié)會查爾斯·尤斯卡會長撰文指出：消費者希望看到更多樣化的包裝式樣，而 開發(fā)商希望提高生產(chǎn)率的同時希望看到操作更簡便、穩(wěn)定性和精確度更高、適應(yīng)能力更強的包裝設(shè)備。隨著自動化技術(shù)的注入，使得設(shè)備生產(chǎn)效率提高10。同時得益于故障診斷技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，使得機械設(shè)備的出錯率大大減小。這樣，就減少了停工時間并降低了產(chǎn)品廢品率，給企業(yè)帶來顯見的效益。(3) (3)節(jié)能環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的要求才是長久之計在增加設(shè)備技術(shù)含量的同

44、時，要注意材料、能源等方面的節(jié)約，做到循環(huán)利用以及材料再生?？沙掷m(xù)的發(fā)展才符合我國國情和當前世界環(huán)境資源現(xiàn)狀的發(fā)展之路。為了適應(yīng)國際市場的需求和競爭，無論是國外包裝機械強國還是相對落后的發(fā)展中國家，都將向著技術(shù)型、多功能型以及可持續(xù)性的綠色包裝設(shè)備發(fā)展。包裝機械更新?lián)Q代快，要具有高度的擴展性和靈活性，向經(jīng)濟、高效和多功能發(fā)展。集機、電、氣、光、生、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，包裝機器人就是其中最為突出的新星。它較強的靈活性和適應(yīng)能力，解2南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文決了包裝開發(fā)商“一客戶，一次重新設(shè)計”的煩惱，而且提高了生產(chǎn)效率和可靠性，包裝機器人正悄然成為包裝業(yè)的新寵。包裝機器人早已走出

45、實驗室，越來越多地被應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)線上。價格是開發(fā)商考慮的首3全自動包裝機器人系統(tǒng)的研制 要因素，然后就是投資回報問題。據(jù)統(tǒng)計，隨著機器人售價的不斷下降，投資回報的比例也越來越令人滿意。(1)國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀我國工業(yè)機器人市場已經(jīng)成熟，應(yīng)用也已經(jīng)相當普遍，主要集中在焊接、裝配、碼垛等設(shè)備領(lǐng)域。但是在成套的包裝設(shè)備上還是主要依靠進口，尤其是成套的包裝機器人大都以高昂的價格引進，在國內(nèi)的研發(fā)只是簡單的模仿，自主知識產(chǎn)權(quán)和自主研發(fā)能力相對薄弱。目前，只有極少數(shù)的企業(yè)擁有自主研發(fā)的包裝機器人。哈爾濱博實自動化設(shè)備有限責(zé)任公司和哈工大機器人研究所基于產(chǎn)學(xué)研的合作模式，針對石化、化工行業(yè)勞動環(huán)境差、勞動強度

46、大等特點，開發(fā)了一套集稱重、取袋、裝料、封口、碼垛等于一體的全自動包裝機器人碼垛生產(chǎn)線。其中型號為ZBM-A1200的自動包裝機器人生產(chǎn)效率達1200袋/小時，稱重精度達±0.1%，且具有智能化的遠程故障診斷等特點，其在各項性能指標和可靠性上，已達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的水平。在該成果基礎(chǔ)上，博實公司后續(xù)自主研發(fā)了符合散裝物料包裝技術(shù)發(fā)展趨勢的、基于FFS的新稱重包裝機器人，加入伺服電機驅(qū)動后其生產(chǎn)效率達到1600袋/小時。2)國外的發(fā)展現(xiàn)狀國外從事包裝行業(yè)比較有實力的國家有美國、德國、日本和意大利19,20。美國的包裝機械技術(shù)含量高，可靠性強，在品種和產(chǎn)量方面均居世界之首。其中成型、

47、充填、封口三種包裝機械的更新速度快，開發(fā)出了各種各樣具有較高靈活性和較多功能性的成套機械設(shè)備。例如，有一種充填機，只需對其程序稍加修改調(diào)試，就可以完成對不同包裝材料和包裝物體形狀的充填；另一臺僅占地五平方米的單壓式模切機，可以完成紙板印刷、模切壓痕、燙金和紙盒折疊 等多道工序21；美國液體灌裝設(shè)備公司（EJF）研制的液體灌裝機，可以根據(jù)液體的黏度選擇重力灌裝、壓力灌裝或者正壓移動泵式灌裝來實現(xiàn)。德國的包裝設(shè)備在制造、計量方面具有突出表現(xiàn)。啤酒飲料灌裝速度達到12萬瓶/小時，香煙包裝達到12000支/分鐘，集制袋、稱重、充填、抽真空和封口等工序于一體的茶葉包裝機最高速可達350袋/分19。日本的

48、包裝機械大部分供應(yīng)于食品包裝，供應(yīng)市場主要是本國，出口額只占總產(chǎn)值的10%。日本依靠自身雄厚的研發(fā)力和獨特的技術(shù)，在世界的包裝領(lǐng)域穩(wěn)步上升。日本紐朗工業(yè)株式會社在包裝機、縫紉機、制袋機和印刷機等方面均有研究，其開發(fā)的3CM-P型全自動包裝機（如圖1.1所示），采用尺寸為380×700-540×900（寬×長，mm）的牛皮紙或編織袋，水平3單元自動給袋，有熱封機和縫紉機封口多種可選封口方式，裝袋重量為20-50kg，其最高速度達到1000袋/小時。據(jù)報道，包裝機器人成包裝行業(yè)“給力助手”，在國內(nèi)外包裝業(yè)競爭日趨激烈的今天，中國包裝業(yè)正朝著自動化的方向發(fā)展，面對嚴峻的

49、形勢，中國包裝業(yè)必須提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，走專業(yè)化發(fā)展的道路，靠技術(shù)進步來推動行業(yè)發(fā)展，面對未來的發(fā)展，自動化是中國包裝業(yè)的未來發(fā)展趨勢。工信部去年末發(fā)布工業(yè)和信息化部關(guān)于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見，讓我們堅定地看好機器人行業(yè)未來在我國的發(fā)展，發(fā)展前景值得期待。隨著食品加工工藝的日益提高，對包裝參數(shù)的要求不斷增多，機器人技術(shù)在食品包裝中的應(yīng)用得到大幅增長。食品包裝行業(yè)自動化水平不斷提高食品行業(yè)的快速發(fā)展離不開包裝行業(yè)的助力。食品安全問題頻發(fā)，消費者對食品包裝提出了更高的要求。而包裝機器人在食品包裝中的應(yīng)用，避免了食品的二次污染，提升了生產(chǎn)效率的同時降低了企業(yè)成本，符合包裝行業(yè)自動化趨勢的需

50、求，同時也推動了包裝行業(yè)自動化水平的進一步提高。包裝機器人成包裝行業(yè)“給力助手”包裝機器人應(yīng)用受寵包裝機器人用途主要是用于體積大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼等。包裝機器人還用于人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物制劑及對人體有害的化工原料。隨著機器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，使得包裝工程領(lǐng)域中應(yīng)用機器人的范圍越來越廣。 包裝機器人有廣泛市場 隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級不斷深入和國際制造業(yè)中心向中國的轉(zhuǎn)移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。眾多產(chǎn)品生產(chǎn)線中，包裝大多作為產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的最后一個步驟，但包裝是個非常單調(diào)的工作，伴著機器人相關(guān)技術(shù)的

51、發(fā)展，包裝機器人開始更多的出現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)之上，有廣泛的市場。目前，包裝機械是目前最被看好的機械領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，全國包裝專用設(shè)備累計產(chǎn)量為86926臺，比上年同期增長了14.47%?？梢姲b行業(yè)在迅猛發(fā)展，但是與發(fā)達國家相比，我國包裝機械行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)仍有很大的差距。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，我國包裝機械品種只有1300多種，例如枕式包裝機，茶葉包裝機，顆粒包裝機等型號，其配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足市場需求：產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短、可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量。在我國的包裝行業(yè)中，包裝材料本身的質(zhì)量、材料的

52、安全性、包裝的多樣化是人們首要關(guān)注的問題。包裝機械日趨自動化，而機器人作為自動化技術(shù)最具競爭力的技術(shù)，適合重復(fù)性、快速性、準確性、危險性的工作。另外，生產(chǎn)廠商都希望尋求更低的生產(chǎn)成本。機器人自然而然的擔(dān)任起這個重要角色，因為機器人不僅能導(dǎo)致成本更低，而且也能帶來更高的靈活性。包裝機器人被越來越多的企業(yè)所知悉，將會有更多人因為其靈活和可靠的優(yōu)點而選擇使用它，機器人將替代許多傳統(tǒng)的設(shè)備，成為包裝領(lǐng)域的重要助手。隨著機器人技術(shù)的不斷更新，人與新型機器人之間的交互式控制、機器人感應(yīng)系統(tǒng)以及機器人視覺系統(tǒng)的完善，將滿足用戶更高、更廣泛的市場需求，專用機器人的裝備數(shù)量將大幅上升。據(jù)專家測算，2010-20

53、13年將新安裝80000臺專用服務(wù)機器人，主要集中在救護和碼垛機器人、包裝機器人、物流系統(tǒng)、機器人裝箱機、醫(yī)療機器人和多功能移動機器人平臺等領(lǐng)域。當前，以包裝機器人為代表的高端智能裝備行業(yè)進入高速成長期。預(yù)計到2020年，國內(nèi)機器人市場將達到700億元。包裝工業(yè)機器人廣泛應(yīng)用中國包裝業(yè)進自動化階段，將到來，機器人(50.250, 0.35, 0.70%)自動化生產(chǎn)線的發(fā)展水平不斷提高，包裝工業(yè)機器人開始在中國包裝行業(yè)中得以大量應(yīng)用并以高速發(fā)展，這標志著中國包裝業(yè)已經(jīng)邁入自動化發(fā)展階段。統(tǒng)計資料顯示，在過去的5年里，機器人技術(shù)在中國包裝業(yè)中的應(yīng)用從9.5%增長到了17.4%，其中，碼垛、裝箱以及

54、拾取和放置領(lǐng)域中機器人技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。此外，隨著機器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，中國包裝業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用機器人的范圍越來越廣。機器人技術(shù)在中國包裝業(yè)中的應(yīng)用對于提高企業(yè)經(jīng)濟效益、降低企業(yè)生產(chǎn)成本意義重大。在包裝行業(yè)中，包裝工業(yè)機器人的主要用途是用于體積較大而笨重物件的搬運、裝卸和堆碼等，大大提高了工作效率。同時，包裝工業(yè)機器人還可用于人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物制劑及對人體有害的化工原料。中國包裝業(yè)行業(yè)專家劉建生認為，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，包裝已經(jīng)成為人們生活中必不可少的部分，同時，由于人們健康意識和安全意識的提高，消費者對中國包裝業(yè)提出了更高的要求，包裝工業(yè)機

55、器人在中國包裝業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在有助于企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的同時，更有著推動中國包裝業(yè)自動化發(fā)展?！鞍b機械日趨自動化，而機器人作為自動化技術(shù)最具競爭力的技術(shù)，適合重復(fù)性、快速性、準確性、危險性的工作。另外，生產(chǎn)廠商都希望尋求更低的生產(chǎn)成本。機器人自然而然地擔(dān)任起這個重要角色，因為機器人不僅能導(dǎo)致成本更低，而且也能帶來更高的靈活性。包裝機器人被越來越多的企業(yè)所知悉，將會有更多人因為其靈活和可靠的優(yōu)點而選擇使用它，機器人將替代許多傳統(tǒng)的設(shè)備，成為包裝領(lǐng)域的重要助手?！痹趪鴥?nèi)外包裝業(yè)競爭日趨激烈的今天，中國包裝業(yè)正朝著自動化的方向發(fā)展，面對嚴峻的形勢，中國包裝業(yè)必須提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，走

56、專業(yè)化發(fā)展的道路，靠技術(shù)進步來推動行業(yè)發(fā)展，面對未來的發(fā)展，自動化是中國包裝業(yè)的未來發(fā)展趨勢。裁MichaelSenske先生這樣說。該系統(tǒng)不必使用兩套獨立的控制器，他說，因此該系統(tǒng)的同步化較為容易，同時降低了操作成本和減少了維修工作量。而且它還可為工廠節(jié)省寶貴的空間?！拔艺J為這是一個自然的發(fā)展過程，它消除了專用機器人控制器與系統(tǒng)控制器之間的模糊界線，”Senske先生說，“很多客戶表示，這是他們想要一個發(fā)展方向，因為它可降低該系統(tǒng)業(yè)主的總體成本，而且更容易綜合利用。我認為在未來的數(shù)年中，將會看到更多的機器人制造企業(yè)沿著這條道路發(fā)展?！弊湓诩幽么蟀泊舐允amilton市的Edson包裝機械

57、公司，是一家后道包裝生產(chǎn)線的供貨商，他們認為不必大力推廣機器人系統(tǒng)。按照Edson公司運營經(jīng)理BobKrouse先生的說法，該公司將不會主動在其提供的自動化應(yīng)用方案中“強行供應(yīng)”機器人系統(tǒng)，因為這一方案擁有專門設(shè)計生產(chǎn)的自動化硬件設(shè)備，可能具有更好和更經(jīng)濟的服務(wù)效果。然而在去年，該公司推出了其VI型裝箱機，這一系統(tǒng)可適用于越來越多的產(chǎn)品品種多樣的應(yīng)用領(lǐng)域，其機器人的靈活性必定會受到人們的歡迎。VI型裝箱機采用了一套由AEMK系統(tǒng)公司提供的4軸Delta機器人系統(tǒng)，該公司坐落在加拿大安大略省沃特盧市，專門從事生產(chǎn)以視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的高速機器人系統(tǒng)。DeltaBot提供集成式視覺系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)來自

58、于美國明尼蘇達州伯恩斯維爾市的Beckhoff自動化系統(tǒng)公司。該控制器實際上是一臺CX1010型嵌式入個人電腦（PC），配有Beckhoff公司的TwinCAT軟件。它還采用高速EtherCat輸入/輸出（I/O）終端設(shè)備和Beckhoff公司的EtherCAT伺服驅(qū)動器。按照AEMK公司總裁AmirKhajepour先生的說法，選用Beckhoff公司的控制系統(tǒng)，是因為其具有足夠的開放特性，適合于AEMK公司編寫他們自己的動態(tài)程序，而且它還具有綜合控制其它諸如攝像機和傳送機等組件的能力和必要的靈活性。Beckhoff公司進一步擴大了這一系統(tǒng)的開放性能，在TwinCat平臺上增加了一套動態(tài)軟件

59、庫。將Delta動態(tài)軟件或SCARA軟件一類的機器人功能融入到TwinCat系統(tǒng)以后，大大方便了對集成控制應(yīng)用程序的創(chuàng)建。Khajepour先生認為，與多個控制器的結(jié)構(gòu)相比，采用這種單一的控制器可以節(jié)約大量的硬件和布線費用，并還可減少設(shè)備的占地面積。有趣的是，這一綜合性的相對開放的控制系統(tǒng)本身就與新型EdsonVI型裝箱機的羅克韋爾自動化控制系統(tǒng)配套連接。按照Edson公司BobKrouse先生的說法，這是一個不錯的選擇，因為其配有較新的控制平臺，羅克韋爾公司已經(jīng)向“開放源運動和機器人運動學(xué)方向發(fā)展，所以這就意味著允許其機器人程序基本上向所有的人們開放”。六、機器人在木加工工業(yè)中的應(yīng)用 機器人在木工業(yè)業(yè)中的應(yīng)用正在發(fā)生變化。讓我們先說說其發(fā)展現(xiàn)狀：很明顯，機器人的種類非常多。當前，包裝機械制造商正在尋求各種方法，以減少生產(chǎn)人員的編制和降低運行成本，同時設(shè)法處理好越來越多的產(chǎn)品種類變化問題，并通過采用機器人系統(tǒng)的方式，提高靈活的自動化生產(chǎn)水平。然而，包裝業(yè)機器人的發(fā)展也在以不太明顯的方式發(fā)生變化。美國沃爾密集市的自動化設(shè)備供應(yīng)商羅克韋爾自動化公司包裝業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Leo