機(jī)器人在袋裝產(chǎn)品的自動(dòng)裝框應(yīng)用

吳科龍　李雪鋒　譚澤華

摘要：真空包裝的鹵燒鴨、水果，PE保鮮袋包裝的水果、蔬菜等，因其外形多樣，無(wú)法用常規(guī)的吸盤、夾具進(jìn)行抓取。表面凹凸不平，甚至無(wú)法準(zhǔn)確定位，吸盤無(wú)法適應(yīng)。果、蔬、肉等產(chǎn)品由于表面松軟及外觀要求，普通的夾具會(huì)破壞產(chǎn)品的里部及外觀。該設(shè)計(jì)在運(yùn)輸過(guò)程中，將產(chǎn)品頂起，然后進(jìn)行抓取，解決了傳統(tǒng)抓手無(wú)法克服的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該方案解決了真空包裝、PE膜包裝無(wú)法自動(dòng)化包裝的難點(diǎn)，為客戶節(jié)省了7人，班，生產(chǎn)效率提高300%以上，改善了勞動(dòng)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;工業(yè)自動(dòng)化;袋裝產(chǎn)品裝框;軟袋裝框

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9492（2021）03—0171—03

0引言

聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包裝袋等塑料袋廣泛應(yīng)用在工業(yè)、食品自動(dòng)包裝行業(yè)，但由于聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包裝袋厚度薄、硬度不高，傳統(tǒng)的吸盤抓手無(wú)法抓取包裝產(chǎn)品的袋子。而機(jī)械式夾具由于靠夾緊力、摩擦力抓取產(chǎn)品，會(huì)破壞里面的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)采用頂升式將袋裝產(chǎn)品頂起，并用手指式夾爪將產(chǎn)品夾起。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但結(jié)構(gòu)和方法新穎，具備穩(wěn)定、可靠、實(shí)用的特點(diǎn)。采用夾爪加頂升機(jī)構(gòu)，可以完全避免吸盤式漏抓、抓取不牢的情況，保證了穩(wěn)定性、可靠性。同時(shí)提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化和包裝效率，減少勞動(dòng)人員，為企業(yè)增加效益。

1總體方案

系統(tǒng)布局如圖1所示，機(jī)器人自動(dòng)裝框系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人、手指式夾爪、產(chǎn)品輸送帶、圓型輸送皮帶、頂升機(jī)構(gòu)、輸框滾筒、光電傳感器組成。

1.1主要硬件組成

1.1.1工業(yè)機(jī)器人

本方案中采用啟帆工業(yè)機(jī)器人，型號(hào)為SRD20-1700機(jī)型。該機(jī)型有效負(fù)載20kg，行程1700 mm，6軸機(jī)器人，如圖2所示。選型中參考了生產(chǎn)速度、夾具自重和產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)線速度配合等因素。結(jié)合方案的空間距離、路徑、抓放節(jié)拍等綜合因素考慮，暫定工業(yè)機(jī)器人每分鐘約10個(gè)循環(huán)。若夾具每次抓取4袋，即機(jī)器人每分鐘循環(huán)運(yùn)動(dòng)約8.25次，滿足速度要求。

1.1.2產(chǎn)品輸送帶

輸送帶作用是輸送袋裝產(chǎn)品，將產(chǎn)品輸送到抓取位。輸送帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由皮帶、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)等組成。傳送帶設(shè)計(jì)時(shí)考慮產(chǎn)品質(zhì)量、線速度、皮帶有效寬度等。

1.1.3圓型輸送皮帶

圓型輸送皮帶是由截面為圓形的PU材質(zhì)組成的環(huán)形皮帶。輸送皮帶的主動(dòng)輪、從動(dòng)輪均有與圓形皮帶截面一致的圓弧槽，圓型皮帶安裝在槽內(nèi)。皮帶與皮帶之間有空間，有利于安裝其他機(jī)構(gòu)。

1.1.4頂升機(jī)構(gòu)

頂升機(jī)構(gòu)是由氣缸、頂桿組成的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由電磁閥、氣缸、頂桿、光電等組成。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)光電感應(yīng)到有物料到達(dá)時(shí)，電磁閥啟動(dòng)后氣缸向上頂起。

1.1.5輸框滾筒

輸框滾筒主要功能是利用滾筒的摩擦力將塑料框輸送到抓取位置。其主要由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、滾筒、框架組成，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。滾筒設(shè)計(jì)時(shí)主要從輸送產(chǎn)品的長(zhǎng)寬、質(zhì)量、線速度等考慮。

1.1.6光電傳感器

光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。光電傳感器分別安裝在輸送機(jī)構(gòu)的開始端和末端，用于檢測(cè)產(chǎn)品到達(dá)位置的檢測(cè)。

2末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該夾爪的工作原理：左、右汽缸分別在收縮狀態(tài)時(shí)，夾爪為打開最大狀態(tài)，伸出狀態(tài)時(shí)為夾爪最小狀態(tài)。打開、收縮的大小可以通過(guò)汽缸調(diào)節(jié)大小。夾爪桿為304不銹鋼制造，符合食品、化工的要求，且光滑無(wú)阻力。夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中，夾爪的力必須大于產(chǎn)品質(zhì)量，且必須有安全余量。當(dāng)夾具抓取產(chǎn)品時(shí)，其受力圖如圖4所示。夾力F跟驅(qū)動(dòng)力F的關(guān)系如下。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)控制模塊

電氣控制采用三菱FX3U系列PLC，該P(yáng)LC廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)生產(chǎn)線上。根據(jù)系統(tǒng)控制需求，系統(tǒng)I/O端口如表1所示。

3.2生產(chǎn)工藝流程

工藝流程如圖5所示。

產(chǎn)品經(jīng)上游工序包裝好后輸送到產(chǎn)品輸送帶上，輸送帶將產(chǎn)品輸送到圓形皮帶機(jī)構(gòu)上，當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)末端時(shí)，光電傳感器1得到信號(hào)，頂升機(jī)構(gòu)1動(dòng)作，將產(chǎn)品頂起。與此同時(shí)，產(chǎn)品輸送帶、圓形皮帶繼續(xù)動(dòng)作，將后面的產(chǎn)品往向輸送。當(dāng)光電傳感器2得到信號(hào)，頂升機(jī)構(gòu)2動(dòng)作，將產(chǎn)品頂起。光電傳感器1、2將信號(hào)發(fā)送給PLC，PLC再將信號(hào)發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器、夾具動(dòng)作，將產(chǎn)品抓起并放人框中。

4應(yīng)用驗(yàn)證

測(cè)試時(shí)與上工序包裝機(jī)進(jìn)行對(duì)接，當(dāng)有產(chǎn)品到達(dá)并符合觸發(fā)條件時(shí)，各機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作且執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作、數(shù)量，動(dòng)作過(guò)程如下：

（1）圖6所示為初始化狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人在抓取位上方等待，塑框到位，頂升機(jī)構(gòu)收縮，輸送帶運(yùn)動(dòng);

（2）如圖7所示，當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)頂升工位1時(shí)，頂升機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品頂起，并等待下一組產(chǎn)品到達(dá);

（3）如圖8所示，產(chǎn)品達(dá)到頂升工位2時(shí)，頂升機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品頂起;

（4）如圖9所示，機(jī)器人抓取產(chǎn)品，并放入框中，完成一個(gè)抓取裝框的過(guò)程。

5結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)適用于吸盤機(jī)構(gòu)和夾爪無(wú)法適應(yīng)的塑料包裝的產(chǎn)品，如散裝水餃、散裝肉丸、袋裝醋、袋裝牛奶、袋裝洗衣液、袋裝洗潔精等。由于采用將產(chǎn)品頂起后，再抓取產(chǎn)品裝箱，不再受產(chǎn)品的外形限制、包材限制及產(chǎn)品特性限制，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，減少人工并提高了效率。

采用自動(dòng)化前，需要10人/班進(jìn)行生產(chǎn)，每分鐘裝3框左右，而且由于靠近機(jī)器附件，勞動(dòng)環(huán)境惡劣，如噪聲、高溫、長(zhǎng)時(shí)間站立等。自動(dòng)化上線后，整線需要2人/班進(jìn)行巡視設(shè)備，節(jié)省至少7人/班，為企業(yè)節(jié)省了人工開支。生產(chǎn)速度達(dá)到10框左右，提高近3倍效率，對(duì)機(jī)器進(jìn)行了隔離，解決了高溫、噪聲、長(zhǎng)時(shí)間站立等問(wèn)題，改善了勞動(dòng)環(huán)境。