血袋包裝用托盤的側(cè)吸取盤機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

■文/王汝庚，盧春華

（唐山元升科技有限公司，河北 唐山 063000）

血液是由獻(xiàn)血者自愿捐獻(xiàn)，由血站及相關(guān)機構(gòu)進(jìn)行采集，根據(jù)不同用途會進(jìn)行血液成分的分離制備、檢測并裝入相應(yīng)類型的血袋。到此步驟的血液還不能被直接使用，需要貼標(biāo)和二次包裝后才能被入庫存儲及分發(fā)至醫(yī)院應(yīng)用于臨床。由于血液包裝的特殊性，血袋會有一條或數(shù)條長度不等（幾十厘米）的血小辮，這加大了包裝的難度。為便于包裝，一般需要一個容器如血袋托盤約束血小辮。隨著包裝技術(shù)的發(fā)展，血液的外包裝由紙盒變?yōu)樗芰洗黐1]、塑料托盤[2]。在進(jìn)行人工包裝時，時常遇到成摞的塑料托盤難以單獨被分離開的問題，影響血液包裝速度，如圖1所示。

圖1 血袋

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，人工包裝正在被機器包裝代替[3-5]。隨著血液產(chǎn)品管理的規(guī)范化，血液的質(zhì)量管理正趨于嚴(yán)格化。血液標(biāo)簽上的信息是血液產(chǎn)品質(zhì)量的名片，直接關(guān)系到從血管到血管的大事業(yè)。血液經(jīng)檢驗合格、制備成不同血液成分后，需要使用血液貼標(biāo)機進(jìn)行打印、貼標(biāo)、包裝。但是，現(xiàn)有的血液貼標(biāo)包裝設(shè)備[6]存在故障率高、工作效率低、現(xiàn)場混亂的缺陷，這給打印貼標(biāo)包裝工作帶來了困擾[7]。由唐山元升科技有限公司（以下簡稱“公司”）研發(fā)的一種使用血袋塑料托盤的血液貼標(biāo)包裝機，可以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的貼標(biāo)包裝生產(chǎn)。

用于包裝機的塑料托盤一般是成摞放置且空隙小，現(xiàn)有的托盤取拿裝置，能賦予松散的托盤以良好的取拿效果，但對緊密的托盤實現(xiàn)單個分離仍有一定的難度。一般托盤取拿機構(gòu)都是豎直放置托盤摞受重力作用，再加上在按壓取拿托盤時會對托盤摞有壓緊的作用，不便取拿單個托盤。為此，本文介紹一種可以快速穩(wěn)定地取拿單個托盤的托盤取拿機構(gòu)，供大家參考。

1 血液貼標(biāo)包裝機

人工在對冷凍血液制品貼標(biāo)過程中容易出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致血液資源浪費，甚至威脅用血安全。由于血液制品在包裝過程中易發(fā)生血袋破損、血袋熔接處斷裂、血小辮斷落等事故，繼而浪費血液資源，使用智能血液貼標(biāo)機已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展趨勢。

一款智能血液貼標(biāo)包裝機系統(tǒng)利用 C#語言基于.Net開發(fā)平臺及數(shù)據(jù)庫 SQL server 2008 進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。與西門子系列可編程控制器（PLC）通過 RS-485 總線進(jìn)行串行通信。運用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，網(wǎng)絡(luò)端口可與用戶的 ERP 系統(tǒng)進(jìn)行對接。智能血液貼標(biāo)包裝機滿足不規(guī)則冰凍血袋的包裝要求，可與用戶端口進(jìn)行對接。該產(chǎn)品可靠的機械性能，能夠保障血袋貼標(biāo)的準(zhǔn)確性，以及二次包裝的安全性和穩(wěn)定性，但也存在一些缺陷，如傳統(tǒng)的導(dǎo)軌式氣動式托盤吸取機構(gòu)運動周期長、效率低、氣壓驅(qū)動噪聲大、需要人工維護(hù)的部件多等。

2 血袋貼標(biāo)包裝用托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)

前期進(jìn)行了需求分析和市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)血袋貼標(biāo)包裝設(shè)備存在強大的市場需求。結(jié)合血液行業(yè)貼標(biāo)、包裝線中對智能化操作設(shè)備的使用要求，對智能血液貼標(biāo)包裝機各部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，解決了人工效率低下等一系列問題，從而提高了產(chǎn)品的包裝效率，降低了人力成本，增強了產(chǎn)品綜合競爭力。其間，研發(fā)了血袋貼標(biāo)包裝用托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)，能夠自動完成在側(cè)立疊放的存托盤機構(gòu)中進(jìn)行位于最外層的單個托盤取拿，同時沿前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)并擺放到正確位置。該機構(gòu)的成功設(shè)計，有效提高了作業(yè)效率，降低了生產(chǎn)成本，解決了托盤不易被分離取拿的問題。

托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)包括送托盤機構(gòu)、存托盤機構(gòu)、吸盤組、水平移動推托盤機構(gòu)、滑道、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、托盤、固定板一、固定板二、滑臺支撐桿、固定板三等。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 側(cè)吸取盤機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

送托盤機構(gòu)、存托盤機構(gòu)和滑道按照托盤前進(jìn)方向依次設(shè)置。存托盤機構(gòu)和滑道之間設(shè)有吸盤組和回轉(zhuǎn)機構(gòu)。吸盤組吸取存托盤機構(gòu)出口處側(cè)放的托盤，并通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)；吸盤組吸取的托盤由側(cè)放變?yōu)樗椒胖?，并通過滑道旁設(shè)置的水平移動推盒機構(gòu)在滑道上移動。

存托盤機構(gòu)的前部為成摞側(cè)立托盤的出口，在出口旁設(shè)有托盤分離器。托盤分離器起到阻滯作用，僅允許單個托盤被吸盤組吸住移走；托盤分離器為毛刷類柔性材料。

吸盤組包含吸盤、吸盤固定板和吸盤緩沖器，多個吸盤的使用增加了塑料托盤吸取的穩(wěn)定性和容錯性，吸盤緩沖器減少了運動過程中對托盤及存托盤機構(gòu)的沖擊，可以讓回轉(zhuǎn)吸盤機構(gòu)以更快的速度穩(wěn)定運行。

如圖2所示，成摞托盤的出口處設(shè)有傳感器，檢測單個托盤位置輸出信號，控制送托盤機構(gòu)部件、擺動運動部件和托盤推進(jìn)部件的動作。存托盤機構(gòu)側(cè)面設(shè)有固定板，回轉(zhuǎn)機構(gòu)通過固定架和固定板，水平移動推托盤機構(gòu)下方設(shè)有固定架和固定板連接，并支撐水平運動部件、擺動運動部件和托盤推進(jìn)運動組件。送托盤機構(gòu)帶有的傳感器用以檢測托盤是否充足，預(yù)定被抓取的托盤是否到達(dá)指定位置。托盤推進(jìn)可以由絲桿驅(qū)動，以保持托盤摞前進(jìn)方向外層處于指定位置，便于回轉(zhuǎn)機構(gòu)準(zhǔn)確取拿托盤。托盤側(cè)吸盤核心機構(gòu)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)如圖3所示。

圖3 側(cè)吸取盤機構(gòu)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)及吸盤組

回轉(zhuǎn)機構(gòu)由吸盤、吸盤固定板、伺服電機、吸盤緩沖器、擺動件組成。吸盤組由多個吸盤組成，托盤受力均勻且抓取穩(wěn)定。

3 擺托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)使用過程

擺托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)的核心是回轉(zhuǎn)機構(gòu)，是由電機驅(qū)動的帶有吸盤組的擺動件，其工作過程如下。

（1）存托盤機構(gòu)中側(cè)立放置好托盤，并由推托盤機構(gòu)將托盤推進(jìn)至適宜的位置。電機帶動擺動件旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)（見圖2）。吸盤組牢固抓取單個塑料托盤。存盤機由托盤分離器工作，托盤分離器由毛刷和氣刀組成，可保證每次取拿單個托盤。

（2）吸盤組吸取托盤后準(zhǔn)備旋轉(zhuǎn)至水平位置，將托盤放至滑道上，回轉(zhuǎn)機構(gòu)由伺服電機驅(qū)動[8]，響應(yīng)快速的同時準(zhǔn)確運動，確保塑料托盤在吸盤組的控制下準(zhǔn)確快速運動至預(yù)定位置。

（3）到達(dá)預(yù)定位置后吸盤破真空，放下塑料托盤，并使托盤位于滑臺推托盤機構(gòu)前方的預(yù)備位置。當(dāng)下游機構(gòu)需要塑料托盤補充時，由推托盤機構(gòu)將塑料托盤推離滑臺。此時機構(gòu)的運動狀態(tài)以及吸盤位置如圖4所示。

圖4 托盤放置到滑道上時的狀態(tài)

（4）當(dāng)預(yù)備位置有托盤且包裝平臺需要托盤時，送托盤機構(gòu)通過滑臺將托盤推至包裝平臺上。托盤推離滑臺后，回轉(zhuǎn)機構(gòu)反向旋轉(zhuǎn)，恢復(fù)到圖2所示狀態(tài)，進(jìn)行下一個托盤的單個抓取，進(jìn)入下一次托盤分離取拿運動循環(huán)。

4 托盤側(cè)吸取盤機構(gòu)效果和優(yōu)勢

使用托盤側(cè)吸盤取盤機構(gòu)，改變了由人工分離擺放托盤的低效的工作方式，解決了托盤不易人工分離的問題。與其他同類的取盤機構(gòu)相比，成側(cè)立托盤的擺放方式讓取單個托盤更加容易，托盤側(cè)吸盤取盤機構(gòu)結(jié)構(gòu)更簡單，設(shè)備成本更低廉，故障發(fā)生率更低；與傳統(tǒng)的托盤取盤機構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊，占用空間更?。慌c豎直放置的取盤機構(gòu)相比，吸盤的行程更短，且一個旋轉(zhuǎn)動作可以同時進(jìn)行X軸Y軸的移動，取盤作業(yè)周期更短。相比于其他取盤方式，該新型機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊密、占用空間小，動作穩(wěn)定快捷、步驟簡單、便于控制，有效提高了工作效率。