一、國(guó)產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)及發(fā)展

    我國(guó)工業(yè)機(jī)器人研制始于197.2年，至今大致經(jīng)歷了70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期3個(gè)階段。經(jīng)過(guò)40多年的努力，我國(guó)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)特種機(jī)器人的跨越式發(fā)展，推進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的系列化及工程應(yīng)用，并成功將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

    工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑，政府已對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人提供眾多政策與經(jīng)濟(jì)支持，對(duì)智能機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給予大力支持，目前已形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面，部分國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)與國(guó)外相當(dāng)，機(jī)器人立足開(kāi)發(fā)和應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)日趨明顯。工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，我國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的主要途徑。

二、包裝機(jī)器人技術(shù)及特點(diǎn)

    目前機(jī)器人已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。包裝機(jī)器人的應(yīng)用是包裝行業(yè)快速成長(zhǎng)的典型標(biāo)志之一，機(jī)器人技術(shù)在包裝行業(yè)中的應(yīng)用在過(guò)去的5年中從9.5%增加到了17.4%，幾乎翻了一番。機(jī)器人幾乎應(yīng)用在所有包裝功能領(lǐng)域，尤其在碼垛、裝箱、拾取和放置等領(lǐng)域最為普遍。

    在啤酒包裝中，機(jī)器人技術(shù)的成本持續(xù)降低，而其性能和穩(wěn)定性卻不斷提高。包裝機(jī)器人可以將不同外形尺寸的包裝貨物整齊地、自動(dòng)地碼在托盤上，可以充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩(wěn)定性。包裝機(jī)器人還配有物料碼垛機(jī)順序、排列設(shè)定器，功能全面，使用起來(lái)非常方便。包裝機(jī)器人的作業(yè)特點(diǎn)如下：

    （一）應(yīng)用范圍廣

    包裝機(jī)器人的用途非常廣泛，它可以完成抓取、搬運(yùn)、裝卸和堆垛等多項(xiàng)作業(yè)活動(dòng)。

    （二）適用性強(qiáng)

    當(dāng)客戶產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化時(shí)，只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會(huì)影響客戶的正常生產(chǎn)。而機(jī)械式的碼垛機(jī)更改相當(dāng)?shù)穆闊┥踔潦菬o(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

    （三）自動(dòng)化程度高

    包裝機(jī)器人的操作依靠程序控制，無(wú)須人工參與，自動(dòng)化程度高，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力。

    （四）準(zhǔn)確性好

    包裝機(jī)器人的操作控制精確，其位置誤差基本處于毫米級(jí)以下，準(zhǔn)確性非常好。

    （五）高效率性

    包裝機(jī)器人的工作速度比較快，而且沒(méi)有時(shí)間間斷，因此其工作效率比較高。

    （六）高可靠性

    包裝機(jī)器人重復(fù)操作能夠始終維持同一狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)類似人的主觀性干擾，因此其操作的可靠性比較高。

    （七）能耗低

    通常機(jī)械式碼垛機(jī)的功率在26KW左右，而包裝機(jī)器人的功率為5KW左右，大大降低了客戶的運(yùn)行成本。

    （八）占地面積少

    包裝機(jī)器人可以設(shè)置在狹窄的空間，即可有效地使用，有利于客戶廠房中生產(chǎn)線的布置，并可留出較大的庫(kù)房面積。

    目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上包裝機(jī)器入主要有沈陽(yáng)新松、珠海博信、北京自動(dòng)化研究所、廣州數(shù)控、日本的FUJI、FANUC、瑞典的ABB、德國(guó)的庫(kù)卡等。國(guó)內(nèi)二次包裝設(shè)備制造廠家如達(dá)意隆、科時(shí)敏、中德、萬(wàn)世德、新科等廠家干包裝線都已引進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，其包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)性能差不多，所有的零部件都采用世界著名品牌，保證了整機(jī)的性能及零件的使用壽命和作業(yè)效率。但是，我國(guó)啤酒包裝機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外相比還有一定的差距，如可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，應(yīng)用規(guī)模小等。形成以上現(xiàn)象的主要原因是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的包裝機(jī)器人生產(chǎn)都是迎合客戶的要求，即“一個(gè)客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長(zhǎng)，成本高，而且質(zhì)量和可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，完善系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

三、機(jī)器人在啤酒包裝中的應(yīng)用

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的重要組成部分和工業(yè)化進(jìn)程中最為經(jīng)濟(jì)合理的綜合服務(wù)模式，正在全國(guó)范圍內(nèi)得以迅速發(fā)展。碼垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重碼垛設(shè)備，是貨物堆放到立體倉(cāng)庫(kù)的前端設(shè)備，它能夠把單一的物料碼放到一起，便于運(yùn)輸，提高了生產(chǎn)效率。目前我國(guó)啤酒業(yè)碼垛作業(yè)大部分是由機(jī)械式碼垛機(jī)完成或人工搬運(yùn)。由于機(jī)械式碼垛機(jī)其結(jié)構(gòu)等因素的限制，存在著占地面積大、程序更改麻煩（甚至無(wú)法更改）、耗電量大等缺點(diǎn)；而人工搬運(yùn)勞動(dòng)量大，完成同一工作量所需不少工人。而歐美日包裝機(jī)器人在碼剁市場(chǎng)的占有率達(dá)到了90%多，絕大數(shù)碼垛作業(yè)由包裝機(jī)器人完成。包裝機(jī)器人對(duì)各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應(yīng)。包裝機(jī)器人將會(huì)以其所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，贏得越來(lái)越多客戶的信賴，我國(guó)的碼垛機(jī)市場(chǎng)將會(huì)逐步的為包裝機(jī)器人所替代。

    中國(guó)啤酒業(yè)的迅猛增長(zhǎng)帶動(dòng)了啤酒包裝機(jī)械的快速發(fā)展，酒業(yè)的發(fā)展對(duì)包裝機(jī)械設(shè)備大型化、現(xiàn)代化方面提出了更高的要求。隨著中國(guó)啤酒工業(yè)的發(fā)展及啤酒包裝技術(shù)的提高，機(jī)器手和機(jī)器人系統(tǒng)在啤酒、食品飲料包裝中也得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。廣州萬(wàn)世德包裝機(jī)械有限公司是較早把機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)用到啤酒包裝生產(chǎn)線的專業(yè)生產(chǎn)廠家之一，而海南亞太啤酒則是較早選用萬(wàn)世德機(jī)器人卸碼垛系統(tǒng)的啤酒生產(chǎn)企業(yè)之一。目前，除了萬(wàn)世德機(jī)器人碼卸垛機(jī)械在海南亞太啤酒正常運(yùn)轉(zhuǎn)之外，其主要二次包裝設(shè)備基本都來(lái)自萬(wàn)世德公司。

    （一）卸垛和碼垛單機(jī)完成

    在生產(chǎn)相同品種時(shí)，輸垛機(jī)將空瓶箱垛及空垛板送至指定工位，機(jī)器人按順序卸垛。

圖1 卸垛和碼垛單機(jī)完成

    （二）裝箱

    在海南亞太啤酒，啤酒瓶首先被傳送帶運(yùn)送到一個(gè)特定位置排列好，以準(zhǔn)備被抓取。根據(jù)實(shí)際情況，機(jī)器人選擇相應(yīng)的手爪將瓶子裝入紙箱或塑料箱，然后將紙箱或塑箱放置到垛板上。如果客戶需要在箱體中間放置隔板，機(jī)器人則配合一套隔板放置機(jī)構(gòu)從隔板倉(cāng)中自動(dòng)抓取隔板置于層間，完成隔板的自動(dòng)放置。

圖2 裝箱

    （三）碼垛

    垛板由輸垛系統(tǒng)被運(yùn)送到指定位置（也可采用機(jī)器人進(jìn)行抓取，但效率會(huì)降低）。箱子在編組站排列組合成一層，之后被整層地從輸送線上抓取并放置到垛板上，旋轉(zhuǎn)手爪在層與層之間進(jìn)行壓箱。

    當(dāng)不同尺寸的箱子在一條傳送帶上被運(yùn)送到機(jī)器人的工作區(qū)域，通過(guò)讀取條形碼，設(shè)備自動(dòng)區(qū)分箱子并歸整到各自的進(jìn)料傳送帶上。機(jī)器人將根據(jù)每條進(jìn)料傳送帶上的信號(hào)，靈活地處理每種箱子的碼垛。

圖3 碼垛

    （四）空瓶的存放

    出于對(duì)靈活柔性的考慮，這套機(jī)器人系統(tǒng)可以很方便地安裝在工廠中。在下面的圖例中，我們可以看到機(jī)器人可以同時(shí)處理兩條空瓶線和一條空箱線；垛板被機(jī)器人從垛倉(cāng)中自動(dòng)抓取并放置到三個(gè)碼垛位置上，機(jī)器人隨后抓取空瓶或空箱放置到垛板上。

圖4 空瓶的存放

    （五）系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

    1.精準(zhǔn)的生產(chǎn)

    機(jī)器人手臂安裝在一個(gè)堅(jiān)固的機(jī)座上面，所有軸均是經(jīng)過(guò)伺服馬達(dá)和齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這保證了機(jī)器人在工作半徑范圍內(nèi)可全方位靈活自由地確定工位。機(jī)器人及裝夾具均可正反各180度旋轉(zhuǎn)，只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的軌道便全由電腦控制，定位十分準(zhǔn)確。伺服系統(tǒng)的低噪音和低維護(hù)費(fèi)用實(shí)現(xiàn)了高重復(fù)精度(±0.5mm)的動(dòng)作，機(jī)器人可移動(dòng)到人操作方便的方位和高度，很容易實(shí)現(xiàn)靈活操作。海南亞太啤酒應(yīng)用的4軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人簡(jiǎn)化了機(jī)械構(gòu)造，從而降低了設(shè)備維護(hù)以及服務(wù)的成本。

    2.生產(chǎn)靈活性

    機(jī)器人手爪被安裝在法蘭中心，它可被設(shè)計(jì)成一個(gè)固定的工具，也能利用自動(dòng)換手裝置進(jìn)行不同手爪的更換。專用的手爪能適應(yīng)特殊的任務(wù)，多功能的手爪能適用于各種組合的工作，比如抓瓶式、夾鉗式、抓紙箱的真空吸盤式、裝瓶和碼垛一體式手爪等。根據(jù)實(shí)際需要，機(jī)器人可以安裝一個(gè)自動(dòng)換手系統(tǒng)用于多個(gè)手爪之間的自動(dòng)更換，滿足柔性生產(chǎn)的需要。機(jī)器人還可以通過(guò)激光視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別工件種類并幫助機(jī)器人定位工件，這種方式下工件不需要機(jī)械定位，同時(shí)手爪也可以自動(dòng)對(duì)應(yīng)工件種類的變化。

圖5 機(jī)器人生產(chǎn)靈活性

    3.簡(jiǎn)便的操作

    系統(tǒng)通過(guò)PLC對(duì)機(jī)器人、傳送帶以及手爪進(jìn)行控制。另外，系統(tǒng)也配置了觸摸屏用于生產(chǎn)信息的顯示。采用先進(jìn)的人機(jī)界面，操作人員很容易在人機(jī)界面上進(jìn)行參數(shù)修改、程序選用等工作。

圖6 簡(jiǎn)便的操作

四、包裝機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

    越來(lái)越多的啤酒企業(yè)開(kāi)始采購(gòu)和使用包裝機(jī)器人以提高碼垛效率，當(dāng)機(jī)器人技術(shù)在不斷改進(jìn)和發(fā)展時(shí)，如何才能選用最優(yōu)的機(jī)器人系統(tǒng)及合理利用呢？以下幾方面企業(yè)必須充分考慮和注意：

    （一）對(duì)機(jī)器人知識(shí)和機(jī)器人技術(shù)有全面的認(rèn)識(shí)

    工業(yè)機(jī)器人操作復(fù)雜程度較高，使用機(jī)器人必須要熟悉基本工業(yè)機(jī)器人的安全操作知識(shí)，使用人員一定要進(jìn)行系統(tǒng)的安全操作培訓(xùn)后才允許實(shí)際操作，否則對(duì)設(shè)備對(duì)人都是非常不安全的。機(jī)器人保持正常工作至關(guān)重要的條件是充分了解機(jī)器人的能力并在工作范圍內(nèi)最佳使用，它的簡(jiǎn)單操作、靈活性、可重復(fù)使用性、可靠性、精密性、控制能力強(qiáng)以及能夠長(zhǎng)期使用等特點(diǎn)，能夠幫助啤酒企業(yè)提高整體生產(chǎn)效率和市場(chǎng)反應(yīng)能力。

    （二）充分認(rèn)識(shí)包裝機(jī)器人技術(shù)

    包裝機(jī)器人的能力比普通機(jī)械式碼垛、人力碼垛要高很多；結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，故障率低，易保養(yǎng)，維修；主要構(gòu)成零件少，配件少，維持費(fèi)用很低；可以設(shè)置在狹窄的空間，即可有效的使用；全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡(jiǎn)單；通用性強(qiáng)，通過(guò)更換機(jī)械手的抓手即可完成對(duì)不同貨物的碼垛及拆垛，相對(duì)降低了客戶的購(gòu)買成本。如果認(rèn)識(shí)到包裝機(jī)器人的這些特點(diǎn)，我們就沒(méi)有理由不去選用它了。

    （三）全面認(rèn)識(shí)企業(yè)生產(chǎn)能力和碼垛需求

    碼垛設(shè)備是啤酒企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的輔助設(shè)備，與企業(yè)生產(chǎn)線緊密相連，企業(yè)的生產(chǎn)能力直接決定了對(duì)輸送和碼垛的需求，在普通的20000瓶/小時(shí)生產(chǎn)線上，配備一臺(tái)簡(jiǎn)單的橋式碼垛機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)碼垛要求。但是，當(dāng)企業(yè)采用高速生產(chǎn)線后，這些簡(jiǎn)單的碼垛設(shè)備已無(wú)法滿足自動(dòng)化生產(chǎn)和包裝的需求，必須選用多臺(tái)全自動(dòng)碼垛機(jī)或是機(jī)器人來(lái)完成，否則會(huì)影響生產(chǎn)的連續(xù)性和效率，企業(yè)應(yīng)對(duì)此進(jìn)行充分的考慮。

    （四）慎重考慮企業(yè)的支付能力和技術(shù)消化能力

    一臺(tái)堆垛機(jī)只有幾千美元，一臺(tái)全自動(dòng)碼垛機(jī)需要幾萬(wàn)美元，而一臺(tái)碼垛機(jī)器人價(jià)值在十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)美元，性價(jià)比是啤酒企業(yè)選用碼垛設(shè)備時(shí)首選要考慮的因素之一，如果企業(yè)的支付能力有限，勉強(qiáng)上一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)顯然是不明智的。使用機(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)時(shí)，管理和操作人員必須對(duì)機(jī)器人知識(shí)和應(yīng)用有全面的認(rèn)識(shí)和把握，否則將無(wú)助于生產(chǎn)效率的提高，甚至嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，企業(yè)在選用和使用機(jī)器人時(shí)，必須慎重考慮企業(yè)本身的支付能力和對(duì)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的掌握能力。

    （五）牢記包裝機(jī)器人效率在于專業(yè)性作業(yè)

    如果包裝機(jī)器人和工作單元的使用超出了原始設(shè)計(jì)的能力要求，尤其是在推進(jìn)計(jì)劃之前沒(méi)有做新的仿真，那么規(guī)定的循環(huán)周期就有可能達(dá)不到�；蛘咴O(shè)計(jì)者要它承擔(dān)過(guò)多的工作將機(jī)器人單元設(shè)計(jì)得過(guò)于復(fù)雜，就很難確定機(jī)器人運(yùn)行的正確周期，而且一旦生產(chǎn)出現(xiàn)故障，后果將不堪設(shè)想，非計(jì)劃的停產(chǎn)將會(huì)給企業(yè)造成巨大的損失。

    （六）正確評(píng)估機(jī)器人的有效負(fù)荷和慣性

    一般包裝機(jī)器人技術(shù)參數(shù)都有詳細(xì)說(shuō)明，額定負(fù)載是在額定速度的情況才是有效的，達(dá)到最大負(fù)載的一個(gè)重要條件就是要除低機(jī)器人運(yùn)行速度，另外過(guò)大負(fù)載也有可能破壞機(jī)器人的精度。如忽略機(jī)械臂末端所裝工具的重量，低估或者完全忽略了偏心負(fù)荷產(chǎn)生的慣性力等，都將增加機(jī)器人的負(fù)荷而出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行，給機(jī)器人造成損壞，應(yīng)用時(shí)需注意。

    （七）正確理解機(jī)器人的精度和可重復(fù)性

    機(jī)器人減速器是保證機(jī)器人精度的一個(gè)重要的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，精確性與機(jī)器人臂的機(jī)械精度有著極大的關(guān)系，精度越高，才能保證有精確的高速度。可重復(fù)性是指包裝機(jī)器人依照規(guī)定的工作路徑，在既定的位置之間精確往返來(lái)體現(xiàn)的，精確性是依照工作路徑精確地移動(dòng)到一個(gè)經(jīng)過(guò)計(jì)算的點(diǎn)來(lái)體現(xiàn)的。搬運(yùn)動(dòng)作中機(jī)器人通過(guò)計(jì)算移動(dòng)到一些既定點(diǎn)的位置，運(yùn)用的是機(jī)器人的精確性能，精確性與機(jī)械耐受度以及機(jī)器人手臂的精確度有直接的關(guān)系。

    （八）處理好機(jī)器人控制系統(tǒng)與機(jī)械性能的關(guān)系

    機(jī)器人的精度、速度和耐用度，都與機(jī)械部分有著極大的關(guān)系。包裝機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單，一般就是馬達(dá)與減速器，如果選用的包裝機(jī)器人經(jīng)常需要維修減速器部分或其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，那是非常麻煩的。大多數(shù)包裝機(jī)器人制造商考慮更多的可能是機(jī)器人的控制器而不是機(jī)械性能，但是如果一旦配置了機(jī)器人，正常運(yùn)行時(shí)間就主要依賴于機(jī)械的耐用性。產(chǎn)品喪失生產(chǎn)能力很可能不是由于控制器和電子設(shè)備差造成的，而是由于機(jī)械性能不好造成的。通常選擇一個(gè)包裝機(jī)器人系統(tǒng)是基于使用者對(duì)控制器和軟件的精通，如果具備這些且機(jī)器人同時(shí)又有很出色的機(jī)械性能，那么這將是一個(gè)非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)。相反，如果機(jī)器人在安裝以后需要不斷地進(jìn)行維修，那么精通控制所帶來(lái)省時(shí)優(yōu)勢(shì)將很快被消耗掉。這也是國(guó)產(chǎn)包裝機(jī)器人性能不如進(jìn)口包裝機(jī)器人的主要原因之一。

    （九）不能忽略機(jī)器人輔助設(shè)備的應(yīng)用

    選用包裝機(jī)器人要配置相應(yīng)輔助器件和軟件，如示教器、通訊電纜以及一些特殊的軟件等。碼垛直接與企業(yè)空瓶卸垛和成品入庫(kù)碼垛相聯(lián)系，因此，為有效地提高碼垛效率，配備統(tǒng)一的容器和托盤、高性能的卸瓶機(jī)、專業(yè)化的輸送帶等都是必須的。

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本文標(biāo)題：國(guó)產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)及其在啤酒包裝中的應(yīng)用

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