机器人码垛在饮料行业的应用分析

邓汉才

广州王老吉大健康产业有限公司广东广州510623

关键词：机器人；夹具；码垛

引言：《中国制造2025》提出到2020年，制造业的数字化、网络化、智能化取得明显进展。而实现智能化，作为工业机器代替人工是关键的一步，也可以按照预先编排的程序运行，还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

文章主要对机器人码垛机的原理及关键部件等进行了讲述，在饮料、啤酒行业也有机械人码垛的应用，但配置了较复杂的机械整型部件（将产品提前整理成预定的样式），而此案例采用从机械手直接从输送带抓取产品，无任何机械整型部件，其夹具通过多次改装实验才确定方案，并应于目前饮料铝罐产品的生产线上，速度匹配市场上主流的饮料生产线，希望能够为相关企业或工作人员提供一些参考。

一、码垛系统概述

系统选用ABB机器人夹板式纸箱码垛机，由产品箱编组辊道输送机、ABB机器人、码垛专用夹板式卡具、自动拆盘仓、托盘缓存输送机、码垛输送机、重垛缓存输送机、出跺输送机、码垛护栏保护系统和控制系统等组成。码垛速度33箱/分钟。抓取动作由ABB机器人完成，速度快，定位准确。码垛坐标、方式和层数（1～16）可设定。

机器人摆程图

二、单条码垛线具体配置

（1）ABB机器人系统

包括机器人本体、机器人底座和机器人控制系统等，ABB机器人型号：选用IRB460，是全球最快的四轴多功能工业机器人，能显著缩短各项作业的节拍时间，大幅提升生产效率。这款紧凑型的4轴机器人到达距离为2.4m，有效荷重（包括模具）110kg；荷重60kg条件下的操作节拍最高可达2190次循环/小时（400mm×2000mm×400mm），比类似条件下的竞争产品快15%。码垛范围2.4米，定位精度0.2毫米。码垛过程平稳，不掉产品不脱落，不损坏产品。机器人各轴摆程如下：

各轴运行范围及速度如下：

1回转+165至-165145/s

2立臂+85至-40110/s

3横臂+120至-20120/s

6腕传+300至-300400/s

（2）机器人抓手夹具

机器人抓手夹具为夹板式结构，动夹板为铝合金贴超薄橡胶摩擦膜，静夹板为优质碳钢板划摩擦痕，夹具造成的码垛间隙不超过4mm。夹具配安全护钩，夹具可以一抓两放，夹具每次抓取4箱，可以进行4箱、3箱或1箱码垛放箱，可以实现多种要求的工艺码垛，横向有两个夹板厚度码垛间隙，纵向有一个夹板厚度码垛间隙。夹具设计有底部安全护钩（气缸驱动），防止机器人在码垛移动过程中产品箱错位或掉箱，同时夹具还设计有侧面挡板（旋转气缸驱动），防止机器人在码垛转动过程中产品箱错位或掉箱。码垛过程平稳，不掉箱不脱落，不损坏包装物和饮料产品。

（3）产品箱辊道编组输送机：

尺寸：长（直线段）10000mm×宽850mm×高1150mm，平均输送速度500mm/秒，侧板不锈钢拉丝材质，倒圆角不小于R10mm。采用堆积辊棍棒有效包裹，电机、驱动轴头、链条和链轮加美观防护罩。支腿采用40mmX60mm方钢。输送线配非金属滚柱护栏，90°弯道输送机配滚珠护栏。根据功能需要，此输送线分四段驱动，共4套，。中间设计有分箱停止器，停止器前后为差速辊，此输送线末端设计有停箱靠辊，此输送线功用是将重箱输送、缓存、拉距、编组，辅助机器人进行码垛。具体功能如下：

1）箱姿态检测及转向

当产品箱从前面系统输送过来后，系统首先检测其姿态是否是横向输送，如果错误是纵向输送，转箱推向机构将纵向输送的产品箱推向输送辊道的另一侧，这一侧设计有转箱靠轮机构，在靠轮机构这一段的动力辊棒为增速辊棒，当纵向输送的产品箱输送过来后，箱子一侧碰到转箱靠轮机构，在增速辊的辅助下，产品箱会快速转为横向输送。

2）堆积缓存

转向位以后到编组停止器这一段的输送辊棒为摩擦堆积辊，可以带动力堆积缓存产品箱。

3）拉距编组

为了配合机器人抓手抓取码垛，此输送线要将产品箱4箱编成一组，在编组停止器前后各有两根增速辊，将产品箱在输送过程中拉开间距，便于计数和停止器编组。在此段最末端的3根辊棒为无动力辊棒，目的是减小输送压力，防止产品箱横向错位，造成码垛故障。在此段的末端还设计有停箱靠辊，防止当机器人抓手抓取产品箱向上移动时挡箱部件损坏包装物。

4）人工码垛模式

当设备发生较大故障时可以转为人工码垛模式，在此模式下，第一、二驱动段启动，位于机器人抓取位的第三、四驱动段不启动，人工码垛模式挡箱停止器升起，防止产品箱输送过人工码垛位。

（4）自动拆盘仓：

尺寸：长2000mm×宽1650mm×高2200mm，汽缸顶升开放式结构，链条输送，能够容纳10个托盘，能够自动将托盘垛拆盘，自动将托盘输送到码垛位。电机、驱动轴、链条和链轮加美观防护罩。此自动拆盘仓设计有简易操作台，当发生故障时可以很容易独立转为手动操作。

（5）宽辊道输送线：

共4套，尺寸：长1500mm×宽1400mm×高600mm，平均输送速度250mm/秒，棍棒碳钢镀硌，电机、驱动轴头、链条和链轮加美观防护罩。此输送线功用是输送缓存托盘垛、托盘、产品垛。电机减速机共4台配变频器。码垛位辊道输送机配气动托盘固定机构，码垛时有效将托盘限位，防止其跑位。

（6）控制系统

采用西门子S7-300系列PLC分段控制方式。具有系统自检、故障报警并显示运行状态、码垛形式、排列方式、层数调整、累计班产等功能。配触摸屏，所有参数均可在对应触摸屏设置，即可独立工作，又互相连锁，某一环节堵塞或故障时，全线自动停车，故障排除后恢复运行，保证系统运行可靠性。

主要性能：

（1）码垛能力：≥33箱/分钟。

（2）托盘仓：可存储10个空托盘。

（3）码垛形式：ABB机器人码垛，一次可抓4箱，可码1-16层，每层12箱。

（4）码垛机设计寿命：10年。

（5）夹具设计寿命为10年。码好的纸箱相互之间紧靠，纸箱之间的间隙不大于4mm，上下层纸箱的外缘错位不大于10mm；码好的垛箱处于托盘中部，垛箱中心与托盘中心误差不大于20mm，同时垛箱外形超出托盘边缘不大于30mm；码垛过程平稳，不掉箱不脱落，不损坏包装物和饮料产品。

三、系统工作流程：

产品箱输送到动力辊道编组输送机，编组配合机器人进行码垛抓取。机器人每次经夹板式夹具抓取4箱然后按照附图形式进行码垛，机器人码箱时可以4箱、3箱或1箱放箱。相邻层进行180°转向，码垛结束的垛经码垛输送线输送到出垛输送线，等待叉车下线，托盘仓自动将托盘输送到码垛位等待进行码垛。

结语：

在饮料制造企业的许多后段包装采用人工或传统龙门架的机械式码垛。人工码垛：24小时生产需要9人，按工资3500元计则每月工资达31500元。传统机械码垛：设备需要较大空间，较多机械部件，不稳定，无法适应多种规格的产品等。机器人码垛成本较低，稳定，适应多种规格的产品。机器人码垛可以节约人力成本，提高产品生产的稳定性，极大的提高企业的经济效益，实现企业发展的根本目标。

参考文献：

[1]参考http：//new.abb.com/cnABB公司官网