| 标题 | 纸尿裤自动化包装线的码垛机器人系统研发 |
| 范文 | 黄瑞华 周建鹏 摘 要：针对纸尿裤包装线实现全自动化生产要求，本文介绍了有关码垛机器人系统的设计与开发，主要包括整个全自动化包装生产线上的全自动栈板机的设计，四工位紧凑型机器人码垛系统以及码垛中转装置，解决了自动栈板与智能机器人码垛等问题。投入的实际生产表明码垛机器人系统能跟上前道工序的节拍，大大提高了纸尿裤自动化包装的生产效率，有助于提高国产包装自动化生产设备的竞争力。 关键词：智能自动化；纸尿裤包装；机器人 1 绪论 目前在中国，纸尿裤生产已经实现了自动化，但是后续的包装大多企业仍采用人工或半自动化方式。在当前要求产品能快速推向市场的背景下，产品包装的自动化也势在必行。进行智能自动化生产升级可解决目前人力成本增加，重复单调的工作越来越难招工的问题。[1]欧美国家的纸品包装智能装备公司技术领先，世界上的主要纸品包装行业领军企业大都位于德国、意大利和美国。[2]但是，由于对中国进行了技术封闭，这成为阻碍中国纸品行业企业向自动化转型的最大障碍。虽然中国已经开始进行了研发，但是，这些高端的自动化包装设备，属于复杂的系统，其速度快且精度高，涉及机械、电器、气路、真空、液压、激光检测、无线控制、整线集成等多个方面的全方面技术，因此实现包装的全面自动化需克服诸多难点技术。[3] 针对纸尿裤包装自动化装箱后的码垛要求，设计了基于工业机器人的纸箱码垛系统。其主要包括全自动栈板机，四工位码垛机器人以及码垛中转装置，三者对整个包装线起着关键的作用，因此在本文将着重阐述三者的应用。 2 关键单元的设计 2.1 全自动栈板机设计 栈板主要作为一种托盘可将一箱箱纸尿裤码垛在其上，是自动化包装线的机器人码垛的关键模块。本文针对传统栈板机存在结构庞大的缺点，在全自动纸尿裤包装线中设计了一种全自动栈板供应器。如图1所示，是整个全自动栈板供应器整体效果图。主要由1.前导向装置 2.左右提升机构 3.后支撑板三部分组成。其由插盘机构与提升升机构配合链条式输送机联合使用以达到高效运送、整理空栈板的功能。该系列适用于各种栈板的拆分，可应用于日化、医药、食品、饮料、仓库等行业。 前导向机构主要是为了防止栈板进入的时候卡住而起的一个导向作用。内部装有光电检测开关检测栈板是否到位，控制按钮用来手动控制栈板的码垛和缷跺。左右插盘提升机构主要由主体架，插盘机构，提升机构三部分组成。其工作原理是当栈板到位时，插盘气缸动作将栈板插住，然后提升气缸将其提起或放下，当栈板到达其所需位置时插盘气缸再次动作收回插舌。左右主体架外形结构为对称安装，均采用有优质碳钢焊接而成，表面烤漆处理，结构牢固外形美观。其左右主体架上部均设计有斜坡，以便栈板下落作导向用。 该全自动栈板机具有机构简单、占地面积小、运行稳定等特点。其底部离地面低，能适用人力叉车的拆/码栈板，同时配合输送线使用也可完成自动供应栈板的要求。 2.2 四工位紧凑型码垛机器人系统设计 为实现对纸尿裤包装的全自动化码垛，在生产线上基于德国库KUKA机器人[4]设计开发了一套四工位码垛机器人系统。该机器人能实现设备精确运动控制并利于员工方便操作、回转运动速度快，能满足客户需求。整个机器人的系统结构图如2所示： 当整个系统作业时，整个码垛机器人系统工作流程如图3所示。产品从1进料输送线输入，通过推料气缸将产品输送到产品抓取线进行排列；由机器人将排列好的产品抓取。 之后到产品码垛区的栈板上进行码垛。空栈板由栈板供应器逐个放出，通过空栈板输线带输送到空栈板等待区；再由空栈板推进机构将栈板推到产品码垛区，然后机器人对产品进行码垛，码垛完成后由满垛输送线将满跺产品输送出。 2.3 码垛中转装置 装置在转移、拆盘或码垛栈板时常常涉及到栈板的升降及移动动作。传统的方式[5]采用液压或气动的方式进行升降，其升降导向则采用导柱导套结构，其存在一定的缺陷。工作现场必须具有气源或液压源，液压源存在较大的泄露隐患，而采用气源进行升降时运行噪音较大。升降导向采用导柱导套结构，其虽然能够很好的进行垂直导向，但对加工精度以及整体精度要求较高，否则会降低导柱导套的使用寿命。因此，在智能自动化纸尿裤包装线上创新性的研发了一种适用性高、运行平稳可靠且噪音低的码垛中转装置。 码垛中转装置外形由图4 所示，主要由固定底座，升降平台和输送滚筒组构成。由电机驱动摆杆机构并配合相应的导向结构来实现输送滚筒组的升降，无需气源或液压站，对操作环境的要求低，适应性高、 改良难度小，且运行噪音低，可以便捷地使用于绝大多数的输送场合.导向机构采用导向轮、导轨、齿轮、齿条等多种导向相结合，结构简单，运行平稳、可靠。码垛中转装置的放置情况如图5所示，在自动化包装线上将两台链条式输送机末端与码垛中转装置相连接，能够便捷快速的完成对纸箱的中转输送。 3 实验数据对比与分析 在实际生产实践中，如图6所示是本文所设计的码垛机器人系统进行纸箱码垛的工作过程，从图中（a）纸箱从输送线输送至码垛机器人工作位置开始，经过了（b）由码垛吸盘抓手抓取纸箱，（c）运送纸箱，（d）安全将纸箱放下的一系列流程。经过试验测试，如表1所示，该机器人的工作效果与国内外主要竞争对手相比具有明显的优势，纸箱码垛速率能达到15箱/每分钟。具体有如下几点优势： （1）使得原有一条纸尿裤包装线的用工数从30多人缩减为1人，大量解放劳动力。 （2）机器人具有很高的人性化设计，操作简便且安全。 （3）机器人码垛范围大，适用产品范围广，产品码垛后整齐且美观。 （4）码垛效率在国内外具有明显优势。 4 总结 针对智能自动化纸尿裤包装生产线的纸箱码垛要求，本文介绍了研发的码垛机器人系统，包括：全自动栈板机，码垛中转系统以及紧凑型码垛机器人系统的。全自动化栈板机构方便、高效、可靠。码垛中转装置结构简单，运行平稳。，研发的四工位紧凑型机器人码垛系统，大大提高了生产效率。从实际包装的实验数据中进行效率对比中可见，纸箱码垛机器人系统能够跟得上前道工序（理片、装箱等）的节拍，满足了生产线速度快、精度高、稳定性强等要求，提高了国产包装机械设备的竞争力，可促进国内纸品包装行业的全面升级。 5 鸣谢 感谢有关项目的资助：江苏省六大人才高峰（ZBZZ-023），南通市应用研究计划项目（GY12016003） 参考文献： [1]本刊辑.我国智能包裝的发展现状与问题[J].广东印刷，2016（1）：13-14. [2]潘小青.国外包装机械的发展现状[J].山东工业技术，2016（12）：215-215. [3]吴士宝.中国包装行业发展现状及发展的挑战与机遇分析[J].绿色包装，2017（10）：41-44. [4]申海鹏.库卡展示新型QUANTEC码垛机器人助力包装工业[J].食品安全导刊，2013（4）：37-37.38（5）：40-44. [5]李红果，刘新乐，徐德众，等.一种多垛型机器人码垛系统的设计[J].包装工程，2017，38（5）：40-44. [6]谢晋，张伟，金杰峰，等.码垛生产线物流控制系统设计[J].制造业自动化，2014（16）：134-140. 作者简介：黄瑞华（1980-），男，江苏海门人，本科，中级职称，装箱机，开箱机及生产自动化技术方向。 |
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