浅谈工业机器人在制药行业的应用

2015-03-14曲斌

机电信息 2015年17期

曲斌

（东北制药集团股份有限公司，辽宁沈阳110026）

0 引言

作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。目前，我国工业机器人主要用于汽车工业及汽车零件工业，占整个机器人市场的60%以上，食品工业仅占2%左右，药品行业占的比例就更加少了。相对于日渐趋于饱和的汽车市场使用量，工业机器人在制药行业应用的增长空间较大，未来制药领域的工业机器人数量会有望超过汽车制造业。

随着制药工业技术的不断发展，自动化、智能化的机器人现正渐渐成为药品生产制造过程中的主要角色。机器人开发行业也同样认清现状，针对医药行业的特殊性，在清洁卫生、防水抗菌、拾取目标物多样性等方面提出了特殊要求。因此，医药行业的工业机器人主要应用在分拣、取件及处理、自动检测、搬运及码垛等领域。由于机器人基本用于识别和选取工作，因此该领域也对使用的机器人的视觉技术提出了较高的要求。

1 灯检机器人

在一条传统的人工包装生产线上，灯检工作占用了大量的人工和生产时间，并且在药品监管要求提高和用工成本不断攀升的今天，大量的灯检工作更是成为限制制药生产效率的瓶颈环节。而灯检机器人通过视觉系统的应用能帮助减轻大量的灯检工作，并且在持续重复的工作中保持良好一致的作业稳定性。

这方面的应用在水针剂灯检岗位体现最为明显，例如小容量水针剂灯检岗位应用的新型安瓿自动灯检机（图1）。

图1 安瓿自动灯检机

为适应现代制药业生产线的要求，该机主要针对无色透明液体或者有色半透明液体的异物检测而设计，接在灌装机后段、贴标和包装系统前段的检测设备。其用于检测液体中可能存在的如玻屑、纤维、溶渣等可见异物，并自动剔除不合格产品。这种设备能够准确地分辨出合格品和不合格品，可减少灯检工作人员，提高生产效率，降低人眼因疲劳导致漏检的几率。该机根据机器的视觉原理，采用摄像机拍摄生产线上的药瓶的图像，把图像传入计算机后，计算机通过软件算法判断该样品中是否有可见异物杂质。若有杂质，则发出指令通过PLC控制把次品分拣送入不合格品出瓶盘；若没有杂质，则进入合格品出瓶盘，完成灯检。其中，利用伺服电机和齿轮来控制药瓶的传送、交接工作，同时利用伺服电机带动异物检测装置作同步跟踪运动，对安瓿瓶的药液部分进行拍摄。安瓿瓶药液在旋转过程中，依据液体中的杂质运动轨迹以及形状大小等将其区别出来。当检测完成后，摄像机马上又返回到跟踪起点，返回图像处理系统进行图像比对，并在新一轮的检测前输出分析结果，如此反复。

此类机器人操作与人工操作进行对比有如下特点：（1）灯检机器人能自动完成等距分隔进瓶。自动对待检瓶旋转并刹车，有利于液体中杂质的运动，方便检测。而人工灯检，需要连续多次翻转，整齐码的安瓿瓶，费时费力。（2）同步时序控制系统，提高成像质量，提高微小异物检测的可靠性（最小可区分40μm的异物），并采用视觉成像原理检测，对可见异物判断更加准确。若采用人工检查，由于人员有视觉疲劳出现，漏检率会比机器高，另外人眼通常对微小异物的分辨率也不如机器人。（3）能够实现对次品的自动剔除，能实现合格品与次品分类统计。若采用人工检查时，仅能够实现分类处理，但很难对合格品和不合格品分类进行数量统计。

2 包装机器人

近年来，随着高科技的迅猛发展，机器人在包装工序也发挥着越来越重要的作用。在制药包装领域中，机器人扮演着非常重要的角色，有效地提高了效率，降低了成本，应用前景异常广阔。长期以来，用户需要的是一种产能高、适合于包装盒、包装箱的自动化铝塑包装设备。随着市场对小包装药品需求量的增加，企业对铝塑包装设备的需要也发生了变化。如今的铝塑包装设备应能迅速完成包装规格、形式的转换，传统的单一产品包装线已被逐渐淘汰。由此，机器人技术的高灵活性Siebler系列铝塑包装生产线诞生。

随着对铝塑膜包装需求的增加，对能够适应不同产品、不同包装形式、高灵活性包装生产线的要求也与日俱增。机器人技术支持的传送工位不仅能够实现包装产品的快速换型，而且也通过内置的质量保证系统赢得了人们的信赖。

随着卫生型、易用型拾料包装机器人的推出，以及集成视觉系统的可冲洗版高速机器人的问世，人们越来越关注机器人在提高产量、稳保质量、改善卫生条件等方面的优势。

自动化机器人是包装设备的发展趋势，它的出现使工程师们能够设计出更加灵活的、故障率更低的，同时也有着更高效率和性能的包装机械。机器人解决方案能够创造切切实实的效益。可以预测，机器人技术将以空前的速度在食品、制药等行业得到普及。

3 机械手

另一种在制药行业广泛应用的工业机器人为机械手（图2）。机械手被称为最早期的工业机器人，能模仿人手和臂的某些动作功能，是用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在工业生产中，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，所以也可以形象地称之为自动化行业的“左膀右臂”。

图2 机械手

在现代制药生产过程中，机械手被广泛地运用于自动生产线中，机械手的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴的技术。例如：日本HARMO机械手臂，是一种高精密度机械传动产品。其机械部分相对比较简单，同样由滑轨和滑块组成，但是其组装后具有很高的本体平行度和垂直度，是它能够拥有重复定位精度达±0.01 mm的重要原因。控制部分则是使用了闭环控制的方式，将传统的开环控制方式完全颠覆，使机械手的控制更人性化，精度更高。机械本体安装光电编码器，将机械手滑块的运动情况实时反馈给控制器，控制器则根据给出和接收到的信号对滑块位置进行校正，从而达到高移动精度。

在药品贮存和搬运的过程中，药品的移动和吊装过程需要大量的人工来完成，搬运人员疲劳作业使安全系数降低，工作周期延长，远远不能满足现代药品生产的要求。为此有必要设计一台能够用于搬运药品的机械手。综合工作环境、工作性质和质量要求，研究者确定机器人研制参数，确定此类搬运机械手为可自由转动的通用机械手，手部可按工作需要随时更改，手部或有夹持式手指，或有吸盘式机械臂，可完成水平移动、上下移动、旋转移动等操作，因此该类机械手可应用于各类搬运作业。