SCARA机器人在香肠自动上料机中的应用研究

何文明　广州达意隆包装机械股份有限公司



SCARA机器人在香肠自动上料机中的应用研究

何文明广州达意隆包装机械股份有限公司

现在，食品包装中，前段包装由于产品比较规则，易于实现自动化，后段产品不规则，基本上采用人工完成。由于人工包装存在卫生难于控制，而且产量也很难提高，严重影响了整线效率，急需自动化的设备来弥补。

SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移φ1 和φ2，及移动关节的位移z决定的，即p=f（φ1，φ2，z）。这类机器人的结构轻便、响应快，最大运动速度可达10m/s，比一般关节式机器人快数倍。它最适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。例如，快速将一件小物件从一条输送带移动到另一条输送带上并排列好。其串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件。

以香肠自动上料为例，目前，市场上卖的香肠经过灌装机灌好后，送到蒸炉里蒸熟，然后人工将香肠从中间分隔处截断，放入周转框。人工再将香肠一个个放入拉伸膜机下膜的凹槽内。由于香肠的不规则性，很难用常规的设备实现自动上料。传统香肠的上料方式主要是靠人工，人工放一筐肠在拉伸膜机正上方，然后用手一个个将香肠放入拉伸膜机的下膜上。这种上料方式，效率比较低，劳动强度大，而且卫生比较难控制。由于现有的拉伸膜机一直采用人工上料，故上料的位置很小，如果采用并联机器人，就只能安装一台并联机器人，一台并联机器人上料效率仍然较低，无法满足产量需求。由于SCARA机器人体积相对小，采用合理的布局方式，可以布置两台，这样就在有限的空间里满足产量的要求。

为了解决香肠每根不规则都能被机器人准确的抓取到，就必须给机器人装上“眼睛”，即配上视觉系统，通过SCARA机器人配合视觉系统，相当于给机器人装上了眼睛，完全相当于人的功能了，这样就能解决香肠不规则的问题。其方案如下：

1、工作原理

人工将整框的香肠倒入振动理料机构的料斗内，经过振动，香肠均匀地落入振动输送机上，在振动输送机前进的方向均布了5道凹槽，避免香肠滚动，在振动输送的过程中，香肠会逐渐落入凹槽内，香肠的排列方向也将逐步一致，即短边在前的输送。振动输送机分为三段，前一段都比后一段的速度快，这样就可以将前后的香肠拉开距离。前后和左右间距分开的香肠通过90°转弯后落到抓取输送带上，在抓取输送的上方安装有视觉系统，当香肠从视觉系统的镜头下通过时，视觉系统将采集到每条香肠的坐标，然后将数据传递给机器人控制器，机器人控制器负责将抓取任务分配到每个机器人上；在抓取输送带的斜对角安装有两个水平四轴机器人，每个机器人负责抓取输送带上一半的香肠，放到拉伸膜机一半的位置上，两个机器人刚好将抓去输送带上的香肠全部放倒拉伸膜机上。当下膜放满后，拉伸膜机步进一次，机器人重复下一次抓取。实现香肠的全自动上料。

2、组成部件

图1　基于视觉系统的SCARA机器人香肠上料系统组成原理图

由于拉伸膜机的产量是180根/分钟，如果采用并联机器人，一台是不能满足产量，需要2台，而现有的拉伸膜机是没有足够的空间安装两台并联机器人，故在抓取输送带的两侧布置了两台SCARA机器人，且两台机器人相对抓取输送带呈斜对角设置。每台机器人负责抓取输送带上靠近各自位置的香肠，互不干涉，实现香肠的全自动上料，大大提高上料效率。

人工将整框的香肠倒入振动料斗1，在此处挤压在一起的香肠会被振松散，然后均匀地落到振动输送机2上，香肠在3段振动输送机的整理下，沿着5个通道排列整齐。落到抓取输送带6上，在6的正上方安装有视觉系统3，视觉系统检测到每根香肠的坐标和外形，在标准香肠偏差值内的香肠的坐标传输到机器人控制器，在标准香肠偏差值以外的香肠将不会被视觉识别，这样还可以剔除掉不合格的香肠。机器人控制器将抓取指令发送给机器人4和机器人夹具7，完成香肠的抓放。

（1）振动理料机构

图2　振动理料机构

1.振动料斗2.振动输送机

振动理料机构包括振动料斗和振动输送机，由于香肠是装在周转框内，而且挤压在一起，为了方便上料，需要采用振动料斗将挤压在一起的振松，并均匀的下落到振动输送机上，振动输送机分为三段，每段均布5到凹槽，为了充分利用空间，将第三段振动输送机与第二段振动输送机垂直布置。后一段振动输送机输送速度都比前一段快，而且每一段后端相对于前端都有一个向下的倾角，这样设计有利于香肠的输送。

（2）机器人夹具

图3　机器人夹具

机器人抓取香肠时，为了提高产能，采用3抓1放的方式，即抓3次后放一次，夹具上有3套升降气缸和3套气爪，在抓香肠之前，所有的升降气缸缩回，当抓取第一根香肠时，第一个升降气缸伸出，气爪动作，夹片夹住香肠，然后升降气缸缩回，重复动作抓取第二根和第三根香肠，当抓完第三根香肠后一次性将三根香肠放入拉伸膜机的下膜凹槽内。

在包装机械中，尤其是后段食品包装，有些产品的生产还受到季节的限制，如雪糕、月饼等，每年只在特定的时间生产，采用人工包装，带来生产管理上的麻烦，企业急需自动化的设备取代人工。部分企业基于成本和回报率的考虑，是否采用机器人还在犹豫中。SCARA机器人的低成本，完全可以解决这一问题。多台机器人在同一生产线上的协同工作，整合外围系统，可以打造精简、高效的机器人工作站，呈现更高的灵活性并逐步实现智能生产，达成高效率的自动化，增加生产弹性，提高产能。