一种包装机器人的设计

莫盛秋

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

一种包装机器人的设计

莫盛秋

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

介绍了一种包装机器人的设计。采用精密定距送纸系统，通过X形刀片横切和直线刀片纵切的组合切割方式，获取包装物品的六边形纸。再经布置于机构中、受程序控制的智能液压系统对形纸和物品进行包裹折叠和封口粘贴，完成物品的包装。包装机器人代替人工操作，生产效率高，尺寸适应性强，包装物品外表整齐统一。包装机器人的开发具有较大的市场发展前景。

物品包装； 机器人； 组合切割； 液压智能系统

0 引言

通常情况下物品在运输前，往往需要进行包装，特别是重要物品或食品等还需内包装，以便防尘、防潮、防污染等。目前国内物品的包装，特别是内包装有相当一部分是依靠人工来完成，效率低，不规范，卫生等方面难保证。虽然现在市面上也有一些用于物品包装的热封机、真空包装机等设备，但其一般是先封口后包紧，工作过程较复杂，需要设备台数多，占地面积大，投入大，能耗大。对于不能用热封，如纸质等包装材料，或者不能采用加热收缩的包装工艺时，现有的设备还不能满足需要，需要进行新的包装设备的开发，以满足不同的市场需求。

本项目是一种用于对各类产品、固体食品等物品的内层或外层的包装和封装的设备。它能够按照被包装物品的长宽高把包装材料平整折叠包裹在被包装的物品表面，再通过粘胶机构将其封粘牢固。它的特点是工作效率高，能耗少，规格大小可调，包装物品外表整齐、美观、统一[1]。

1 包装机器人的组成

包装机器人的结构如图1所示。其主要由包装纸收放及送料机构、横向与纵向切割机构、压纸定位与侧向折叠机构、端面折叠机构、粘胶机构、机体、工作平台、气垫升降机构及电气控制系统等部分组成。

1.1 包装纸卷收放及送料机构

包装纸卷收放及送料机构主要包括放纸卷辊17、收纸卷辊18、纸带放卷电机27、纸带收卷电机31等零部件组成。在电气控制下能保证包装纸间歇运动的距离并维持一定的张力。送料机构主要有送料气缸26、推手35等部件，它们将被包装物品准确送至工作台包装区域，能实现稳定连续自动送料。包装纸收放纸卷及送料机构见图2所示。

图2 包装纸卷收放及送料机构图

1.2 横向与纵向切割机构

横向切割机构主要包括横向裁纸气缸14以及X形刀片15。X形刀片在包装纸上裁出的X形切口如图3所示。纵向切割机构主要由刀架升降气缸9、刀架23、纵向裁纸刀25、弹簧压垫5等零部件组成。刀架升降气缸可带动刀架、裁纸刀一同上下运动，弹簧压垫使纸张保持平整，横向与纵向切口如图4所示。

图3 横向X形切口图图4 横向与纵向切口效果图

1.3 压纸定位与侧向折叠机构

压纸定位机构主要由压纸气缸3、压纸架4及物品升降气垫22组成，其作用是将剪裁好后的形纸连与物品准确推入工作台凹槽包装工位内。侧向折叠机构主要由两个对称分布于工作台凹槽两侧的折叠气缸26等部件组成。压纸定位机构见图5所示。

图5 压纸定位机构图

1.4 端面折叠机构

端面夹纸折叠机构由两组对称于物品两端的夹持机构和顶升机构组成。主要包括端面夹纸气缸36、端面夹纸夹头37、端面升降气垫21、端面折叠气缸11等零部件。夹纸气缸为两对，其工作时推动夹纸夹头将物品两端已被折成方形管的纸筒从两侧面向内靠拢后即退回，此时端面气缸上升将包装纸底部往上折、两头的端面折叠气缸再将包装纸折弯成水平状。端面夹纸折叠机构见图6所示。

图6 端面折叠机构

1.5 粘胶机构

粘胶系统由胶带支架升降机构、胶卷收放机构、粘胶机构等组成，主要包括胶带支架升降气缸1、胶带放卷辊7、胶带收卷辊2、胶带支架8、胶带放卷电机32、胶带收卷电机33、粘胶气缸12、贴胶压头13等零部件。通过电器控制获得胶带间歇输送长度和适当的张力。粘胶机构见图7所示。

图7 粘胶机构图

1.6 机体、工作平台及气垫升降机构

机体是将以上机构固定于一体，保证机器人工作稳定可靠。工作平台采用模块组合，通过丝杆、导柱配合，可作横向与纵向运动，以便于机器适应不同规格物品的包装。气垫升降系统由物品升降气垫22及端面升降气垫21等部件组成，其中端面升降气垫为一对，成对称分布。

1.7 机构控制系统

包装机器人选用伺服电机和程序控制系统，重点保证纸带、胶带运动的长度精准，并保持相应的张力，使各个机构按照设计的程序进行工作[2]。

2 包装机器人的工作原理

首先由包装纸卷收放系统定距离输送一次包装所需纸带的长度，然后横向切割系统工作，由横向裁纸气缸带动X型刀片将包装纸切出X形切口。当纸带继续运动进入到纵向切割系统后，送料系统将需包装物品送至纸带当中，随后刀架升降气缸带动刀架下降，弹簧压垫压紧纸面，纵向裁纸气缸带动纵向裁纸刀对纸带进行切割。切割后所得的纸形为六边形，并与纸带脱离。此时压纸系统随压纸气缸下降，压纸架将物品与包装纸推入工作台凹槽内，物品升降气垫同时下降。侧面折叠系统开始工作，先由一侧气缸带动滑板将包装纸折成水平状，另一侧再将纸折成水平状，当包装纸在物品两端形成一个方形管状时，设置在物品两头、凹槽两侧的夹纸机构开始工作，夹纸夹头将方形纸管中部向内推进至靠拢后退回，此时端面升降气垫上升，将纸由水平状折成垂直状态，再由端面折叠气缸带动滑板将纸折成水平状。此时粘胶系统开始工作，胶带支架升降气缸带动粘胶机构下降至已经折叠好的包装纸时，粘胶气缸带动贴胶压头将胶片压出贴紧在包装纸上、使包装纸紧紧包裹在物品外表上。最后通过物品升降气垫将已包装好的物品推出工作台的凹槽，在纸带带动下移出包装工位，物品包装即完成。

3 包装机器人的性能与特点

1)包装机器人通过机、电、气结合及智能化控制，实现物品的自动化包装，代替了人力劳动。

2)包装机器人工作过程不需要采用热封或热收缩包装物品，特别适用于对热敏感物体(如塑胶电路板等)的包装。故其对包装材料适应范围广，不论纸质或塑料材料都能使用。包装机器人在常温下工作，对被包装的物品、包装材料不会造成损伤。

3)包装机器人工作过程是位于型腔内进行，故包装外表平整密实、轮廓美观[3]。

4)包装机器人工作台为模块组合，其长宽可调整，故其适应于外形尺寸不同、多种规格物品的包装[4]。

5)包装机器人自动化程度高、在封闭状态下工作，安全可靠，可一人管理多机，节省人工和生产成本。

6)包装机器人工作过程基本是在一个工位上完成，其占用场地少，机器结构紧凑，运输安装方便。

4 结束语

随着市场需求的发展、工业和农业产品的增加、食品品种的增多，需要进行内外包装的产品在不断地增加。而目前有很多产品还是依靠人工来完成。因此，包装机器人的研制和开发具有巨大的市场前景，它的使用将会带来很好的社会效益和经济效益。

[1] 任成元. 产品设计[M].北京：机械工业出版社， 2016： 8-11.

[2] 张广明， 李果， 朱炜. 机械系统PLC控制技术[M]. 北京： 国防工业出版社， 2009： 226-233.

[3] 杨义勇. 现代机械设计理论与方法[M]. 北京： 清华大学出版社， 2014： 300-307.

[4] 马履中. 机械原理与设计[M]. 北京： 机械工业出版社， 2010： 165-169.

A Design of a Packaging Robot

MO Shengqiu

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

This paper introduces the design of a packaging robot. Using precision distance paper feeding system, through the way of the combination of the X blades' crosscutting cutting and straight blade' slitting cutting, hexagon paper for packaging items is finished. Through the intelligent hydraulic system controlled by the program, the paper and articles are wrapped and sealed and pasted to complete the packaging. The packaging robot replaces the manual operation. The production efficiency is high, the dimension is adaptable, and the packaging article appearance is neat and unified. The packaging robot has the big market development prospect.

goods packaging; robot; composite cutting; hydraulic intelligent system

2017-10-12

莫盛秋(1957-)，男，研究员级高级工程师，主要研究方向：机械创新设计、精密模具设计

TP 242

B

1672-2434(2017)06-0019-03

李娟]