机器人在袋装产品的自动装框应用

吴科龙　李雪锋　谭泽华

摘要：真空包装的卤烧鸭、水果，PE保鲜袋包装的水果、蔬菜等，因其外形多样，无法用常规的吸盘、夹具进行抓取。表面凹凸不平，甚至无法准确定位，吸盘无法适应。果、蔬、肉等产品由于表面松软及外观要求，普通的夹具会破坏产品的里部及外观。该设计在运输过程中，将产品顶起，然后进行抓取，解决了传统抓手无法克服的问题。通过实际应用，该方案解决了真空包装、PE膜包装无法自动化包装的难点，为客户节省了7人，班，生产效率提高300%以上，改善了劳动环境。

关键词：工业机器人;工业自动化;袋装产品装框;软袋装框

中图分类号：TP242.2 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0171—03

0引言

聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包装袋等塑料袋广泛应用在工业、食品自动包装行业，但由于聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包装袋厚度薄、硬度不高，传统的吸盘抓手无法抓取包装产品的袋子。而机械式夹具由于靠夹紧力、摩擦力抓取产品，会破坏里面的产品。本设计采用顶升式将袋装产品顶起，并用手指式夹爪将产品夹起。该结构设计简单，但结构和方法新颖，具备稳定、可靠、实用的特点。采用夹爪加顶升机构，可以完全避免吸盘式漏抓、抓取不牢的情况，保证了稳定性、可靠性。同时提高了生产的自动化和包装效率，减少劳动人员，为企业增加效益。

1总体方案

系统布局如图1所示，机器人自动装框系统主要由工业机器人、手指式夹爪、产品输送带、圆型输送皮带、顶升机构、输框滚筒、光电传感器组成。

1.1主要硬件组成

1.1.1工业机器人

本方案中采用启帆工业机器人，型号为SRD20-1700机型。该机型有效负载20kg，行程1700 mm，6轴机器人，如图2所示。选型中参考了生产速度、夹具自重和产品质量、生产线速度配合等因素。结合方案的空间距离、路径、抓放节拍等综合因素考虑，暂定工业机器人每分钟约10个循环。若夹具每次抓取4袋，即机器人每分钟循环运动约8.25次，满足速度要求。

1.1.2产品输送带

输送带作用是输送袋装产品，将产品输送到抓取位。输送带结构简单，由皮带、动力机构、张紧机构等组成。传送带设计时考虑产品质量、线速度、皮带有效宽度等。

1.1.3圆型输送皮带

圆型输送皮带是由截面为圆形的PU材质组成的环形皮带。输送皮带的主动轮、从动轮均有与圆形皮带截面一致的圆弧槽，圆型皮带安装在槽内。皮带与皮带之间有空间，有利于安装其他机构。

1.1.4頂升机构

顶升机构是由气缸、顶杆组成的机构。该机构由电磁阀、气缸、顶杆、光电等组成。该结构简单，当光电感应到有物料到达时，电磁阀启动后气缸向上顶起。

1.1.5输框滚筒

输框滚筒主要功能是利用滚筒的摩擦力将塑料框输送到抓取位置。其主要由动力机构、滚筒、框架组成，该设备结构简单，是一种常见的标准设备。滚筒设计时主要从输送产品的长宽、质量、线速度等考虑。

1.1.6光电传感器

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器分别安装在输送机构的开始端和末端，用于检测产品到达位置的检测。

2末端执行器结构设计

该夹爪的工作原理：左、右汽缸分别在收缩状态时，夹爪为打开最大状态，伸出状态时为夹爪最小状态。打开、收缩的大小可以通过汽缸调节大小。夹爪杆为304不锈钢制造，符合食品、化工的要求，且光滑无阻力。夹具的结构如图3所示。

其中，夹爪的力必须大于产品质量，且必须有安全余量。当夹具抓取产品时，其受力图如图4所示。夹力F跟驱动力F的关系如下。

3控制系统设计

3.1系统控制模块

电气控制采用三菱FX3U系列PLC，该PLC广泛应用于各种自动生产线上。根据系统控制需求，系统I/O端口如表1所示。

3.2生产工艺流程

工艺流程如图5所示。

产品经上游工序包装好后输送到产品输送带上，输送带将产品输送到圆形皮带机构上，当产品到达末端时，光电传感器1得到信号，顶升机构1动作，将产品顶起。与此同时，产品输送带、圆形皮带继续动作，将后面的产品往向输送。当光电传感器2得到信号，顶升机构2动作，将产品顶起。光电传感器1、2将信号发送给PLC，PLC再将信号发送给工业机器人，工业机器、夹具动作，将产品抓起并放人框中。

4应用验证

测试时与上工序包装机进行对接，当有产品到达并符合触发条件时，各机构进行动作且执行预先设定的动作、数量，动作过程如下：

（1）图6所示为初始化状态，工业机器人在抓取位上方等待，塑框到位，顶升机构收缩，输送带运动;

（2）如图7所示，当产品到达顶升工位1时，顶升机构将产品顶起，并等待下一组产品到达;

（3）如图8所示，产品达到顶升工位2时，顶升机构将产品顶起;

（4）如图9所示，机器人抓取产品，并放入框中，完成一个抓取装框的过程。

5结束语

本设计适用于吸盘机构和夹爪无法适应的塑料包装的产品，如散装水饺、散装肉丸、袋装醋、袋装牛奶、袋装洗衣液、袋装洗洁精等。由于采用将产品顶起后，再抓取产品装箱，不再受产品的外形限制、包材限制及产品特性限制，提高了生产线的自动化水平，减少人工并提高了效率。

采用自动化前，需要10人/班进行生产，每分钟装3框左右，而且由于靠近机器附件，劳动环境恶劣，如噪声、高温、长时间站立等。自动化上线后，整线需要2人/班进行巡视设备，节省至少7人/班，为企业节省了人工开支。生产速度达到10框左右，提高近3倍效率，对机器进行了隔离，解决了高温、噪声、长时间站立等问题，改善了劳动环境。