何文明　廣州達意隆包裝機械股份有限公司

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SCARA機器人在香腸自動上料機中的應用研究

何文明廣州達意隆包裝機械股份有限公司

現在，食品包裝中，前段包裝由于產品比較規(guī)則，易于實現自動化，后段產品不規(guī)則，基本上采用人工完成。由于人工包裝存在衛(wèi)生難于控制，而且產量也很難提高，嚴重影響了整線效率，急需自動化的設備來彌補。

SCARA機器人有3個旋轉關節(jié)，其軸線相互平行，在平面內進行定位和定向。另一個關節(jié)是移動關節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。手腕參考點的位置是由兩旋轉關節(jié)的角位移φ1 和φ2，及移動關節(jié)的位移z決定的，即p=f（φ1，φ2，z）。這類機器人的結構輕便、響應快，最大運動速度可達10m/s，比一般關節(jié)式機器人快數倍。它最適用于平面定位，垂直方向進行裝配的作業(yè)。例如，快速將一件小物件從一條輸送帶移動到另一條輸送帶上并排列好。其串接的兩桿結構，類似人的手臂，可以伸進有限空間中作業(yè)然后收回，適合于搬動和取放物件。

以香腸自動上料為例，目前，市場上賣的香腸經過灌裝機灌好后，送到蒸爐里蒸熟，然后人工將香腸從中間分隔處截斷，放入周轉框。人工再將香腸一個個放入拉伸膜機下膜的凹槽內。由于香腸的不規(guī)則性，很難用常規(guī)的設備實現自動上料。傳統(tǒng)香腸的上料方式主要是靠人工，人工放一筐腸在拉伸膜機正上方，然后用手一個個將香腸放入拉伸膜機的下膜上。這種上料方式，效率比較低，勞動強度大，而且衛(wèi)生比較難控制。由于現有的拉伸膜機一直采用人工上料，故上料的位置很小，如果采用并聯機器人，就只能安裝一臺并聯機器人，一臺并聯機器人上料效率仍然較低，無法滿足產量需求。由于SCARA機器人體積相對小，采用合理的布局方式，可以布置兩臺，這樣就在有限的空間里滿足產量的要求。

為了解決香腸每根不規(guī)則都能被機器人準確的抓取到，就必須給機器人裝上“眼睛”，即配上視覺系統(tǒng)，通過SCARA機器人配合視覺系統(tǒng)，相當于給機器人裝上了眼睛，完全相當于人的功能了，這樣就能解決香腸不規(guī)則的問題。其方案如下：

1、工作原理

人工將整框的香腸倒入振動理料機構的料斗內，經過振動，香腸均勻地落入振動輸送機上，在振動輸送機前進的方向均布了5道凹槽，避免香腸滾動，在振動輸送的過程中，香腸會逐漸落入凹槽內，香腸的排列方向也將逐步一致，即短邊在前的輸送。振動輸送機分為三段，前一段都比后一段的速度快，這樣就可以將前后的香腸拉開距離。前后和左右間距分開的香腸通過90°轉彎后落到抓取輸送帶上，在抓取輸送的上方安裝有視覺系統(tǒng)，當香腸從視覺系統(tǒng)的鏡頭下通過時，視覺系統(tǒng)將采集到每條香腸的坐標，然后將數據傳遞給機器人控制器，機器人控制器負責將抓取任務分配到每個機器人上；在抓取輸送帶的斜對角安裝有兩個水平四軸機器人，每個機器人負責抓取輸送帶上一半的香腸，放到拉伸膜機一半的位置上，兩個機器人剛好將抓去輸送帶上的香腸全部放倒拉伸膜機上。當下膜放滿后，拉伸膜機步進一次，機器人重復下一次抓取。實現香腸的全自動上料。

2、組成部件

圖1　基于視覺系統(tǒng)的SCARA機器人香腸上料系統(tǒng)組成原理圖

由于拉伸膜機的產量是180根/分鐘，如果采用并聯機器人，一臺是不能滿足產量，需要2臺，而現有的拉伸膜機是沒有足夠的空間安裝兩臺并聯機器人，故在抓取輸送帶的兩側布置了兩臺SCARA機器人，且兩臺機器人相對抓取輸送帶呈斜對角設置。每臺機器人負責抓取輸送帶上靠近各自位置的香腸，互不干涉，實現香腸的全自動上料，大大提高上料效率。

人工將整框的香腸倒入振動料斗1，在此處擠壓在一起的香腸會被振松散，然后均勻地落到振動輸送機2上，香腸在3段振動輸送機的整理下，沿著5個通道排列整齊。落到抓取輸送帶6上，在6的正上方安裝有視覺系統(tǒng)3，視覺系統(tǒng)檢測到每根香腸的坐標和外形，在標準香腸偏差值內的香腸的坐標傳輸到機器人控制器，在標準香腸偏差值以外的香腸將不會被視覺識別，這樣還可以剔除掉不合格的香腸。機器人控制器將抓取指令發(fā)送給機器人4和機器人夾具7，完成香腸的抓放。

（1）振動理料機構

圖2　振動理料機構

1.振動料斗2.振動輸送機

振動理料機構包括振動料斗和振動輸送機，由于香腸是裝在周轉框內，而且擠壓在一起，為了方便上料，需要采用振動料斗將擠壓在一起的振松，并均勻的下落到振動輸送機上，振動輸送機分為三段，每段均布5到凹槽，為了充分利用空間，將第三段振動輸送機與第二段振動輸送機垂直布置。后一段振動輸送機輸送速度都比前一段快，而且每一段后端相對于前端都有一個向下的傾角，這樣設計有利于香腸的輸送。

（2）機器人夾具

圖3　機器人夾具

機器人抓取香腸時，為了提高產能，采用3抓1放的方式，即抓3次后放一次，夾具上有3套升降氣缸和3套氣爪，在抓香腸之前，所有的升降氣缸縮回，當抓取第一根香腸時，第一個升降氣缸伸出，氣爪動作，夾片夾住香腸，然后升降氣缸縮回，重復動作抓取第二根和第三根香腸，當抓完第三根香腸后一次性將三根香腸放入拉伸膜機的下膜凹槽內。

在包裝機械中，尤其是后段食品包裝，有些產品的生產還受到季節(jié)的限制，如雪糕、月餅等，每年只在特定的時間生產，采用人工包裝，帶來生產管理上的麻煩，企業(yè)急需自動化的設備取代人工。部分企業(yè)基于成本和回報率的考慮，是否采用機器人還在猶豫中。SCARA機器人的低成本，完全可以解決這一問題。多臺機器人在同一生產線上的協同工作，整合外圍系統(tǒng)，可以打造精簡、高效的機器人工作站，呈現更高的靈活性并逐步實現智能生產，達成高效率的自動化，增加生產彈性，提高產能。