吳科龍 李雪鋒 譚澤華
摘要:真空包裝的鹵燒鴨、水果,PE保鮮袋包裝的水果、蔬菜等,因其外形多樣,無法用常規(guī)的吸盤、夾具進行抓取。表面凹凸不平,甚至無法準確定位,吸盤無法適應。果、蔬、肉等產品由于表面松軟及外觀要求,普通的夾具會破壞產品的里部及外觀。該設計在運輸過程中,將產品頂起,然后進行抓取,解決了傳統(tǒng)抓手無法克服的問題。通過實際應用,該方案解決了真空包裝、PE膜包裝無法自動化包裝的難點,為客戶節(jié)省了7人,班,生產效率提高300%以上,改善了勞動環(huán)境。
關鍵詞:工業(yè)機器人;工業(yè)自動化;袋裝產品裝框;軟袋裝框
中圖分類號:TP242.2 文獻標志碼:A 文章編號:1009—9492(2021)03—0171—03
0引言
聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包裝袋等塑料袋廣泛應用在工業(yè)、食品自動包裝行業(yè),但由于聚乙烯薄膜袋、聚氯乙烯包裝袋厚度薄、硬度不高,傳統(tǒng)的吸盤抓手無法抓取包裝產品的袋子。而機械式夾具由于靠夾緊力、摩擦力抓取產品,會破壞里面的產品。本設計采用頂升式將袋裝產品頂起,并用手指式夾爪將產品夾起。該結構設計簡單,但結構和方法新穎,具備穩(wěn)定、可靠、實用的特點。采用夾爪加頂升機構,可以完全避免吸盤式漏抓、抓取不牢的情況,保證了穩(wěn)定性、可靠性。同時提高了生產的自動化和包裝效率,減少勞動人員,為企業(yè)增加效益。
1總體方案
系統(tǒng)布局如圖1所示,機器人自動裝框系統(tǒng)主要由工業(yè)機器人、手指式夾爪、產品輸送帶、圓型輸送皮帶、頂升機構、輸框滾筒、光電傳感器組成。
1.1主要硬件組成
1.1.1工業(yè)機器人
本方案中采用啟帆工業(yè)機器人,型號為SRD20-1700機型。該機型有效負載20kg,行程1700 mm,6軸機器人,如圖2所示。選型中參考了生產速度、夾具自重和產品質量、生產線速度配合等因素。結合方案的空間距離、路徑、抓放節(jié)拍等綜合因素考慮,暫定工業(yè)機器人每分鐘約10個循環(huán)。若夾具每次抓取4袋,即機器人每分鐘循環(huán)運動約8.25次,滿足速度要求。
1.1.2產品輸送帶
輸送帶作用是輸送袋裝產品,將產品輸送到抓取位。輸送帶結構簡單,由皮帶、動力機構、張緊機構等組成。傳送帶設計時考慮產品質量、線速度、皮帶有效寬度等。
1.1.3圓型輸送皮帶
圓型輸送皮帶是由截面為圓形的PU材質組成的環(huán)形皮帶。輸送皮帶的主動輪、從動輪均有與圓形皮帶截面一致的圓弧槽,圓型皮帶安裝在槽內。皮帶與皮帶之間有空間,有利于安裝其他機構。
1.1.4頂升機構
頂升機構是由氣缸、頂桿組成的機構。該機構由電磁閥、氣缸、頂桿、光電等組成。該結構簡單,當光電感應到有物料到達時,電磁閥啟動后氣缸向上頂起。
1.1.5輸框滾筒
輸框滾筒主要功能是利用滾筒的摩擦力將塑料框輸送到抓取位置。其主要由動力機構、滾筒、框架組成,該設備結構簡單,是一種常見的標準設備。滾筒設計時主要從輸送產品的長寬、質量、線速度等考慮。
1.1.6光電傳感器
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。光電傳感器分別安裝在輸送機構的開始端和末端,用于檢測產品到達位置的檢測。
2末端執(zhí)行器結構設計
該夾爪的工作原理:左、右汽缸分別在收縮狀態(tài)時,夾爪為打開最大狀態(tài),伸出狀態(tài)時為夾爪最小狀態(tài)。打開、收縮的大小可以通過汽缸調節(jié)大小。夾爪桿為304不銹鋼制造,符合食品、化工的要求,且光滑無阻力。夾具的結構如圖3所示。
其中,夾爪的力必須大于產品質量,且必須有安全余量。當夾具抓取產品時,其受力圖如圖4所示。夾力F跟驅動力F的關系如下。
3控制系統(tǒng)設計
3.1系統(tǒng)控制模塊
電氣控制采用三菱FX3U系列PLC,該PLC廣泛應用于各種自動生產線上。根據系統(tǒng)控制需求,系統(tǒng)I/O端口如表1所示。
3.2生產工藝流程
工藝流程如圖5所示。
產品經上游工序包裝好后輸送到產品輸送帶上,輸送帶將產品輸送到圓形皮帶機構上,當產品到達末端時,光電傳感器1得到信號,頂升機構1動作,將產品頂起。與此同時,產品輸送帶、圓形皮帶繼續(xù)動作,將后面的產品往向輸送。當光電傳感器2得到信號,頂升機構2動作,將產品頂起。光電傳感器1、2將信號發(fā)送給PLC,PLC再將信號發(fā)送給工業(yè)機器人,工業(yè)機器、夾具動作,將產品抓起并放人框中。
4應用驗證
測試時與上工序包裝機進行對接,當有產品到達并符合觸發(fā)條件時,各機構進行動作且執(zhí)行預先設定的動作、數(shù)量,動作過程如下:
(1)圖6所示為初始化狀態(tài),工業(yè)機器人在抓取位上方等待,塑框到位,頂升機構收縮,輸送帶運動;
(2)如圖7所示,當產品到達頂升工位1時,頂升機構將產品頂起,并等待下一組產品到達;
(3)如圖8所示,產品達到頂升工位2時,頂升機構將產品頂起;
(4)如圖9所示,機器人抓取產品,并放入框中,完成一個抓取裝框的過程。
5結束語
本設計適用于吸盤機構和夾爪無法適應的塑料包裝的產品,如散裝水餃、散裝肉丸、袋裝醋、袋裝牛奶、袋裝洗衣液、袋裝洗潔精等。由于采用將產品頂起后,再抓取產品裝箱,不再受產品的外形限制、包材限制及產品特性限制,提高了生產線的自動化水平,減少人工并提高了效率。
采用自動化前,需要10人/班進行生產,每分鐘裝3框左右,而且由于靠近機器附件,勞動環(huán)境惡劣,如噪聲、高溫、長時間站立等。自動化上線后,整線需要2人/班進行巡視設備,節(jié)省至少7人/班,為企業(yè)節(jié)省了人工開支。生產速度達到10框左右,提高近3倍效率,對機器進行了隔離,解決了高溫、噪聲、長時間站立等問題,改善了勞動環(huán)境。