文/本刊記者 葉兮
包裝行業(yè)不斷追求自動(dòng)化和智能化，早期以人工為主的包裝工序顯然存在著效率和效益等多重問題，隨著機(jī)器人在包裝行業(yè)的滲透，從揀選、包裝到碼垛和搬運(yùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)都有了一定的自動(dòng)化率。
目前，機(jī)器人在食品、飲料、日用品及化工行業(yè)包裝環(huán)節(jié)都有較多應(yīng)用案例，從前段包裝到后段包裝，自動(dòng)化生產(chǎn)線必將是未來探索的新模式，不少企業(yè)已經(jīng)在這一領(lǐng)域有所動(dòng)作。
揀選
揀選作業(yè)是由機(jī)器人來進(jìn)行品種揀選，如果品種多，形狀各異，機(jī)器人需要帶有圖象識(shí)別系統(tǒng)和多功能機(jī)械手，機(jī)器人每到一種物品托盤就可根據(jù)圖象識(shí)別系統(tǒng)“看到”的物品形狀，采用與之相應(yīng)的機(jī)械手抓取，然后放到搭配托盤上。
目前抓取分揀機(jī)器人在包裝行業(yè)應(yīng)用不是很多，有部分企業(yè)在嘗試和研發(fā)生產(chǎn)中。未來，空無一人的倉庫，一臺(tái)臺(tái)機(jī)器人將貨架送到包裝臺(tái)，通過準(zhǔn)確識(shí)別貨物，分揀出需要的商品，打包后放在傳輸帶上。這不是科幻電影，而是未來智能化的包裝分揀現(xiàn)場。
分揀機(jī)器人已經(jīng)形成了樣機(jī)，一旦這些智能化的分揀機(jī)器人應(yīng)用于包裝行業(yè)，將極大地提高倉儲(chǔ)管理的工作效率，壓縮人工成本。分揀機(jī)器人要進(jìn)入市場仍需一段時(shí)間，短期內(nèi)包裝揀選必然是以自動(dòng)化與人工輔助的形式存在的。
當(dāng)前，分揀機(jī)器人一般以并聯(lián)機(jī)器人為主，也就是所謂的蜘蛛手，通常是四軸，也有六軸并聯(lián)機(jī)器人。
并聯(lián)六軸機(jī)器人結(jié)構(gòu)是發(fā)那科獨(dú)有的，這種設(shè)計(jì)可以使得這款機(jī)器人產(chǎn)品擁有很高的柔性。在工作中不僅可以隨意地變換物品的角度，更適用于整列、裝配等多種作業(yè)。據(jù)悉該產(chǎn)品配有適應(yīng)復(fù)雜裝配作業(yè)的多軸手腕，靈活程度不亞于人類的手指，無論是分揀、標(biāo)注，還是插取、搬運(yùn)，它靈巧自如的手抓，流暢高效的作業(yè)，應(yīng)用自如地為包裝行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)提供了完善的解決方案。
包裝
在包裝行業(yè)，分揀的動(dòng)作一般以效率為第一要求，而難度系數(shù)同樣較大的則是包裝，要把零散的物品準(zhǔn)確放置在包裝袋或者包裝箱內(nèi)，這不僅考驗(yàn)機(jī)器人的靈活性和準(zhǔn)確度，而且要求機(jī)器人具備視覺和可計(jì)算的功能。
產(chǎn)品包裝一般有多種形式，根據(jù)物件的形狀、材質(zhì)、重量以及對(duì)潔凈度的要求，包裝程序較為復(fù)雜。比如集合包裝裝箱：一次將多個(gè)包裝件進(jìn)行一次裝箱。粉料大袋的袋裝：一次性將粉料裝入特定軟袋中。高速的裝盒裝箱折邊封合多工位包裝：一些大型紙箱和托盤的多工位快速包裝，如將紙箱裝填完貨物后的折邊、壓邊、封合等。重物的搬運(yùn)捆扎：靠人搬運(yùn)難以實(shí)現(xiàn)的重型產(chǎn)品的包裝、搬運(yùn)和捆扎。易脆物品的包裝：一次性將成組的瓶裝產(chǎn)品進(jìn)行裝箱。有害液體的包裝化學(xué)和農(nóng)藥等對(duì)人體有害液體的灌裝。識(shí)別和檢測：對(duì)一些包裝產(chǎn)品和包裝貨物在不同條件下，不同部位的自動(dòng)識(shí)別和多種信息檢測，同時(shí)還具有分級(jí)和分類的功能。
目前包裝這一工序的機(jī)器人主要有以下幾種。裝袋機(jī)器人：裝袋機(jī)器人是機(jī)座固定回轉(zhuǎn)式，機(jī)身可360度旋轉(zhuǎn)，由機(jī)械手完成包裝袋的輸送、開袋、計(jì)量、充填、縫袋和給出堆碼。這是一種智能化較高的包裝機(jī)器人。裝箱機(jī)器人：類似裝袋機(jī)器人，一般金屬和玻璃包裝容器的裝箱用剛性包裝箱機(jī)器人完成。對(duì)裝箱包裝（物品）的抓取有機(jī)械式和氣吸式兩種。它可整體移動(dòng)。對(duì)包裝件進(jìn)行抓取或吸附，然后送人指定位置上的包裝箱或托盤中。它具有方向性和位置自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，可實(shí)現(xiàn)無箱（托盤）不卸貨和方向調(diào)節(jié)。這類機(jī)器人是一種較為成熟的機(jī)器人，應(yīng)用很廣。如飲料、啤酒，化妝品，香煙等。灌裝機(jī)器人：這是一種將包裝容器充滿液體物料后，進(jìn)行計(jì)量、輸蓋、壓蓋（旋蓋）和識(shí)別的機(jī)器人。它具有無瓶不輸料、不蓋不輸瓶、破瓶報(bào)警和自動(dòng)剔除等功能。在過去我們很多液體物料的灌裝主要是用這種機(jī)器人的局部功能一一機(jī)械手裝于生產(chǎn)線上，而今，已是將這種機(jī)器人直接配置在物料生產(chǎn)主機(jī)的后部，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)灌裝。灌裝機(jī)器人有軟包裝和硬包裝之分。這里分析的是硬包裝（裝瓶）灌裝機(jī)器人。包裝輸送機(jī)器人： 這種機(jī)器人在包裝工業(yè)中主要指塑料瓶包裝輸送用的機(jī)器人，是利用動(dòng)力和特殊的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)瓶體（空瓶）的輸送，將瓶桶中的包裝瓶單件快速輸出排列，然后給予一個(gè)特定（方向、大小）的力。使瓶體準(zhǔn)確地在空中經(jīng)過拋物線路線到達(dá)充填工件。這種機(jī)器人改變了傳統(tǒng)的輸瓶機(jī)構(gòu)。使得輸送速度加快，輸送空間減小。是一種全新概念的包裝機(jī)器人。它借助于空氣動(dòng)力學(xué)和特殊機(jī)械構(gòu)件而實(shí)現(xiàn)其輸送作業(yè)的。
碼垛
隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場的需要，近年來，機(jī)器人碼垛取代傳統(tǒng)機(jī)械碼垛已是發(fā)展趨勢(shì)。并且由于國內(nèi)企業(yè)的努力，國外碼垛機(jī)器人在我國市場一統(tǒng)天下的局面已經(jīng)打破。碼垛機(jī)器人主要用于石油化工、飼料化肥、醫(yī)藥、建材（水泥）等行業(yè)，可以 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度, 特別是用于高危企業(yè)，確保安全生產(chǎn)。
機(jī)器人碼垛機(jī)是一種仿真人操作、自動(dòng)操作、重復(fù)編程、在三維空間完成規(guī)定作業(yè)的設(shè)備,包括抓起和放置系統(tǒng),能從一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)抓起一個(gè)或多個(gè)面袋,然后將它們放置到預(yù)先設(shè)置好的貨盤上。碼垛機(jī)器人具有很強(qiáng)的操作靈活性,一般位于生產(chǎn)線的后端,用來處理生產(chǎn)線上的物料,替代人工搬運(yùn)碼垛,不僅大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量,同時(shí)也節(jié)省了費(fèi)用。
碼垛作為包裝的重要環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的碼垛設(shè)備已經(jīng)很難滿足各種復(fù)雜包裝的發(fā)展需求，以傳統(tǒng)碼垛設(shè)備為例，機(jī)械式碼垛機(jī)，具有占地面積大、程序更改復(fù)雜、耗電量大等缺點(diǎn)；采用人工搬運(yùn)，勞動(dòng)量大，工時(shí)多，無法保證碼垛質(zhì)量，影響產(chǎn)品順利進(jìn)入貨倉，可能有百分之五十的產(chǎn)品由于碼垛尺寸誤差過大而無法進(jìn)行正常存儲(chǔ)，還需要重新整理。
碼垛機(jī)器人主要有直角坐標(biāo)式機(jī)器人、關(guān)節(jié)式機(jī)器人和極坐標(biāo)式機(jī)器人，碼垛機(jī)器人能適應(yīng)于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝成品碼垛作業(yè)。
目前歐、美、日的碼垛機(jī)器人在碼垛市場的占有率超過了90%，絕大數(shù)碼垛作業(yè)由碼垛機(jī)器人完成。 從效率上說，碼垛機(jī)器人不僅能承擔(dān)高負(fù)重，而且速度和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工。以發(fā)那科目前四軸搬運(yùn)機(jī)器人為例，根據(jù)負(fù)重的不同，分為160Kg、300Kg、450Kg、700Kg等型號(hào)。其在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)到2500mm/s的最大運(yùn)動(dòng)速度；搬運(yùn)能力最高能達(dá)到1500次/小時(shí)。從精度上看，每一臺(tái)碼垛機(jī)器人都有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，極大地保證了作業(yè)精度，且重復(fù)精度可達(dá)±0.5mm，完全可以滿足物流碼垛作業(yè)的定位要求；從穩(wěn)定性上講，目前最先進(jìn)的碼垛機(jī)器人已經(jīng)達(dá)到5軸和6軸，通過相應(yīng)的科學(xué)、合理的剛性機(jī)械本體設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人本體不僅適應(yīng)高負(fù)重、高頻率的碼垛作業(yè)，還能適應(yīng)食品快餐行業(yè)分揀繁瑣，靈活性高的作業(yè)要求。
搬運(yùn)
搬運(yùn)就是將包裝好的產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)街贫ㄎ恢?，通常這個(gè)位置離包裝地點(diǎn)有一定距離，因此移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人成為運(yùn)輸?shù)暮脦褪帧?/p>
AGV機(jī)器人是一種柔性化和智能化物流搬運(yùn)機(jī)器人，在國外從50年代在倉儲(chǔ)業(yè)開始使用，目前已經(jīng)在制造業(yè)、港口、碼頭等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，在國內(nèi)逐漸也有部分企業(yè)重視并應(yīng)用AGV來完成一些簡單的搬運(yùn)任務(wù)。
AGV機(jī)器人在我國汽車、煙草、印鈔、新聞紙等行業(yè)已有大規(guī)模應(yīng)用。其中，汽車制造業(yè)(主要是零部件制造)使用AGV機(jī)器人的占比最高，約占43%;其次是電力行業(yè)，應(yīng)用占比13%;柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、煙草、乳品和飲料行業(yè)的應(yīng)用分別占AGV總量的9%、6%和6%左右。
通常，搬運(yùn)作為包裝的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，主要連接成品和出貨的環(huán)節(jié)，因此，搬運(yùn)機(jī)器人的具有靈活性的特點(diǎn)。對(duì)于包裝完成后的產(chǎn)品，搬運(yùn)機(jī)器人完成了最后一公里的工作。
目前，包裝行業(yè)的機(jī)器人作業(yè)基本屬于工作站的形式，從分揀到包裝、碼垛乃至搬運(yùn)全部由機(jī)器人完成不僅考驗(yàn)著自動(dòng)化生產(chǎn)線的技術(shù)布局，而且有較高成本壓力，況且，部分產(chǎn)品的部分工序尚難以用機(jī)器人完成，因此如何發(fā)揮機(jī)器人的高效性是一個(gè)值得長期探討的課題。
