一、国产机器人技术及发展

　　我国工业机器人研制始于197.2年，至今大致经历了70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期3个阶段。经过40多年的努力，我国现已实现特种机器人的跨越式发展，推进了工业机器人产品的系列化及工程应用，并成功将机器人技术应用于传统产业，直接为国民经济服务，增强了企业的市场竞争能力。

　　工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径，政府已对国产工业机器人提供众多政策与经济支持，对智能机器人研究开发与应用给予大力支持，目前已形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面，部分国产工业机器人已经与国外相当，机器人立足开发和应用国产化趋势日趋明显。工业机器人市场竞争越来越激烈，我国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。

　　二、包装机器人技术及特点

　　目前机器人已广泛地应用于工业生产的诸多领域，极大地提高了生产效率，降低了劳动强度。包装机器人的应用是包装行业快速成长的典型标志之一，机器人技术在包装行业中的应用在过去的5年中从9.5%增加到了17.4%，几乎翻了一番。机器人几乎应用在所有包装功能领域，尤其在码垛、装箱、拾取和放置等领域最为普遍。

　　在啤酒包装中，机器人技术的成本持续降低，而其性能和稳定性却不断提高。包装机器人可以将不同外形尺寸的包装货物整齐地、自动地码在托盘上，可以充分利用托盘的面积和码堆物料的稳定性。包装机器人还配有物料码垛机顺序、排列设定器，功能全面，使用起来非常方便。包装机器人的作业特点如下：

　　(一)应用范围广

　　包装机器人的用途非常广泛，它可以完成抓取、搬运、装卸和堆垛等多项作业活动。

　　(二)适用性强

　　当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时，只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常生产。而机械式的码垛机更改相当的麻烦甚至是无法实现的。

　　(三)自动化程度高

　　包装机器人的操作依靠程序控制，无须人工参与，自动化程度高，节省了大量的劳动力。

　　(四)准确性好

　　包装机器人的操作控制精确，其位置误差基本处于毫米级以下，准确性非常好。

　　(五)高效率性

　　包装机器人的工作速度比较快，而且没有时间间断，因此其工作效率比较高。

　　(六)高可靠性

　　包装机器人重复操作能够始终维持同一状态，不会出现类似人的主观性干扰，因此其操作的可靠性比较高。

　　(七)能耗低

　　通常机械式码垛机的功率在26KW左右，而包装机器人的功率为5KW左右，大大降低了客户的运行成本。

　　(八)占地面积少

　　包装机器人可以设置在狭窄的空间，即可有效地使用，有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。

　　目前国内市场上包装机器入主要有沈阳新松、珠海博信、北京自动化研究所、广州数控、日本的FUJI、FANUC、瑞典的ABB、德国的库卡等。国内二次包装设备制造厂家如达意隆、科时敏、中德、万世德、新科等厂家干包装线都已引进机器人系统，其包装设备结构性能差不多，所有的零部件都采用世界著名品牌，保证了整机的性能及零件的使用寿命和作业效率。但是，我国啤酒包装机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，如可靠性低于国外产品，应用领域狭窄，应用规模小等。形成以上现象的主要原因是没有形成机器人产业，当前我国的包装机器人生产都是迎合客户的要求，即“一个客户，一次重新设计”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本高，而且质量和可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，完善系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。

　　三、机器人在啤酒包装中的应用

　　随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全国范围内得以迅速发展。码垛机是自动化立体仓库中最重要的起重码垛设备，是货物堆放到立体仓库的前端设备，它能够把单一的物料码放到一起，便于运输，提高了生产效率。目前我国啤酒业码垛作业大部分是由机械式码垛机完成或人工搬运。由于机械式码垛机其结构等因素的限制，存在着占地面积大、程序更改麻烦(甚至无法更改)、耗电量大等缺点;而人工搬运劳动量大，完成同一工作量所需不少工人。而欧美日包装机器人在码剁市场的占有率达到了90%多，绝大数码垛作业由包装机器人完成。包装机器人对各种纸箱、袋装、罐装、啤酒箱、瓶装等各种形状的包装成品都适应。包装机器人将会以其所独有的优点，赢得越来越多客户的信赖，我国的码垛机市场将会逐步的为包装机器人所替代。

　　中国啤酒业的迅猛增长带动了啤酒包装机械的快速发展，酒业的发展对包装机械设备大型化、现代化方面提出了更高的要求。随着中国啤酒工业的发展及啤酒包装技术的提高，机器手和机器人系统在啤酒、食品饮料包装中也得到了广泛的推广和应用。广州万世德包装机械有限公司是较早把机器人系统运用到啤酒包装生产线的专业生产厂家之一，而海南亚太啤酒则是较早选用万世德机器人卸码垛系统的啤酒生产企业之一。目前，除了万世德机器人码卸垛机械在海南亚太啤酒正常运转之外，其主要二次包装设备基本都来自万世德公司。

　　(一)卸垛和码垛单机完成

　　在生产相同品种时，输垛机将空瓶箱垛及空垛板送至指定工位，机器人按顺序卸垛。

　　图1 卸垛和码垛单机完成

　　(二)装箱

　　在海南亚太啤酒，啤酒瓶首先被传送带运送到一个特定位置排列好，以准备被抓取。根据实际情况，机器人选择相应的手爪将瓶子装入纸箱或塑料箱，然后将纸箱或塑箱放置到垛板上。如果客户需要在箱体中间放置隔板，机器人则配合一套隔板放置机构从隔板仓中自动抓取隔板置于层间，完成隔板的自动放置。

　　图2 装箱

　　(三)码垛

　　垛板由输垛系统被运送到指定位置(也可采用机器人进行抓取，但效率会降低)。箱子在编组站排列组合成一层，之后被整层地从输送线上抓取并放置到垛板上，旋转手爪在层与层之间进行压箱。

　　当不同尺寸的箱子在一条传送带上被运送到机器人的工作区域，通过读取条形码，设备自动区分箱子并归整到各自的进料传送带上。机器人将根据每条进料传送带上的信号，灵活地处理每种箱子的码垛。

　　图3 码垛

（四）空瓶的存放

出于对灵活柔性的考虑，这套机器人系统可以很方便地安装在工厂中。在下面的图例中，我们可以看到机器人可以同时处理两条空瓶线和一条空箱线；垛板被机器人从垛仓中自动抓取并放置到三个码垛位置上，机器人随后抓取空瓶或空箱放置到垛板上。

图4 空瓶的存放

（五）系统优势：

1.精准的生产

机器人手臂安装在一个坚固的机座上面，所有轴均是经过伺服马达和齿轮进行转动，这保证了机器人在工作半径范围内可全方位灵活自由地确定工位。机器人及装夹具均可正反各180度旋转，只需定位抓起点和摆放点，两点之间的轨道便全由电脑控制，定位十分准确。伺服系统的低噪音和低维护费用实现了高重复精度(±0.5mm)的动作，机器人可移动到人操作方便的方位和高度，很容易实现灵活操作。海南亚太啤酒应用的4轴转动机器人简化了机械构造，从而降低了设备维护以及服务的成本。

2.生产灵活性

机器人手爪被安装在法兰中心，它可被设计成一个固定的工具，也能利用自动换手装置进行不同手爪的更换。专用的手爪能适应特殊的任务，多功能的手爪能适用于各种组合的工作，比如抓瓶式、夹钳式、抓纸箱的真空吸盘式、装瓶和码垛一体式手爪等。根据实际需要，机器人可以安装一个自动换手系统用于多个手爪之间的自动更换，满足柔性生产的需要。机器人还可以通过激光视觉检测系统自动识别工件种类并帮助机器人定位工件，这种方式下工件不需要机械定位，同时手爪也可以自动对应工件种类的变化。

图5 机器人生产灵活性

3.简便的操作

系统通过PLC对机器人、传送带以及手爪进行控制。另外，系统也配置了触摸屏用于生产信息的显示。采用先进的人机界面，操作人员很容易在人机界面上进行参数修改、程序选用等工作。

图6 简便的操作

　　四、包装机器人技术应用注意事项

　　越来越多的啤酒企业开始采购和使用包装机器人以提高码垛效率，当机器人技术在不断改进和发展时，如何才能选用最优的机器人系统及合理利用呢?以下几方面企业必须充分考虑和注意：

　　(一)对机器人知识和机器人技术有全面的认识

　　工业机器人操作复杂程度较高，使用机器人必须要熟悉基本工业机器人的安全操作知识，使用人员一定要进行系统的安全操作培训后才允许实际操作，否则对设备对人都是非常不安全的。机器人保持正常工作至关重要的条件是充分了解机器人的能力并在工作范围内最佳使用，它的简单操作、灵活性、可重复使用性、可靠性、精密性、控制能力强以及能够长期使用等特点，能够帮助啤酒企业提高整体生产效率和市场反应能力。

　　(二)充分认识包装机器人技术

　　包装机器人的能力比普通机械式码垛、人力码垛要高很多;结构非常简单，故障率低，易保养，维修;主要构成零件少，配件少，维持费用很低;可以设置在狭窄的空间，即可有效的使用;全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常简单;通用性强，通过更换机械手的抓手即可完成对不同货物的码垛及拆垛，相对降低了客户的购买成本。如果认识到包装机器人的这些特点，我们就没有理由不去选用它了。

　　(三)全面认识企业生产能力和码垛需求

　　码垛设备是啤酒企业生产过程的辅助设备，与企业生产线紧密相连，企业的生产能力直接决定了对输送和码垛的需求，在普通的20000瓶/小时生产线上，配备一台简单的桥式码垛机基本可以实现码垛要求。但是，当企业采用高速生产线后，这些简单的码垛设备已无法满足自动化生产和包装的需求，必须选用多台全自动码垛机或是机器人来完成，否则会影响生产的连续性和效率，企业应对此进行充分的考虑。

　　(四)慎重考虑企业的支付能力和技术消化能力

　　一台堆垛机只有几千美元，一台全自动码垛机需要几万美元，而一台码垛机器人价值在十几万到几十万甚至上百万美元，性价比是啤酒企业选用码垛设备时首选要考虑的因素之一，如果企业的支付能力有限，勉强上一个机器人系统显然是不明智的。使用机器人和机器人技术时，管理和操作人员必须对机器人知识和应用有全面的认识和把握，否则将无助于生产效率的提高，甚至严重影响生产的正常进行。因此，企业在选用和使用机器人时，必须慎重考虑企业本身的支付能力和对机器人应用技术的掌握能力。

　　(五)牢记包装机器人效率在于专业性作业

　　如果包装机器人和工作单元的使用超出了原始设计的能力要求，尤其是在推进计划之前没有做新的仿真，那么规定的循环周期就有可能达不到。或者设计者要它承担过多的工作将机器人单元设计得过于复杂，就很难确定机器人运行的正确周期，而且一旦生产出现故障，后果将不堪设想，非计划的停产将会给企业造成巨大的损失。

　　(六)正确评估机器人的有效负荷和惯性

　　一般包装机器人技术参数都有详细说明，额定负载是在额定速度的情况才是有效的，达到最大负载的一个重要条件就是要除低机器人运行速度，另外过大负载也有可能破坏机器人的精度。如忽略机械臂末端所装工具的重量，低估或者完全忽略了偏心负荷产生的惯性力等，都将增加机器人的负荷而出现超负荷运行，给机器人造成损坏，应用时需注意。

　　(七)正确理解机器人的精度和可重复性

　　机器人减速器是保证机器人精度的一个重要的关键结构，精确性与机器人臂的机械精度有着极大的关系，精度越高，才能保证有精确的高速度。可重复性是指包装机器人依照规定的工作路径，在既定的位置之间精确往返来体现的，精确性是依照工作路径精确地移动到一个经过计算的点来体现的。搬运动作中机器人通过计算移动到一些既定点的位置，运用的是机器人的精确性能，精确性与机械耐受度以及机器人手臂的精确度有直接的关系。

　　(八)处理好机器人控制系统与机械性能的关系

　　机器人的精度、速度和耐用度，都与机械部分有着极大的关系。包装机器人的机构组成比较简单，一般就是马达与减速器，如果选用的包装机器人经常需要维修减速器部分或其他机械结构，那是非常麻烦的。大多数包装机器人制造商考虑更多的可能是机器人的控制器而不是机械性能，但是如果一旦配置了机器人，正常运行时间就主要依赖于机械的耐用性。产品丧失生产能力很可能不是由于控制器和电子设备差造成的，而是由于机械性能不好造成的。通常选择一个包装机器人系统是基于使用者对控制器和软件的精通，如果具备这些且机器人同时又有很出色的机械性能，那么这将是一个非常具有竞争力的优势。相反，如果机器人在安装以后需要不断地进行维修，那么精通控制所带来省时优势将很快被消耗掉。这也是国产包装机器人性能不如进口包装机器人的主要原因之一。

　　(九)不能忽略机器人辅助设备的应用

　　选用包装机器人要配置相应辅助器件和软件，如示教器、通讯电缆以及一些特殊的软件等。码垛直接与企业空瓶卸垛和成品入库码垛相联系，因此，为有效地提高码垛效率，配备统一的容器和托盘、高性能的卸瓶机、专业化的输送带等都是必须的。