淺談工業機器人在制藥行業的應用

曲 斌

（東北制藥集團股份有限公司，遼寧沈陽110026）

0 引言

作為先進制造業中不可替代的重要裝備和手段，工業機器人已經成為衡量一個國家制造水平和科技水平的重要標志。目前，我國工業機器人主要用于汽車工業及汽車零件工業，占整個機器人市場的60%以上，食品工業僅占2%左右，藥品行業占的比例就更加少了。相對于日漸趨于飽和的汽車市場使用量，工業機器人在制藥行業應用的增長空間較大，未來制藥領域的工業機器人數量會有望超過汽車制造業。

隨著制藥工業技術的不斷發展，自動化、智能化的機器人現正漸漸成為藥品生產制造過程中的主要角色。機器人開發行業也同樣認清現狀，針對醫藥行業的特殊性，在清潔衛生、防水抗菌、拾取目標物多樣性等方面提出了特殊要求。因此，醫藥行業的工業機器人主要應用在分揀、取件及處理、自動檢測、搬運及碼垛等領域。由于機器人基本用于識別和選取工作，因此該領域也對使用的機器人的視覺技術提出了較高的要求。

1 燈檢機器人

在一條傳統的人工包裝生產線上，燈檢工作占用了大量的人工和生產時間，并且在藥品監管要求提高和用工成本不斷攀升的今天，大量的燈檢工作更是成為限制制藥生產效率的瓶頸環節。而燈檢機器人通過視覺系統的應用能幫助減輕大量的燈檢工作，并且在持續重復的工作中保持良好一致的作業穩定性。

這方面的應用在水針劑燈檢崗位體現最為明顯，例如小容量水針劑燈檢崗位應用的新型安瓿自動燈檢機（圖1）。

圖1 安瓿自動燈檢機

為適應現代制藥業生產線的要求，該機主要針對無色透明液體或者有色半透明液體的異物檢測而設計，接在灌裝機后段、貼標和包裝系統前段的檢測設備。其用于檢測液體中可能存在的如玻屑、纖維、溶渣等可見異物，并自動剔除不合格產品。這種設備能夠準確地分辨出合格品和不合格品，可減少燈檢工作人員，提高生產效率，降低人眼因疲勞導致漏檢的幾率。該機根據機器的視覺原理，采用攝像機拍攝生產線上的藥瓶的圖像，把圖像傳入計算機后，計算機通過軟件算法判斷該樣品中是否有可見異物雜質。若有雜質，則發出指令通過PLC控制把次品分揀送入不合格品出瓶盤；若沒有雜質，則進入合格品出瓶盤，完成燈檢。其中，利用伺服電機和齒輪來控制藥瓶的傳送、交接工作，同時利用伺服電機帶動異物檢測裝置作同步跟蹤運動，對安瓿瓶的藥液部分進行拍攝。安瓿瓶藥液在旋轉過程中，依據液體中的雜質運動軌跡以及形狀大小等將其區別出來。當檢測完成后，攝像機馬上又返回到跟蹤起點，返回圖像處理系統進行圖像比對，并在新一輪的檢測前輸出分析結果，如此反復。

此類機器人操作與人工操作進行對比有如下特點：（1）燈檢機器人能自動完成等距分隔進瓶。自動對待檢瓶旋轉并剎車，有利于液體中雜質的運動，方便檢測。而人工燈檢，需要連續多次翻轉，整齊碼的安瓿瓶，費時費力。（2）同步時序控制系統，提高成像質量，提高微小異物檢測的可靠性（最小可區分40μm的異物），并采用視覺成像原理檢測，對可見異物判斷更加準確。若采用人工檢查，由于人員有視覺疲勞出現，漏檢率會比機器高，另外人眼通常對微小異物的分辨率也不如機器人。（3）能夠實現對次品的自動剔除，能實現合格品與次品分類統計。若采用人工檢查時，僅能夠實現分類處理，但很難對合格品和不合格品分類進行數量統計。

2 包裝機器人

近年來，隨著高科技的迅猛發展，機器人在包裝工序也發揮著越來越重要的作用。在制藥包裝領域中，機器人扮演著非常重要的角色，有效地提高了效率，降低了成本，應用前景異常廣闊。長期以來，用戶需要的是一種產能高、適合于包裝盒、包裝箱的自動化鋁塑包裝設備。隨著市場對小包裝藥品需求量的增加，企業對鋁塑包裝設備的需要也發生了變化。如今的鋁塑包裝設備應能迅速完成包裝規格、形式的轉換，傳統的單一產品包裝線已被逐漸淘汰。由此，機器人技術的高靈活性Siebler系列鋁塑包裝生產線誕生。

隨著對鋁塑膜包裝需求的增加，對能夠適應不同產品、不同包裝形式、高靈活性包裝生產線的要求也與日俱增。機器人技術支持的傳送工位不僅能夠實現包裝產品的快速換型，而且也通過內置的質量保證系統贏得了人們的信賴。

隨著衛生型、易用型拾料包裝機器人的推出，以及集成視覺系統的可沖洗版高速機器人的問世，人們越來越關注機器人在提高產量、穩保質量、改善衛生條件等方面的優勢。

自動化機器人是包裝設備的發展趨勢，它的出現使工程師們能夠設計出更加靈活的、故障率更低的，同時也有著更高效率和性能的包裝機械。機器人解決方案能夠創造切切實實的效益。可以預測，機器人技術將以空前的速度在食品、制藥等行業得到普及。

3 機械手

另一種在制藥行業廣泛應用的工業機器人為機械手（圖2）。機械手被稱為最早期的工業機器人，能模仿人手和臂的某些動作功能，是用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。在工業生產中，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，所以也可以形象地稱之為自動化行業的“左膀右臂”。

圖2 機械手

在現代制藥生產過程中，機械手被廣泛地運用于自動生產線中，機械手的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興的技術。例如：日本HARMO機械手臂，是一種高精密度機械傳動產品。其機械部分相對比較簡單，同樣由滑軌和滑塊組成，但是其組裝后具有很高的本體平行度和垂直度，是它能夠擁有重復定位精度達±0.01 mm的重要原因。控制部分則是使用了閉環控制的方式，將傳統的開環控制方式完全顛覆，使機械手的控制更人性化，精度更高。機械本體安裝光電編碼器，將機械手滑塊的運動情況實時反饋給控制器，控制器則根據給出和接收到的信號對滑塊位置進行校正，從而達到高移動精度。

在藥品貯存和搬運的過程中，藥品的移動和吊裝過程需要大量的人工來完成，搬運人員疲勞作業使安全系數降低，工作周期延長，遠遠不能滿足現代藥品生產的要求。為此有必要設計一臺能夠用于搬運藥品的機械手。綜合工作環境、工作性質和質量要求，研究者確定機器人研制參數，確定此類搬運機械手為可自由轉動的通用機械手，手部可按工作需要隨時更改，手部或有夾持式手指，或有吸盤式機械臂，可完成水平移動、上下移動、旋轉移動等操作，因此該類機械手可應用于各類搬運作業。

4 結語

工業領域與機器人的高度結合已然是世界工業發展趨勢，擴大機器人應用也是我國未來制造業發展的必由之路。擴大我國藥品行業產能規模、擴張機器人行業應用范圍是提升國產藥品發展水平的當務之急，不僅要為制藥機器人自主研發提供平臺，也要提高自主品牌機器人的市場參與度。