基于工業(yè)機(jī)器人高速灌裝線上瓶機(jī)設(shè)計(jì)

魯慶東 王海珠 胡蓉

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)上瓶機(jī)設(shè)計(jì)，首先選擇了工業(yè)機(jī)器人的型號(hào)，設(shè)計(jì)了末端執(zhí)行器，對(duì)上甁機(jī)進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了功能驗(yàn)證和主要參數(shù)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：上瓶機(jī);工業(yè)機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TH165文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）13-0052-01

1灌裝車間工藝流程分析

白酒灌裝工藝流程主要是指白酒生產(chǎn)出來(lái)后到最終成為可銷售成品入庫(kù)的過(guò)程，工藝路線的制定是根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際情況制定的，但需要有洗瓶，灌裝，質(zhì)檢，壓蓋，風(fēng)刀去水，貼標(biāo)，裝盒裝箱，封箱等工藝，經(jīng)過(guò)前期調(diào)研，半自動(dòng)灌裝線工藝流程使用較多，此工藝流程適應(yīng)瓶型廣，產(chǎn)能適中，自動(dòng)化程度較高，但人員參與生產(chǎn)程度大。本項(xiàng)目旨在將撿瓶上線工序替換為機(jī)器人完成，減少人工。

2工業(yè)機(jī)器人選擇

工業(yè)機(jī)器人家族中，國(guó)際上四大家族（ABB、庫(kù)卡、發(fā)那科、安川）的占比較高，發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，性能較為穩(wěn)定，但價(jià)格較國(guó)產(chǎn)機(jī)器人高，近些年，伴隨國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，國(guó)家政策的大力支持，國(guó)內(nèi)企業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，如沈陽(yáng)新松機(jī)器人，廣數(shù)機(jī)器人，華數(shù)機(jī)器人，埃夫特機(jī)器人，埃斯頓機(jī)器人等，大多工業(yè)機(jī)器人企業(yè)均已上市，充分說(shuō)明了了機(jī)器人企業(yè)的成長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的性價(jià)比高于國(guó)外機(jī)器人，在本項(xiàng)目中，機(jī)器人作為搬運(yùn)使用，對(duì)精度，穩(wěn)定性要求不高，所以選用國(guó)產(chǎn)機(jī)器人。

在國(guó)內(nèi)機(jī)器人中，華數(shù)機(jī)器人依托原有的華中數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)展較快，重慶有兩家分公司，距離較近，售后服務(wù)較好，華數(shù)機(jī)器人具有許多優(yōu)點(diǎn)。

洗瓶機(jī)與輸瓶線距離為100mm左右，瓶高一般在150—400cm之間，加上運(yùn)動(dòng)空間，工作半徑在500mm以內(nèi)。查閱華數(shù)機(jī)器人工作空間，HSR-JR603最大工作半徑為571.5mm，滿足工作空間需要。

綜上分析，選擇HSR-JR603，在空間上，額定負(fù)載上均滿足要求。性價(jià)比最優(yōu)。

3末端執(zhí)行器選擇

手工操作是將瓶子拿起，翻轉(zhuǎn)180度后放置到輸瓶線上，因?yàn)槠孔釉谙雌繖C(jī)上需要滴水，所以在末端執(zhí)行器（端適器）也采用夾持的方式，白酒瓶主要有圓形瓶和方形瓶，將末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)成快換接頭，根據(jù)瓶型選擇合適的端適器，圓瓶用弧形夾爪，方瓶用直爪去夾持。氣動(dòng)夾爪作為機(jī)器人使用最多的端適器，可以直接選購(gòu)，省去了單件加工的成本。手爪氣缸選擇內(nèi)夾持氣缸，開(kāi)閉行程在60-80mm，夾持力小于1kg力，氣缸直徑大于10mm，夾持力都大于1kg力，只需要選擇手爪開(kāi)閉行程在工作范圍內(nèi)的就行。

4編程與調(diào)試

工業(yè)機(jī)器人編程采用示教編程，首先運(yùn)動(dòng)到空瓶外側(cè)，松爪，運(yùn)動(dòng)到夾持點(diǎn)，夾緊，向上抬起，運(yùn)動(dòng)到中間點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)180度，將空瓶開(kāi)口向上，運(yùn)動(dòng)到輸瓶線上方，放置到輸瓶線，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到中間點(diǎn)，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。

編程如下：

LBL[1]

J JR[2]‘ 運(yùn)動(dòng)到到中間點(diǎn)

J JR[3]‘運(yùn)動(dòng)到瓶子外側(cè)

DO[18] = ON‘手爪松開(kāi)

DO[19] = OFF

WAIT TIME 100‘松爪延時(shí)

L LR[1] VEL = 200‘直線運(yùn)動(dòng)到抓取點(diǎn)

DO[18] = OFF‘手爪夾緊

DO[19] = ON

WAIT TIME 100‘夾緊延時(shí)

L LR[2]‘ 將空瓶從洗瓶機(jī)中夾起，垂直向上運(yùn)動(dòng)到LR[2]點(diǎn)

J JR[2]‘ 運(yùn)動(dòng)到到中間點(diǎn)

J JR[4]‘ 旋轉(zhuǎn)180度

J JR[5]‘ 運(yùn)動(dòng)到輸瓶線上方

L LR[3]‘直線運(yùn)動(dòng)到輸瓶線上的放置點(diǎn)

DO[18] = ON‘手爪松開(kāi)

DO[19] = OFF

WAIT TIME 100‘松爪延時(shí)

GOTO LBL[1]‘循環(huán)執(zhí)行

保存程序，加載程序，首先手動(dòng)調(diào)試程序，軌跡符合要求，瓶子抓取時(shí)穩(wěn)定，運(yùn)行時(shí)瓶子未出現(xiàn)滑動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行程序系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

功能測(cè)試：

1）瓶型測(cè)試。將常見(jiàn)的500ml裝的圓瓶，方瓶，八角瓶等各準(zhǔn)備1個(gè)，將宜賓本地常見(jiàn)酒瓶各準(zhǔn)備1個(gè)，共計(jì)8個(gè)酒瓶進(jìn)行測(cè)試。使用直爪和弧形爪進(jìn)行測(cè)試，各測(cè)試5次，觀察有無(wú)滑移，夾持是否可靠。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，敘府大曲瓶子直徑逐漸變小，所以在夾持過(guò)程出現(xiàn)了輕微滑移，但瓶子沒(méi)掉，經(jīng)過(guò)增加氣壓，瓶子不再滑移，在使用過(guò)程中，在夾爪上增加橡膠或柔性襯墊從而增大摩擦力，部分瓶子增加氣壓使瓶子夾持穩(wěn)定。

2）穩(wěn)定性測(cè)試。使用敘府大曲的瓶子，調(diào)整好夾爪位置好進(jìn)行疲勞測(cè)試，按每小時(shí)500瓶的速度調(diào)節(jié)上甁機(jī)速度，連續(xù)運(yùn)行8小時(shí)，測(cè)試上甁機(jī)穩(wěn)定性和可靠性，連續(xù)工作后檢查夾爪有無(wú)異常，變形，夾持是否穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)8小時(shí)連續(xù)測(cè)試，均能穩(wěn)定運(yùn)行，夾爪無(wú)異常，無(wú)明顯變形，氣動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

5結(jié)束語(yǔ)

基于工業(yè)機(jī)器人高速自動(dòng)上甁機(jī)經(jīng)過(guò)測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能穩(wěn)定運(yùn)行，在生產(chǎn)線上可減少兩名工人，總成本在10萬(wàn)元以內(nèi)，小于兩名工人1年的支出，但自動(dòng)上甁機(jī)設(shè)計(jì)壽命20年，實(shí)際壽命大于10年，大大降低了企業(yè)開(kāi)支。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯慶東.白酒包裝生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：碩士論文

[2]魯慶東 陳琪主編.自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝調(diào)試維護(hù)與維修 機(jī)械工業(yè)出版社 2015.09

[3]華數(shù)機(jī)器人官網(wǎng) https：//www.hsrobotics.cn/

作者簡(jiǎn)介：魯慶東，男，生于：1983-11，漢族，籍貫：云南魯?shù)?工作單位：宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，單位省市：四川省宜賓市，單位郵編644003，職稱：講師，碩士學(xué)位，研究方向：智能控制，工業(yè)機(jī)器人。