摘要：近年來隨著人口紅利的減少，機(jī)器替換人工已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。SCARA機(jī)器人因其體積小、精度高、運(yùn)動(dòng)相對(duì)靈活，并且比一般的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人便宜得多，而廣泛用于電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。本文通過對(duì)香腸自動(dòng)上料機(jī)的研究，提出了基于SCARA機(jī)器人的成熟解決方案。
 

　　關(guān)鍵詞：SCARA機(jī)器人；分揀；香腸
 

　　現(xiàn)在，食品包裝中，前段包裝由于產(chǎn)品比較規(guī)則，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，后段產(chǎn)品不規(guī)則，基本上采用人工完成。由于人工包裝存在衛(wèi)生難于控制，而且產(chǎn)量也很難提高，嚴(yán)重影響了整線效率，急需自動(dòng)化的設(shè)備來彌補(bǔ)。

　　SCARA機(jī)器人有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)關(guān)節(jié)是移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運(yùn)動(dòng)。手腕參考點(diǎn)的位置是由兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移Φ1和Φ2 , 及移動(dòng)關(guān)節(jié)的位移z決定的，即p=f (Φ1 ，Φ2, z ) 。這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)10m/s ,比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，

　　垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。例如，快速將一件小物件從一條輸送帶移動(dòng)到另一條輸送帶上并排列好。其串接的兩桿結(jié)構(gòu)，類似人的手臂，可以伸進(jìn)有限空間中作業(yè)然后收回，適合于搬動(dòng)和取放物件。

　　以香腸自動(dòng)上料為例，目前，市場(chǎng)上賣的香腸經(jīng)過灌裝機(jī)灌好后，送到蒸爐里蒸熟，然后人工將香腸從中間分隔處截?cái)?，放人周轉(zhuǎn)框。人工再將香腸一個(gè)個(gè)放人拉伸膜機(jī)下膜的凹槽內(nèi)。由于香腸的不規(guī)則性，很難用常規(guī)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料。傳統(tǒng)香腸的上料方式主要是靠人工，人工放一筐香腸在拉伸膜機(jī)正上方，然后用手一個(gè)個(gè)將香腸放入拉伸膜機(jī)的下膜上。這種上料方式，效率比較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且衛(wèi)生比較難控制。由于現(xiàn)有的拉伸膜機(jī)一直采用人工上料，故上料的位置很小，如果采用并聯(lián)機(jī)器人，就只能安裝一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人，一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人上料效率仍然較低，無法滿足產(chǎn)量需求。由于SCARA機(jī)器人體積相對(duì)小，采用合理的布局方式，可以布置兩臺(tái)，這樣就在有限的空間里滿足產(chǎn)量的要求。

　　為了解決香腸每根不規(guī)則都能被機(jī)器人準(zhǔn)確的抓取到，就必須給機(jī)器人裝上“眼睛”，即配上視覺系統(tǒng),通過SCARA機(jī)器人配合視覺系統(tǒng)，相當(dāng)于給機(jī)器人裝上了眼睛，完全相當(dāng)于人的功能了，這樣就能解決香腸不規(guī)則的問題。其方案如下。
 

　　1 工作原理

　　人工將整框的香腸倒入振動(dòng)理料機(jī)構(gòu)的料斗內(nèi)，經(jīng)過振動(dòng)，香腸均勻的落人振動(dòng)輸送機(jī)上，在振動(dòng)輸送機(jī)前進(jìn)的方向均布了5道凹槽，避免香腸滾動(dòng)，在振動(dòng)輸送的過程中，香腸會(huì)逐漸落入凹槽內(nèi)，香腸的排列方向也將逐步一致，即短邊在前的輸送。振動(dòng)輸送機(jī)分為三段，前一段都比后一段的速度快，這樣就可以將前后的香腸拉開距離。前后和左右間距分開的香腸通過90°轉(zhuǎn)彎后落到抓取輸送帶上，在抓取輸送的上方安裝有視覺系統(tǒng)，當(dāng)香腸從視覺系統(tǒng)的鏡頭下通過時(shí)，視覺系統(tǒng)將采集到每條香腸的坐標(biāo)，然后將數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器負(fù)責(zé)將抓取任務(wù)分配到每個(gè)機(jī)器人上；在抓取輸送帶的斜對(duì)角安裝有兩個(gè)水平四軸機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人負(fù)責(zé)抓取輸送帶上一半的香腸，放到拉伸膜機(jī)一半的位置上，兩個(gè)機(jī)器人剛好將抓去輸送帶上的香腸全部放倒拉伸膜機(jī)上。當(dāng)下膜放滿后，拉伸膜機(jī)步進(jìn)一次，機(jī)器人重復(fù)下一次抓取。實(shí)現(xiàn)香腸的全自動(dòng)上料。
 

　　2 組成部件

　　由于拉伸膜機(jī)的產(chǎn)量是180根/min , 如果采用并聯(lián)機(jī)器人，1臺(tái)是不能滿足產(chǎn)量，需要2臺(tái)，而現(xiàn)有的拉伸膜機(jī)是沒有足夠的空間安裝兩臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人，故在抓取輸送帶的兩側(cè)布置了兩臺(tái)SCARA機(jī)器人，且兩臺(tái)機(jī)器人相對(duì)抓取輸送帶呈斜對(duì)角設(shè)置。每臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)抓取輸送帶上靠近各自位置的香腸，互不干涉，實(shí)現(xiàn)香腸的全自動(dòng)上料，大大提高上料效率。

　　人工將整框的香腸倒人振動(dòng)料斗，在此處擠壓在一起的香腸會(huì)被振松散，然后均勻的落到振動(dòng)輸送機(jī)上，香腸在3段振動(dòng)輸送機(jī)的整理下，沿著5個(gè)通道排列整齊。落到抓取輸送帶上，在抓取輸送帶的正上方安裝有視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)檢測(cè)到每根香腸的坐標(biāo)和外形，在標(biāo)準(zhǔn)香腸偏差值內(nèi)的香腸的坐標(biāo)傳輸?shù)綑C(jī)器人控制器，在標(biāo)準(zhǔn)香腸偏差值以外的香腸將不會(huì)被視覺識(shí)別，這樣還可以剔除掉不合格的香腸。機(jī)器人控制器將抓取指令發(fā)給機(jī)器人和機(jī)器人夾具，完成香腸的抓放。

　　2.1 振動(dòng)理料機(jī)構(gòu)

　　振動(dòng)理料機(jī)構(gòu)包括振動(dòng)料斗和振動(dòng)輸送機(jī)，由于香腸是裝在周轉(zhuǎn)框內(nèi)，而且擠壓在一起，為了方便上料，需要采用振動(dòng)料斗將擠壓在一起的振松，并均勻的下落到振動(dòng)輸送機(jī)上，振動(dòng)輸送機(jī)分為3段，每段均布5到凹槽，為了充分利用空間，將第3段振動(dòng)輸送機(jī)與第2段振動(dòng)輸送機(jī)垂直布置。后一段振動(dòng)輸送機(jī)輸送速度都比前一段快，而且每一段后端相對(duì)于前端都有一個(gè)向下的傾角，這樣設(shè)計(jì)有利于香腸的輸送。

　　2.2 機(jī)器人夾具

　　機(jī)器人抓取香腸時(shí)，為了提高產(chǎn)能，采用3抓1放的方式，即抓3次后放一次，夾具上有3套升降氣缸和3套氣爪，在抓香腸之前，所有的升降氣缸縮回，當(dāng)抓取第一根香腸時(shí)，第一個(gè)升降氣缸伸出，氣爪動(dòng)作，夾片夾住香腸，然后升降氣缸縮回，重復(fù)動(dòng)作抓取第2 根和第3根香腸，當(dāng)抓完第3根香腸后一次性將3根香腸放人拉伸膜機(jī)的下膜凹槽內(nèi)。

　　在包裝機(jī)械中，尤其是后段食品包裝，有些產(chǎn)品的生產(chǎn)還受到季節(jié)的限制，如雪糕、月餅等，每年只在特定的時(shí)間生產(chǎn)，采用人工包裝，帶來生產(chǎn)管理上的麻煩，企業(yè)急需自動(dòng)化的設(shè)備取代人工。部分企業(yè)基于成本和回報(bào)率的考慮，是否采用機(jī)器人還在猶豫中。SCARA機(jī)器人的低成本，完全可以解決這一問題。多臺(tái)機(jī)器人在同一生產(chǎn)線上的協(xié)同工作，整合外圍系統(tǒng)，可以打造精簡(jiǎn)、高效的機(jī)器人工作站，呈現(xiàn)更高的靈活性并逐步實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，達(dá)成高效率的自動(dòng)化，增加生產(chǎn)彈性，提高產(chǎn)能。