一、國產機器人技術及發展
我國工業機器人研制始于197.2年，至今大致經歷了70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期3個階段。經過40多年的努力，我國現已實現特種機器人的跨越式發展，推進了工業機器人產品的系列化及工程應用，并成功將機器人技術應用于傳統產業，直接為國民經濟服務，增強了企業的市場競爭能力。
工業機器人技術是我國由制造大國向制造強國轉變的主要手段和途徑，政府已對國產工業機器人提供眾多政策與經濟支持，對智能機器人研究開發與應用給予大力支持，目前已形成產品和自動化制造裝備同步協調的新局面，部分國產工業機器人已經與國外相當，機器人立足開發和應用國產化趨勢日趨明顯。工業機器人市場競爭越來越激烈，我國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，加快工業機器人技術的研究開發與生產是我們抓住這個歷史機遇的主要途徑。
二、包裝機器人技術及特點
目前機器人已廣泛地應用于工業生產的諸多領域，極大地提高了生產效率，降低了勞動強度。包裝機器人的應用是包裝行業快速成長的典型標志之一，機器人技術在包裝行業中的應用在過去的5年中從9.5%增加到了17.4%，幾乎翻了一番。機器人幾乎應用在所有包裝功能領域，尤其在碼垛、裝箱、拾取和放置等領域最為普遍。
在啤酒包裝中，機器人技術的成本持續降低，而其性能和穩定性卻不斷提高。包裝機器人可以將不同外形尺寸的包裝貨物整齊地、自動地碼在托盤上，可以充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩定性。包裝機器人還配有物料碼垛機順序、排列設定器，功能全面，使用起來非常方便。包裝機器人的作業特點如下：
（一）應用范圍廣
包裝機器人的用途非常廣泛，它可以完成抓取、搬運、裝卸和堆垛等多項作業活動。
（二）適用性強
當客戶產品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發生變化時，只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會影響客戶的正常生產。而機械式的碼垛機更改相當的麻煩甚至是無法實現的。
（三）自動化程度高
包裝機器人的操作依靠程序控制，無須人工參與，自動化程度高，節省了大量的勞動力。
（四）準確性好
包裝機器人的操作控制精確，其位置誤差基本處于毫米級以下，準確性非常好。
（五）高效率性
包裝機器人的工作速度比較快，而且沒有時間間斷，因此其工作效率比較高。
（六）高可靠性
包裝機器人重復操作能夠始終維持同一狀態，不會出現類似人的主觀性干擾，因此其操作的可靠性比較高。
（七）能耗低
通常機械式碼垛機的功率在26KW左右，而包裝機器人的功率為5KW左右，大大降低了客戶的運行成本。
（八）占地面積少
包裝機器人可以設置在狹窄的空間，即可有效地使用，有利于客戶廠房中生產線的布置，并可留出較大的庫房面積。
目前國內市場上包裝機器入主要有沈陽新松、珠海博信、北京自動化研究所、廣州數控、日本的FUJI、FANUC、瑞典的ABB、德國的庫卡等。國內二次包裝設備制造廠家如達意隆、科時敏、中德、萬世德、新科等廠家干包裝線都已引進機器人系統，其包裝設備結構性能差不多，所有的零部件都采用世界著名品牌，保證了整機的性能及零件的使用壽命和作業效率。但是，我國啤酒包裝機器人技術及其工程應用的水平和國外相比還有一定的差距，如可靠性低于國外產品，應用領域狹窄，應用規模小等。形成以上現象的主要原因是沒有形成機器人產業，當前我國的包裝機器人生產都是迎合客戶的要求，即“一個客戶，一次重新設計”，品種規格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長，成本高，而且質量和可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，完善系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業化進程。
三、機器人在啤酒包裝中的應用
隨著我國經濟的持續發展和科學技術的突飛猛進，現代物流作為現代經濟的重要組成部分和工業化進程中最為經濟合理的綜合服務模式，正在全國范圍內得以迅速發展。碼垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重碼垛設備，是貨物堆放到立體倉庫的前端設備，它能夠把單一的物料碼放到一起，便于運輸，提高了生產效率。目前我國啤酒業碼垛作業大部分是由機械式碼垛機完成或人工搬運。由于機械式碼垛機其結構等因素的限制，存在著占地面積大、程序更改麻煩（甚至無法更改）、耗電量大等缺點；而人工搬運勞動量大，完成同一工作量所需不少工人。而歐美日包裝機器人在碼剁市場的占有率達到了90%多，絕大數碼垛作業由包裝機器人完成。包裝機器人對各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應。包裝機器人將會以其所獨有的優點，贏得越來越多客戶的信賴，我國的碼垛機市場將會逐步的為包裝機器人所替代。
中國啤酒業的迅猛增長帶動了啤酒包裝機械的快速發展，酒業的發展對包裝機械設備大型化、現代化方面提出了更高的要求。隨著中國啤酒工業的發展及啤酒包裝技術的提高，機器手和機器人系統在啤酒、食品飲料包裝中也得到了廣泛的推廣和應用。廣州萬世德包裝機械有限公司是較早把機器人系統運用到啤酒包裝生產線的專業生產廠家之一，而海南亞太啤酒則是較早選用萬世德機器人卸碼垛系統的啤酒生產企業之一。目前，除了萬世德機器人碼卸垛機械在海南亞太啤酒正常運轉之外，其主要二次包裝設備基本都來自萬世德公司。
（一）卸垛和碼垛單機完成
在生產相同品種時，輸垛機將空瓶箱垛及空垛板送至指定工位，機器人按順序卸垛。
圖1 卸垛和碼垛單機完成
（二）裝箱
在海南亞太啤酒，啤酒瓶首先被傳送帶運送到一個特定位置排列好，以準備被抓取。根據實際情況，機器人選擇相應的手爪將瓶子裝入紙箱或塑料箱，然后將紙箱或塑箱放置到垛板上。如果客戶需要在箱體中間放置隔板，機器人則配合一套隔板放置機構從隔板倉中自動抓取隔板置于層間，完成隔板的自動放置。
圖2 裝箱
（三）碼垛
垛板由輸垛系統被運送到指定位置（也可采用機器人進行抓取，但效率會降低）。箱子在編組站排列組合成一層，之后被整層地從輸送線上抓取并放置到垛板上，旋轉手爪在層與層之間進行壓箱。
當不同尺寸的箱子在一條傳送帶上被運送到機器人的工作區域，通過讀取條形碼，設備自動區分箱子并歸整到各自的進料傳送帶上。機器人將根據每條進料傳送帶上的信號，靈活地處理每種箱子的碼垛。
圖3 碼垛
（四）空瓶的存放
出于對靈活柔性的考慮，這套機器人系統可以很方便地安裝在工廠中。在下面的圖例中，我們可以看到機器人可以同時處理兩條空瓶線和一條空箱線；垛板被機器人從垛倉中自動抓取并放置到三個碼垛位置上，機器人隨后抓取空瓶或空箱放置到垛板上。
圖4 空瓶的存放
（五）系統優勢：
1.精準的生產
機器人手臂安裝在一個堅固的機座上面，所有軸均是經過伺服馬達和齒輪進行轉動，這保證了機器人在工作半徑范圍內可全方位靈活自由地確定工位。機器人及裝夾具均可正反各180度旋轉，只需定位抓起點和擺放點，兩點之間的軌道便全由電腦控制，定位十分準確。伺服系統的低噪音和低維護費用實現了高重復精度(±0.5mm)的動作，機器人可移動到人操作方便的方位和高度，很容易實現靈活操作。海南亞太啤酒應用的4軸轉動機器人簡化了機械構造，從而降低了設備維護以及服務的成本。
2.生產靈活性
機器人手爪被安裝在法蘭中心，它可被設計成一個固定的工具，也能利用自動換手裝置進行不同手爪的更換。專用的手爪能適應特殊的任務，多功能的手爪能適用于各種組合的工作，比如抓瓶式、夾鉗式、抓紙箱的真空吸盤式、裝瓶和碼垛一體式手爪等。根據實際需要，機器人可以安裝一個自動換手系統用于多個手爪之間的自動更換，滿足柔性生產的需要。機器人還可以通過激光視覺檢測系統自動識別工件種類并幫助機器人定位工件，這種方式下工件不需要機械定位，同時手爪也可以自動對應工件種類的變化。
圖5 機器人生產靈活性
3.簡便的操作
系統通過PLC對機器人、傳送帶以及手爪進行控制。另外，系統也配置了觸摸屏用于生產信息的顯示。采用先進的人機界面，操作人員很容易在人機界面上進行參數修改、程序選用等工作。
圖6 簡便的操作
四、包裝機器人技術應用注意事項
越來越多的啤酒企業開始采購和使用包裝機器人以提高碼垛效率，當機器人技術在不斷改進和發展時，如何才能選用最優的機器人系統及合理利用呢？以下幾方面企業必須充分考慮和注意：
（一）對機器人知識和機器人技術有全面的認識
工業機器人操作復雜程度較高，使用機器人必須要熟悉基本工業機器人的安全操作知識，使用人員一定要進行系統的安全操作培訓后才允許實際操作，否則對設備對人都是非常不安全的。機器人保持正常工作至關重要的條件是充分了解機器人的能力并在工作范圍內最佳使用，它的簡單操作、靈活性、可重復使用性、可靠性、精密性、控制能力強以及能夠長期使用等特點，能夠幫助啤酒企業提高整體生產效率和市場反應能力。
（二）充分認識包裝機器人技術
包裝機器人的能力比普通機械式碼垛、人力碼垛要高很多；結構非常簡單，故障率低，易保養，維修；主要構成零件少，配件少，維持費用很低；可以設置在狹窄的空間，即可有效的使用；全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡單；通用性強，通過更換機械手的抓手即可完成對不同貨物的碼垛及拆垛，相對降低了客戶的購買成本。如果認識到包裝機器人的這些特點，我們就沒有理由不去選用它了。
（三）全面認識企業生產能力和碼垛需求
碼垛設備是啤酒企業生產過程的輔助設備，與企業生產線緊密相連，企業的生產能力直接決定了對輸送和碼垛的需求，在普通的20000瓶/小時生產線上，配備一臺簡單的橋式碼垛機基本可以實現碼垛要求。但是，當企業采用高速生產線后，這些簡單的碼垛設備已無法滿足自動化生產和包裝的需求，必須選用多臺全自動碼垛機或是機器人來完成，否則會影響生產的連續性和效率，企業應對此進行充分的考慮。
（四）慎重考慮企業的支付能力和技術消化能力
一臺堆垛機只有幾千美元，一臺全自動碼垛機需要幾萬美元，而一臺碼垛機器人價值在十幾萬到幾十萬甚至上百萬美元，性價比是啤酒企業選用碼垛設備時首選要考慮的因素之一，如果企業的支付能力有限，勉強上一個機器人系統顯然是不明智的。使用機器人和機器人技術時，管理和操作人員必須對機器人知識和應用有全面的認識和把握，否則將無助于生產效率的提高，甚至嚴重影響生產的正常進行。因此，企業在選用和使用機器人時，必須慎重考慮企業本身的支付能力和對機器人應用技術的掌握能力。
（五）牢記包裝機器人效率在于專業性作業
如果包裝機器人和工作單元的使用超出了原始設計的能力要求，尤其是在推進計劃之前沒有做新的仿真，那么規定的循環周期就有可能達不到。或者設計者要它承擔過多的工作將機器人單元設計得過于復雜，就很難確定機器人運行的正確周期，而且一旦生產出現故障，后果將不堪設想，非計劃的停產將會給企業造成巨大的損失。
（六）正確評估機器人的有效負荷和慣性
一般包裝機器人技術參數都有詳細說明，額定負載是在額定速度的情況才是有效的，達到最大負載的一個重要條件就是要除低機器人運行速度，另外過大負載也有可能破壞機器人的精度。如忽略機械臂末端所裝工具的重量，低估或者完全忽略了偏心負荷產生的慣性力等，都將增加機器人的負荷而出現超負荷運行，給機器人造成損壞，應用時需注意。
（七）正確理解機器人的精度和可重復性
機器人減速器是保證機器人精度的一個重要的關鍵結構，精確性與機器人臂的機械精度有著極大的關系，精度越高，才能保證有精確的高速度。可重復性是指包裝機器人依照規定的工作路徑，在既定的位置之間精確往返來體現的，精確性是依照工作路徑精確地移動到一個經過計算的點來體現的。搬運動作中機器人通過計算移動到一些既定點的位置，運用的是機器人的精確性能，精確性與機械耐受度以及機器人手臂的精確度有直接的關系。
（八）處理好機器人控制系統與機械性能的關系
機器人的精度、速度和耐用度，都與機械部分有著極大的關系。包裝機器人的機構組成比較簡單，一般就是馬達與減速器，如果選用的包裝機器人經常需要維修減速器部分或其他機械結構，那是非常麻煩的。大多數包裝機器人制造商考慮更多的可能是機器人的控制器而不是機械性能，但是如果一旦配置了機器人，正常運行時間就主要依賴于機械的耐用性。產品喪失生產能力很可能不是由于控制器和電子設備差造成的，而是由于機械性能不好造成的。通常選擇一個包裝機器人系統是基于使用者對控制器和軟件的精通，如果具備這些且機器人同時又有很出色的機械性能，那么這將是一個非常具有競爭力的優勢。相反，如果機器人在安裝以后需要不斷地進行維修，那么精通控制所帶來省時優勢將很快被消耗掉。這也是國產包裝機器人性能不如進口包裝機器人的主要原因之一。
（九）不能忽略機器人輔助設備的應用
選用包裝機器人要配置相應輔助器件和軟件，如示教器、通訊電纜以及一些特殊的軟件等。碼垛直接與企業空瓶卸垛和成品入庫碼垛相聯系，因此，為有效地提高碼垛效率，配備統一的容器和托盤、高性能的卸瓶機、專業化的輸送帶等都是必須的。
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本文標題：國產機器人技術及其在啤酒包裝中的應用
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