插袋机械手研制及其在工程领域应用的现状与前景

罗　扉，王会良

插袋机械手研制及其在工程领域应用的现状与前景

罗扉1，2，王会良1

（1.河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳471023；2.洛阳理工学院 工程训练中心，河南 洛阳471003）

我国90%以上的水泥厂的自动包装机采用的是人工插袋，由于工作现场粉尘污染严重，对取袋操作人员的身体会造成极大的危害。随着工业机器人的发展和普及，全自动插袋机器人逐渐从实验室走向生产车间，经济全球化的发展，世界范围内各类资源的整合，使得插袋机器人的研发和生产成本不断降低，工作效率也在不断提高，全自动插袋机器人已经逐渐向产业化发展。

插袋；机械手；现状；发展方向

成品水泥运输出厂一般分为散装和袋装两种。袋装水泥需要将成品水泥灌装入水泥袋中。国内90%以上的水泥厂的自动包装机采用的是人工插袋，由于工作现场粉尘污染严重，对取袋操作人员的身体会造成极大的危害，如图1所示，且工作强度大，单调乏味，工作效率低。虽然个别企业已采用进口的全自动水泥包装设备，但价格高昂，且其自动插袋模块难以与国内生产的回转式水泥自动包装机配套使用，不利于我国水泥包装自动化的实现。我国水泥包装设备的自动化水平已远远落后于国外同类设备，急需换代升级，将工人从恶劣的工作环境中解放出来，从单调范围的重复性工作中解放出来。

图1　水泥厂插袋工人工作照

1　相关领域国内外研究现状

随着工业机器人的发展和普及，全自动插袋机器人逐渐从实验室走向生产车间，经济全球化的发展，世界范围内各类资源的整合，使得插袋机器人的研发和生产成本不断降低，工作效率也在不断提高，全自动插袋机器人已经逐渐向产业化发展。

（1）插袋机械手国外研究状态。国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANULC、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的BAB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。工业机器人己成为柔性制造系统（FMS）、工厂自动化（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动工具。

从20世纪80年代至今，全自动插袋机械手等相关设备广泛运用于食品、化肥、饲料、医药、化工等行业。目前，国外全自动插袋机械手技术研发和应用趋于成熟，研发制造了多种全自动插袋机械手设备。插袋机械手行业传统强国有美国、德国、日本和意大利等发达国家，长期垄断着自动化程度高的插袋包装设备关键技术。

德国在插袋包装机器人领域的设计、制造、技术性能方面都处于领先地位，自动化程度高和可靠性好是其主要特点。在包装领域内德国设计香烟包装速度可达12000支/分钟；茶叶包装机的包装速度可达350袋/分钟。

意大利在阀口袋包装领域处于世界领先水平，意大利的Ventomatic插袋包装机器人，实现了阀口袋的自动化供袋、取袋、填充、计量、码操、运输等一系列功能的全程自动化控制。插袋机器人可单台独立运行，也可两台同步运行，大幅度提高包装速度。

日本在全自动插袋机器人技术领域，比我国起步时间早，拥有较好的研发基础，技术水平较高，在全球自动化插袋机器人领域占有举足轻重的地位。日本的插袋机器人主要使用方向是食品包装，日本依靠其国内的制造业基础和强大的研发实力，近几年在世界包装机领域内有了长足的进步，实力稳步提升。其中有日本纽朗工业株式会社研制的3CM-P全自动插袋包装机，如图1所示，适用于牛皮纸袋和编织袋的自动取袋、插袋、封口等工艺，最快速度可达到1000包/小时。

图1　日本3CM-P型全自动插袋包装机

目前插袋机械手在国外包装自动化领域的稳定性和可靠性都日益完善，相比而言我国水泥包装技术领域，插袋机械手的运用还很少。

（2）插袋机械手国内研究状态。中国机器人的研究是从20世纪70年代开始的，而插袋机械手的研究最早出现于1995年由季凤林和刘树森申请专利的水泥包装机插袋机械手，是一种与水泥包装机配套应用的的插袋机械手。如图2所示。该机械主要包括输袋机构、送袋机构、上袋机构、插袋机构、同步根机机构几部分。输袋机构由储袋仓下面设置的输袋滚筒、锟轮及输袋锟构成，送袋机构由送袋机通过链杆的传动作90度角弧线，送袋动作由夹袋板构成、刺袋板机构、插袋偏心轮、插袋滚轮配合而成，其动力由转动的包装机及其同步根机构传递本实用新型可与多嘴旋转水泥包装机配套使用，因其采用机电式结构传递，目前未成功用于实际生产中。

图2　ZBM-A1200全自动插袋包装机器人

2013年由常州先进制造研究所王有义等人研发的实用型新专利《一种回转式水泥包装机》自动插袋机械手和回转式水包装机配合使用，并对两者的设计系统统一规划、统一设计，实现回转式水泥包装机的自动插袋。

近些年来，国内也有一些企业经过努力研究出自动插袋机械手，取得了很好的效果。哈尔滨博实自动化设备有限责任公司开发的ZBM-A1200全自动插袋包装机器人。如图3所示，能够实现自动取袋、插袋、封口等流程一体式的包装机器人，适用于化工业劳动环境差、劳动强度大的生产车间，并且包装速度达到1200包/小时。

2　插袋机械手的应用前景与发展方向

国内外机械手的研究趋势大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二生产加工相联系，满足相对具体任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求情况的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

目前，包装生产厂家普遍青睐于具有高度自动化、智能化、高柔性、高效率、低能耗的包装设备。世界各国平均每年对包装机械的需求都在以5.3%的速度发展，这也对开发新的全自动插袋机器人提供了很好的平台。如今全自动插袋机器人的发展趋势可归纳为4点。①高度自动化、智能化，已经成为插袋机器人发展的主流方向，将人与生产车间分离，降低生产中人对产品的影响。②节能环保，尤其是食品以及医药包装行业，更加需要做到生产过程的绿色化。③高效率，如今人们的生活生产节奏加快，对产品需求量不断提升，也就要求包装设备需要满足这种需求量的提升。④高柔性，能够做到一机多用，将不同规格的包装产品整合到一台全自动包装设备上完成，方便包装产品的多样化发展，提升竞争力。

3　结语

随着工业机器人的发展以及劳动力成本的上涨，会有越来越多的工作岗位被机器人所替代。会有更多的机器人代替人类从事各种高危险和对人体有害的工作。

［1］季凤林，刘树森.水泥包装机插袋机械手专利［P］.1995.

［2］林永健.我国食品和包装机械的现状及发展战略研究［D］.天津：天津大学，2008.

［3］徐方.工业机器人产业现状与发展［J］.机器人技术与应用，2007，（5）：2-4.

［4］包讯.美国和德国包装机械状况［N］.中国包装报，2010.

［5］屈平.世界包装机械生产与市场现状及发展趋势［J］.机械工程师，2008，（7）：8-10.

［6］陈爱珍.日本工业机器人的发展历史及现状［J］.机械工程师，2008，（7）：8-10.

The development of Sidekick Manipulator and its Current Situation and Prospect in Engineering Application

LUO Fei1，2，WANG Hui-liang1
（1.Mechanical and Electrical Engineering College，Henan University of Science and Technology，Luoyang，Henan 471023，China；2.Engineering training Center，Luoyang Institute of Science and Technology，Henan，Luoyang 471003，China）

90%of the automatic packaging machines in cement p1ants adopt the artificia1 sidekick in our country，due to the dust po11ution in the work fie1d，it does great harm to the hea1th of staffs.With the deve1opment and popu1arization of industria1 robots，automatic sidekick robots are wide1y app1ied in workshop，which reduces the cost and improves the working efficiency.

sidekick；manipu1ator；current situation；deve1opment direction

TP 241

A

2095-980X（2016）03-0036-02

2016-03-07

罗扉（1985-），男，助理工程师，主要研究方向：机械制造。