基于工业机器人高速灌装线上瓶机设计

鲁庆东 王海珠 胡蓉

摘要：本文简要介绍基于工业机器人的自动上瓶机设计，首先选择了工业机器人的型号，设计了末端执行器，对上甁机进行了程序设计，设计完成后进行了功能验证和主要参数实验，达到了预期目标。

关键词：上瓶机;工业机器人

中图分类号：TH165文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）13-0052-01

1灌装车间工艺流程分析

白酒灌装工艺流程主要是指白酒生产出来后到最终成为可销售成品入库的过程，工艺路线的制定是根据企业自身实际情况制定的，但需要有洗瓶，灌装，质检，压盖，风刀去水，贴标，装盒装箱，封箱等工艺，经过前期调研，半自动灌装线工艺流程使用较多，此工艺流程适应瓶型广，产能适中，自动化程度较高，但人员参与生产程度大。本项目旨在将捡瓶上线工序替换为机器人完成，减少人工。

2工业机器人选择

工业机器人家族中，国际上四大家族（ABB、库卡、发那科、安川）的占比较高，发展时间长，性能较为稳定，但价格较国产机器人高，近些年，伴随国内工业机器人市场的高速增长，国家政策的大力支持，国内企业有了长足的进步，如沈阳新松机器人，广数机器人，华数机器人，埃夫特机器人，埃斯顿机器人等，大多工业机器人企业均已上市，充分说明了了机器人企业的成长。国产机器人的性价比高于国外机器人，在本项目中，机器人作为搬运使用，对精度，稳定性要求不高，所以选用国产机器人。

在国内机器人中，华数机器人依托原有的华中数控系统，发展较快，重庆有两家分公司，距离较近，售后服务较好，华数机器人具有许多优点。

洗瓶机与输瓶线距离为100mm左右，瓶高一般在150—400cm之间，加上运动空间，工作半径在500mm以内。查阅华数机器人工作空间，HSR-JR603最大工作半径为571.5mm，满足工作空间需要。

综上分析，选择HSR-JR603，在空间上，额定负载上均满足要求。性价比最优。

3末端执行器选择

手工操作是将瓶子拿起，翻转180度后放置到输瓶线上，因为瓶子在洗瓶机上需要滴水，所以在末端执行器（端适器）也采用夹持的方式，白酒瓶主要有圆形瓶和方形瓶，将末端执行器设计成快换接头，根据瓶型选择合适的端适器，圆瓶用弧形夹爪，方瓶用直爪去夹持。气动夹爪作为机器人使用最多的端适器，可以直接选购，省去了单件加工的成本。手爪气缸选择内夹持气缸，开闭行程在60-80mm，夹持力小于1kg力，气缸直径大于10mm，夹持力都大于1kg力，只需要选择手爪开闭行程在工作范围内的就行。

4编程与调试

工业机器人编程采用示教编程，首先运动到空瓶外侧，松爪，运动到夹持点，夹紧，向上抬起，运动到中间点，旋转180度，将空瓶开口向上，运动到输瓶线上方，放置到输瓶线，机器人运动到中间点，完成一个周期的运动。

编程如下：

LBL[1]

J JR[2]‘ 运动到到中间点

J JR[3]‘运动到瓶子外侧

DO[18] = ON‘手爪松开

DO[19] = OFF

WAIT TIME 100‘松爪延时

L LR[1] VEL = 200‘直线运动到抓取点

DO[18] = OFF‘手爪夹紧

DO[19] = ON

WAIT TIME 100‘夹紧延时

L LR[2]‘ 将空瓶从洗瓶机中夹起，垂直向上运动到LR[2]点

J JR[2]‘ 运动到到中间点

J JR[4]‘ 旋转180度

J JR[5]‘ 运动到输瓶线上方

L LR[3]‘直线运动到输瓶线上的放置点

DO[18] = ON‘手爪松开

DO[19] = OFF

WAIT TIME 100‘松爪延時

GOTO LBL[1]‘循环执行

保存程序，加载程序，首先手动调试程序，轨迹符合要求，瓶子抓取时稳定，运行时瓶子未出现滑动。自动运行程序系统运行稳定，可靠，达到预期目标。

功能测试：

1）瓶型测试。将常见的500ml装的圆瓶，方瓶，八角瓶等各准备1个，将宜宾本地常见酒瓶各准备1个，共计8个酒瓶进行测试。使用直爪和弧形爪进行测试，各测试5次，观察有无滑移，夹持是否可靠。

经过测试，叙府大曲瓶子直径逐渐变小，所以在夹持过程出现了轻微滑移，但瓶子没掉，经过增加气压，瓶子不再滑移，在使用过程中，在夹爪上增加橡胶或柔性衬垫从而增大摩擦力，部分瓶子增加气压使瓶子夹持稳定。

2）稳定性测试。使用叙府大曲的瓶子，调整好夹爪位置好进行疲劳测试，按每小时500瓶的速度调节上甁机速度，连续运行8小时，测试上甁机稳定性和可靠性，连续工作后检查夹爪有无异常，变形，夹持是否稳定。经过8小时连续测试，均能稳定运行，夹爪无异常，无明显变形，气动系统稳定。

5结束语

基于工业机器人高速自动上甁机经过测试，达到设计要求，能稳定运行，在生产线上可减少两名工人，总成本在10万元以内，小于两名工人1年的支出，但自动上甁机设计寿命20年，实际寿命大于10年，大大降低了企业开支。

参考文献：

[1]鲁庆东.白酒包装生产线电气控制系统设计：硕士论文

[2]鲁庆东 陈琪主编.自动化生产线安装调试维护与维修 机械工业出版社 2015.09

[3]华数机器人官网 https：//www.hsrobotics.cn/

作者简介：鲁庆东，男，生于：1983-11，汉族，籍贯：云南鲁甸 工作单位：宜宾职业技术学院，单位省市：四川省宜宾市，单位邮编644003，职称：讲师，硕士学位，研究方向：智能控制，工业机器人。