血袋包装用托盘的侧吸取盘机构设计应用

■文/王汝庚，卢春华

（唐山元升科技有限公司，河北 唐山 063000）

血液是由献血者自愿捐献，由血站及相关机构进行采集，根据不同用途会进行血液成分的分离制备、检测并装入相应类型的血袋。到此步骤的血液还不能被直接使用，需要贴标和二次包装后才能被入库存储及分发至医院应用于临床。由于血液包装的特殊性，血袋会有一条或数条长度不等（几十厘米）的血小辫，这加大了包装的难度。为便于包装，一般需要一个容器如血袋托盘约束血小辫。随着包装技术的发展，血液的外包装由纸盒变为塑料袋[1]、塑料托盘[2]。在进行人工包装时，时常遇到成摞的塑料托盘难以单独被分离开的问题，影响血液包装速度，如图1所示。

图1 血袋

随着工业自动化的发展，人工包装正在被机器包装代替[3-5]。随着血液产品管理的规范化，血液的质量管理正趋于严格化。血液标签上的信息是血液产品质量的名片，直接关系到从血管到血管的大事业。血液经检验合格、制备成不同血液成分后，需要使用血液贴标机进行打印、贴标、包装。但是，现有的血液贴标包装设备[6]存在故障率高、工作效率低、现场混乱的缺陷，这给打印贴标包装工作带来了困扰[7]。由唐山元升科技有限公司（以下简称“公司”）研发的一种使用血袋塑料托盘的血液贴标包装机，可以实现高效稳定的贴标包装生产。

用于包装机的塑料托盘一般是成摞放置且空隙小，现有的托盘取拿装置，能赋予松散的托盘以良好的取拿效果，但对紧密的托盘实现单个分离仍有一定的难度。一般托盘取拿机构都是竖直放置托盘摞受重力作用，再加上在按压取拿托盘时会对托盘摞有压紧的作用，不便取拿单个托盘。为此，本文介绍一种可以快速稳定地取拿单个托盘的托盘取拿机构，供大家参考。

1 血液贴标包装机

人工在对冷冻血液制品贴标过程中容易出现失误，导致血液资源浪费，甚至威胁用血安全。由于血液制品在包装过程中易发生血袋破损、血袋熔接处断裂、血小辫断落等事故，继而浪费血液资源，使用智能血液贴标机已经成为行业发展趋势。

一款智能血液贴标包装机系统利用 C#语言基于.Net开发平台及数据库 SQL server 2008 进行软件系统开发。与西门子系列可编程控制器（PLC）通过 RS-485 总线进行串行通信。运用工业以太网实现网络通信，网络端口可与用户的 ERP 系统进行对接。智能血液贴标包装机满足不规则冰冻血袋的包装要求，可与用户端口进行对接。该产品可靠的机械性能，能够保障血袋贴标的准确性，以及二次包装的安全性和稳定性，但也存在一些缺陷，如传统的导轨式气动式托盘吸取机构运动周期长、效率低、气压驱动噪声大、需要人工维护的部件多等。

2 血袋贴标包装用托盘侧吸取盘机构

前期进行了需求分析和市场调研，发现血袋贴标包装设备存在强大的市场需求。结合血液行业贴标、包装线中对智能化操作设备的使用要求，对智能血液贴标包装机各部分进行了优化设计，解决了人工效率低下等一系列问题，从而提高了产品的包装效率，降低了人力成本，增强了产品综合竞争力。其间，研发了血袋贴标包装用托盘侧吸取盘机构，能够自动完成在侧立叠放的存托盘机构中进行位于最外层的单个托盘取拿，同时沿前进方向旋转并摆放到正确位置。该机构的成功设计，有效提高了作业效率，降低了生产成本，解决了托盘不易被分离取拿的问题。

托盘侧吸取盘机构包括送托盘机构、存托盘机构、吸盘组、水平移动推托盘机构、滑道、回转机构、托盘、固定板一、固定板二、滑台支撑杆、固定板三等。具体结构如图2所示。

图2 侧吸取盘机构结构示意图

送托盘机构、存托盘机构和滑道按照托盘前进方向依次设置。存托盘机构和滑道之间设有吸盘组和回转机构。吸盘组吸取存托盘机构出口处侧放的托盘，并通过回转机构旋转；吸盘组吸取的托盘由侧放变为水平放置，并通过滑道旁设置的水平移动推盒机构在滑道上移动。

存托盘机构的前部为成摞侧立托盘的出口，在出口旁设有托盘分离器。托盘分离器起到阻滞作用，仅允许单个托盘被吸盘组吸住移走；托盘分离器为毛刷类柔性材料。

吸盘组包含吸盘、吸盘固定板和吸盘缓冲器，多个吸盘的使用增加了塑料托盘吸取的稳定性和容错性，吸盘缓冲器减少了运动过程中对托盘及存托盘机构的冲击，可以让回转吸盘机构以更快的速度稳定运行。

如图2所示，成摞托盘的出口处设有传感器，检测单个托盘位置输出信号，控制送托盘机构部件、摆动运动部件和托盘推进部件的动作。存托盘机构侧面设有固定板，回转机构通过固定架和固定板，水平移动推托盘机构下方设有固定架和固定板连接，并支撑水平运动部件、摆动运动部件和托盘推进运动组件。送托盘机构带有的传感器用以检测托盘是否充足，预定被抓取的托盘是否到达指定位置。托盘推进可以由丝杆驱动，以保持托盘摞前进方向外层处于指定位置，便于回转机构准确取拿托盘。托盘侧吸盘核心机构的回转机构如图3所示。

图3 侧吸取盘机构的回转机构及吸盘组

回转机构由吸盘、吸盘固定板、伺服电机、吸盘缓冲器、摆动件组成。吸盘组由多个吸盘组成，托盘受力均匀且抓取稳定。

3 摆托盘侧吸取盘机构使用过程

摆托盘侧吸取盘机构的核心是回转机构，是由电机驱动的带有吸盘组的摆动件，其工作过程如下。

（1）存托盘机构中侧立放置好托盘，并由推托盘机构将托盘推进至适宜的位置。电机带动摆动件旋转至竖直状态（见图2）。吸盘组牢固抓取单个塑料托盘。存盘机由托盘分离器工作，托盘分离器由毛刷和气刀组成，可保证每次取拿单个托盘。

（2）吸盘组吸取托盘后准备旋转至水平位置，将托盘放至滑道上，回转机构由伺服电机驱动[8]，响应快速的同时准确运动，确保塑料托盘在吸盘组的控制下准确快速运动至预定位置。

（3）到达预定位置后吸盘破真空，放下塑料托盘，并使托盘位于滑台推托盘机构前方的预备位置。当下游机构需要塑料托盘补充时，由推托盘机构将塑料托盘推离滑台。此时机构的运动状态以及吸盘位置如图4所示。

图4 托盘放置到滑道上时的状态

（4）当预备位置有托盘且包装平台需要托盘时，送托盘机构通过滑台将托盘推至包装平台上。托盘推离滑台后，回转机构反向旋转，恢复到图2所示状态，进行下一个托盘的单个抓取，进入下一次托盘分离取拿运动循环。

4 托盘侧吸取盘机构效果和优势

使用托盘侧吸盘取盘机构，改变了由人工分离摆放托盘的低效的工作方式，解决了托盘不易人工分离的问题。与其他同类的取盘机构相比，成侧立托盘的摆放方式让取单个托盘更加容易，托盘侧吸盘取盘机构结构更简单，设备成本更低廉，故障发生率更低；与传统的托盘取盘机构相比，结构更加紧凑，占用空间更小；与竖直放置的取盘机构相比，吸盘的行程更短，且一个旋转动作可以同时进行X轴Y轴的移动，取盘作业周期更短。相比于其他取盘方式，该新型机构结构紧密、占用空间小，动作稳定快捷、步骤简单、便于控制，有效提高了工作效率。