直角坐標(biāo)機器人在食品行業(yè)的應(yīng)用案例

 在很多產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用機器人來完成一些生產(chǎn)工序，不僅能提高生產(chǎn)效率，降低成本，更能提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如在食品生產(chǎn)過程中，機器人可以完成外觀檢驗、搬運、包裝、托盤化運輸、在食品行業(yè)的應(yīng)用中，由于機器人自身采用了便于清潔的不銹鋼材質(zhì)和多重防護(hù)措施，又避免了人工參與，所以易于保證食品衛(wèi)生及食品質(zhì)量。由于機器人工作時具有高度重復(fù)的一致性，因此一些生產(chǎn)工序由機器人來完成，會使產(chǎn)品的重量，外觀更加精美，減少浪費，降低成本。機器人可以24小時高速高效工作，可以替代多名人工，隨著勞動力成本不斷上升，應(yīng)用高效經(jīng)濟的直角坐標(biāo)機器人會降低生產(chǎn)成本。直角坐標(biāo)機器人還被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、化妝品、包裝、儀表裝配、繼電器生產(chǎn)等眾多行業(yè)。本文先概述直角坐標(biāo)機器人，再主要介紹直角坐標(biāo)機器人在食品行業(yè)的應(yīng)用案例。
   
   
    一 直角坐標(biāo)機器人簡介
    機器人按ISO 8373定義為：位置可以固定或移動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個或3個以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動化設(shè)備。這里自由度就是指可運動或轉(zhuǎn)動的軸。直角坐標(biāo)機器人是以直線運動軸為主，各個運動軸通常對應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標(biāo)機器人的各個直線運動軸間的夾角為直角。
    直角坐標(biāo)機器人主要由一些直線運動單元，驅(qū)動電機，控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對不同的應(yīng)用，可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標(biāo)機器人。從簡單的二維機器人到復(fù)雜的五維機器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從食品生產(chǎn)到汽車裝配等各行各業(yè)的自動化生產(chǎn)線中，都有各式各樣的多臺直角坐標(biāo)機器人和其它設(shè)備嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作，可以說直角坐標(biāo)機器人幾乎能勝任幾乎所有的工業(yè)自動化任務(wù)。下面是其主要特點：
    1任意組合成各種結(jié)構(gòu)樣式，多種帶載能力和不同尺寸的機器人，
    2采用多根直線運動單元級連和齒輪齒條傳動，可以組成幾十米的超大行程機器人。
    3采用多根直線運動單元平連或者各帶多個滑塊結(jié)構(gòu)時其帶負(fù)載能力可增加到數(shù)噸。
    4 其大運行速度可達(dá)到每秒8米，加速度可達(dá)到每秒4米。
    5 重復(fù)定位精度可達(dá)到0.01mm~0.05mm。
   
    二 食品行業(yè)對于直角坐標(biāo)機器人的要求和工作原理
    1 工作要求：
    1）首先把從傳送帶傳送過來的糕點抓住，再保證糕點間部份重疊及裝入包裝紙盒內(nèi)。
    2）每小時處理12000個糕點，每天可工作24小時，每周可工作六天。
    3）機器人運動軸要有相應(yīng)的防護(hù)措施，防止糕點屑掉到運動軸上。
    4）要能適用3種傳送糕點方式，5種不同形狀和體積的包裝盒以及對于不同形狀和體積的糕點的碼放。
    5）更換不同品種糕點時機器人系統(tǒng)的停機時間長不超過5分鐘。
    6）裝滿糕點后由人工搬運走。
   
    2 機器人結(jié)構(gòu)
    由于行程小，負(fù)載輕，運動速度高及不怕食品腐蝕，我們采用圖1所示的XZ高動態(tài)結(jié)構(gòu)機器人。該結(jié)構(gòu)機器人自身重量輕，使其具有很好的高動態(tài)特性，可以完成快速加速或減速的運動及高速運動。在工作過程中食品一直在X軸和Z軸的下方使糕點屑不易粘到機器人上，加之機器人本體不怕食品腐蝕，自身不產(chǎn)生污染和粉塵。
    該機器人的控制系統(tǒng)采用德國Berger Lahr公司的智能型伺服驅(qū)動系統(tǒng)TLC634。TLC6系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)可任意修改運動程序。
   
    對于大負(fù)載的應(yīng)用可以如圖2所示的選用帶防護(hù)帶的直線運動單元。齒型帶已把里面的直線導(dǎo)軌全部蓋上，在外面又加一個防護(hù)鋼帶。防護(hù)鋼帶被直線運動單元內(nèi)部的磁行材料吸在齒型帶的外面，防止灰塵等接觸齒型帶和直線導(dǎo)軌。還可以采用絲杠和尺條傳動方式。
   
    3 工作過程
    機器人工作時從傳送帶上傳送來的糕點分兩排并列向機器人工作地點傳送。由于糕點形狀的原因，當(dāng)兩個糕點被終點定位板擋住后，后面的兩個糕點會部分壓到前面的兩個糕點上。當(dāng)這一傳送帶上有8個糕點時其對應(yīng)的4個傳感器就都有輸出信號，機器人就可以快速運動到其上方，然后Z軸下降使其吸盤*壓到糕點上，再通過負(fù)壓把糕點吸住，然后先Z軸上升400mm，X軸再運動到包裝盒上方，這時Z軸下降使糕點進(jìn)入包裝盒內(nèi)，吸盤充氣釋放糕點。這樣就完成了一次從抓取到裝入盒內(nèi)的過程，再開始完成從令一傳送帶上的抓取搬運和裝盒過程。完成一次抓取搬運和裝盒過程的時間是2.1秒，有0.3秒的剩余時間。在整個運動控制過程中，要檢測抓取到位信號，壓力信號等。
   
    三 注意點
    1）由于在糕點生產(chǎn)過程中會有油物，易使運動軸粘上糕點渣，所以機器人必須有相應(yīng)的防護(hù)措施。在本項目中采取高密度雙刷去糕點渣辦法。
    2）另外整個機器人上裸露處及內(nèi)部一些關(guān)鍵件全部采用無銹鋼材材料使其不上銹。
    3）由于食品行業(yè)對衛(wèi)生要求很高，必須確保機器人在工作中不掉潤滑油，不產(chǎn)生任何灰塵。