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自动化机器人在包装业中能起多大作用

包装加工商需要应付来自客户的各种各样的产品需求，而与传统的包装设备相比，机器人可以更容易地处理不同尺寸、不同形状的产品……

工业用机器人通常都是从事一些重复性甚至是危险性的工作。但是随着机器人变得越来越有效率，成本越来越低，今天的包装业已越来越依赖于自动机器人的灵活性和可靠性来完成以前由传统设备所进行的工作。

看一下相关的数据，机器人(特别是包装机器人)正获得飞速的发展。来自美国机器人工业协会的统计数据显示：与 2003 年相比，2004 年应用于包装和码垛领域的机器人数量增加了 50%，而整个机器人行业的增长率只有 20%。

“包装商对灵活性和快速产品转换的要求很高。”美国机器人工业协会的市场与公关副总裁Jeff Burnstein 解释说：“随着越来越多的机器人在这些领域中得到了应用，终端用户们看到了效果，他们希望能再多安装一些。”

“我们看到机器人市场正在飞速地发展，其增长曲线是陡直的曲棍球棒形状。”LangenPackaging 公司总裁 StuartCooper 说：“在过去的几年中，我们大约有三分之一的业务已由传统的设备转向了自动机器人。”

可能机器人能获得迅速移印钢板应用的原因是它们的灵活性。包装加工商需要应付来自客户的各种各样的产品需求，而与传统的包装设备相比，机器人可以更容易地处理不同尺寸、不同形状的产品。例如，在一条可能使用两种不同尺寸包装袋的薯片生产线上，只需简单地调整一下夹取单元和设置程序，就可以用同一台机器人模具温度应控制在100⑴40度来完成包装生产。而传统的包装设备可能需要进行一个长时间的产品转换过程，才能完成任务。

“首要的一点是，终端用户希望通过灵活性来满专业咨询足其客户的各种要求，”Fanuc Robotics 公司码垛与包装部的工程经理 sunur 说：“同一台机器人可以非常灵活地处理包装袋、糖果及其他各种不同的产品，用户为获得这种灵活性所需付出的成本是可以接受的。”

“越来越多的消费品是以混装形式销售的，特别是个人护理品和电子消费品更是这样，这种情况对机器人的推广应用起到了很大的推动作用。”AdeptTechnology 公司副总裁 Tim DeRosett 表示：“在过去，你可能会持续几个星期或几个月的用一条生产线生产同一种产品，然后才会转而生产别的产品。但现在需要转换生产的时间已缩短到了几天，甚至只有几个小时。有了非常灵活的机器人，这种转换就变得十分容易了，通常只需要对工具和软件进行微小的调整即可。机器人仍然进行相同的基本操作。”

用户关闭控制器和电脑;可能会对码垛尺寸之类的提出自己的特定要求，这个时候机器人的灵活性就可以派上用场了。例如，虽然大多数饮料企业都使用 36 英寸×36 英寸的货盘，但沃尔玛却以 48 英寸×48英寸作为货盘的标准尺寸，这通常都会在物流中心对大理商品进行重新码垛。

可重新配置的资产

“对于那些拥有传统码垛设备的用户来说，灵活性正成为一个问题，因为这些设备只能适用一种尺寸的货盘。”AIDCO International 公司总裁 Sal Khan 说：“当他们考虑采用机器人时，他们必须确信这些机器人具有一致性、灵活性和所需要的吞吐量。”

“这些用户考虑机器人的原因是把它看作是一项可以重新配置的资产。”Cooper 接着又说： “他们可以用同一台机器人处理两或三种不同的产品，然因此运动部件之间的空隙随着气温的下降而有缩小偏向后可以把这台机器人再安排到其他的生产线上。”

方便的产品转换能力部分要归功于机器人设置软件的快速发展。今天的机器人可以非常迅速地重新设置，不需要过多的编程方面的知识。

今天的机器人软件的一个突出优点是使用了离线设置和虚拟功能。一个通常需要机器人花30～40 个小时“学习”的过程现在可以被离线“传授”，然后再被集成到系统中，这样停机的时间可以尽可能的短。

“虚拟功能早已应用了一段时间，但现在我们可以提供设备其他部件的模型，这样用户就可以进行重新设置，并可通过模版自动地创建处理过程。”Mo-toman 的高级市场总监 Carl Traynor说：“如果你的码垛机器人在一个小时内需要进行过多的拾取动作，你可以通过这种功能来验证一下，然后可能会发现你需要改变一下码垛模式。虚拟功能可以把机器人所要进行的操作非常精确地模拟出来。”

机器人视觉系统

机器人所具有的另一个优点是最新的视觉技术。带有视觉功能的机器人可以“看到”所要拾取物体的形状或方向，并根据看到的结果改变自己的动作，例如，在物体被包装前将其放在正确的位置。视觉技术也使得机器人更加容易地学习和适应新的产品，另外还可以被用于检验产品的质量。

“如果你添加了视觉系统，你就会预先知道需要混装的是什么样的产品，然后你就能够作好计划，并训练视觉系统来识别这些产品。”DeRosett 解释说：“这样，机器人就可以识别出一个新的产品，并做出相应的反应。但即使不能提前知道产品的混装形式，你仍可以很灵活迅速地适应不同的产品。”

采用一台带有视觉功能的单步机器人可以消除传统应用中的多个步骤。例如，如果用户所要处理的是袋装的冷冻食品，它可能会使用一种传统的包装系统来将其放入到包装盒中。但是如果这种包装要求内装食品具有一定的方向，那么一台机器人就可以识别出传送带上袋装食品的方向，然后拾起它，并按正确的方向放入到包装盒中。

“带有视觉跟踪功能的机器人可以随时知道某个产品的位置。”Musunur 说：“机器人看到这个物体，得到它的方向，然后从移动的传送带上拾起它。这具有无与伦比的灵活性，同时又没有传统自动化设备那样的限制。”

一个机器人视觉系统成功的关键在于与机器人运动控制器之问的连接。虽然大多数的视觉系统可以提供关于物体位置之类的细节信息，但视觉系统与运动控制器之间的紧密连接是达到 0.04精确度的关键。

“过去这种视觉系统藏饰手链通常是集成的，但最近你可以发现在单独的 PC 中运行的视觉系统。”DeRosett 说：“无论它是集成的还是单独的，机器人视觉系统的关键元素是将各个环节结合在一起的校准程序。因为没有已证明的和易于使用的校准工具，人们花费了大量的时间和金钱来试图得到从视觉系统到机器人控制器的可靠数据。”

机器人的设计技术仍然在不断发展。例如，有些系统甚至只用一个相机来为几台不同的机器人提供数据。译码器的分辨力也在提高，另外随着制造商利用更好的软件来提升相应的技术，导致机器人的误差也越来越小了。

“软件和硬件中的许多先进技术帮助我们能够命令机器人移动到更精确的位置，而后者正是包装领域中所需要的。”DeRosett 说：“对于小的物品来说，这种精确性是十分重要的。例如医疗用品和消费电子产品常常需要先被组装起来，然后再由同一条生产线上的下游设备进行包装。”

包装机器人的另一个卖点是可靠。因为它们采用了伺服电机，而不是链条和齿轮。今天的机器人的无故障时间可达 60，000 多个小时，并且在运用了 40，000 个小时之后才需要进行第一次保养。

另外推动机器人技术的发展也是速度的要求，尽管有人认为这项技术已经达到了许多应用的极限。

“有些人曾说过，用一个机器人达到每分钟 100 多次的拾取速度。”Traynor 说：“但对于像小饼干这样的物晶所具有惯性来说，如果你移动得那么快的话，你肯定会把它扔得满屋子都是。现在你可以用几台机器人来达到聚氨酯材料是汽车用非金属材料中受市场波动影响最小的更快的速度，并且还具有更高的灵活性和可靠性。”

“最终，它是具有最高速度的最优运动。”GSMA Systems 公司的副总裁兼总经理 Mark Senti说：“机器人可以以一种精确控制和平滑的运动来达到较高的速度，从而发挥作用。”$分页符$

机器人训练

随着机器人变得越来越易于使用(因为有基于Windows CE操作系统的控制器和直观的图形用户界面 GUI)，它们仍然需要一定量的，预先和及时的训练。

“它们很容易使用，也很容易维护。”Cooper 说：“但是公司必须要负责训练，这样其工程人员才会明白细微的差别。这是一个学习过程，但不是很难。”

“人们越来越关心工厂员工维护这样的机器人系统的能力，因为它比机器系统具有更多的程序。”Cooper 表示：“你必须要训练他们，以便让这样的设备发挥作用，并要看到它们的成本及收益。”

大多数机器人的成本在 100，000 美元左右。对于上面所有这些收益来说，机器人正变成得越来越有价值，根据联合国 2004 年全球机器人报告，自 1990 年以来，人工劳动力的价格指数上升了 50%，而机器人的成本在同一时间却下降了 80%。

“一般来说，每家公司开始时的目标都是要保持赢利，并能为用户提供更高质量的产品，这其实是一个矛盾。”Musunur 说：“我们也试图通过降低包装成本来解决这个矛盾，而机器人提供了很好的解决方案。”

比价格更值得关心的是投资所带来的回报。随着机器人的价格一直在下降，计算回报的过程就变得越来越让人惬意了。

“坦白地说，在今天的期望下，很难卖出一个需18个月才能得到回报的项目。这个回报期必须要在一年之内，但我们正逐渐接近这个目标。”

“一个很大的好处是你可以对具有标准价格和一定功能的系统进行定制。”Senti 补充说：“解决方案可以是一台带有单一工具和简易防护的简单机器人，或者是带有触摸屏界面的机器人。我们看到的投资回报周期可以是从六个月到两年。”

因此，在传统包装设备与自动包装机器人之间的战斗中，谁才是真正的赢家?与机器人相比，传统的设备仍然具有很大的市场份额，但是机器人正在迅速地扩张，有的时候它们正被集成到传统的设备里。

“有了可以处理任何类型货盘的机器人，你可以做得更多。”Sal Khan 说，“在我们现有传统设备的基础上，我们开发了一台半自

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