包装和码垛机器人解决行业的痛点

产量、质量、劳动力和投资回报率，这些都是让制造商夜不能寐的因素。不要害怕。机器人已经准备就绪。灵巧的机械手以惊人的速度和精度忙碌在包装线，而坚定的铰接器管理高耸的货物托盘。没有什么工作是太小或太大的。

更快,更便宜,更好
包装和码垛机器人的速度越来越快，成本也越来越高。通过集成控制和直观的人机界面，它们现在更容易使用。他们更聪明，有先进的传感和软件，更擅长处理产品的变化。

“我们客户面临的最大挑战是投资回报，”RIA董事会成员、纽约布鲁尔顿施耐德包装设备公司副总裁Pete Squires说。“我们的客户正在寻求最大的产量和实现最大的回报。他们想要的是故障更少的可靠系统。他们需要处理比以往更多的sku，并且拥有较高的转换率。”

施耐德包装,一个通过RIA认证的机器人集成商，为食品和饮料，制药，个人护理，塑料和纸业工业提供终端封装解决方案。

“行尾包装，这就是我们所做的，”斯奎尔斯说。“我们对机器人的使用只是客户需求的延伸，我们一直专注于这方面。做一个优秀的综合集成商比做一个优秀的打包集成商更重要。产品不同，托盘也不同。这是一个非常独特的行业。”

这个视频展示了各种包装和码垛应用。

斯奎尔斯说:“我们看到，由于机器人的可靠性和适应性，许多现有的自动化客户转向了机器人。”“机器人像人类一样将袋子或包裹插入纸箱，而且具有重复性。”

更容易使用
Squires说，新型机器人的公司可能误解了简单的机器人是如何运作的。

“我们几乎所有的设备都是通过罗克韦尔人机界面控制的。(他将此归功于罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation)与FANUC公司(FANUC Corporation)的整合。)你不需要成为一个机器人程序员或PLC程序员来运行它们。大多数日常的产品更换都很简单。从用户的角度来看，他们只是在人机界面上改变食谱。”

“随着熟练劳动力的短缺，它真的可以帮助我们的客户如果他们不需要机器人程序员运行此设备，”他补充道

这个视频由施耐德包装的礼貌展示了一个关于线端码垛系统的工作的HMI。两种高有效载荷，铰接式机器人排序和粘性型冰淇淋锥体，具有多个skus到六种不同的输送线。然后，梭系统将完成的托盘从每个电池运送到收缩包线。

精致的视觉系统集成到包装线中还将产品检验、质量控制功能和条形码读取功能结合到机器人过程中。再加上视觉，delta式机器人已经垄断包装应用市场超过十年，而且有很好的理由。据悉，它们每分钟可拾取300次，如果配有视觉和传送带跟踪，就能以令人麻木的精确度拾取和放置各种物品。然而，它们也有其局限性。

清洁和3
改进的卫生是包装行业越来越令人担忧，特别是主要食品包装，涉及直接食品接触。不满足于加入三角洲拣选和放置的磨损，如此许多同伴竞争者，一个机器人制造商决定重新审视熟悉的设计。

“我们拒绝进入市场很长一段时间的picker-type机器人,直到我们能找到一个替代的解决方案,最后交付速度,每个人都想要的,但是它没有任何污染,”西蒙•惠顿说,史陶比尔公司产品营销经理在邓肯,南卡罗来纳。

“对于包装，我们拥有我们的TP80快餐机，”Whitton说。“这是一个完全闭合的机器人，在采摘区非常独特。”

“通过封闭结构，这意味着所有空气管道都在手臂内跑，”他解释道。“这是为了使这个机器人清洁性能而不是性能。当我们探空市场时，向集成商和最终用户询问他们将设计哪种产品以及他们想要消除哪种风险，TP80是对此的。“

他说，这个四轴机器人有一个“scara式”工作外壳，可达800毫米。它可以安装在上方，在输送机的旁边，或在两个输送机之间。

这个视频在食品包装演示中显示StäubliTP80快速选择器。

惠顿说:“你可以从左右两边伸手，也可以从身后伸手。”“我们可以达到每分钟200次。”

Whitton，谁在机器人学中庆祝近30年，并在原始机器人公司开始职业生涯，宣传（斯塔布利后来买了），说清洁度将继续成为这一行业部分中的一个主要因素，因为更多的机器人能够进入食物。处理和包装。

他说:“如果你有一种符合行业需求的清洁产品，你就会沿着生产线向后移动，在过程的早期进行处理。”“你不需要等到东西被预先包装好，然后才能进行二次处理。你更适合更多的应用。制造商可以以不同的方式看待他们如何做某些事情。生产线可能会变成一个孤岛，而不是一个连续的过程，因为你可以更早地包装它，同时仍然保持环境的完整性。”

“这在食品，制药甚至是电子产品中是真实的，在那里您有敏感的组件，”他补充道。

视觉和输送机跟踪与包装一起携手，因此斯蒂布利提供集成的视觉和输送机跟踪解决方案以及其采摘机器人。机器人OEM还解决了包装世界的另一个趋势。

集成控制器
为了让机器人更加人性化，一些机器人制造商正在将专有的机器人控制器与更广泛使用的基于plc的控制器集成。如前所述，施耐德包装使用集成的FANUC和罗克韦尔控制，为新手提供更容易的机器人自动化路径。

“我们觉得最佳和最简单的方法是使用两个控制器，而是在高度集成的解决方案中，”乡绅说。“这样，用户不需要妥协性能，可靠性和易用性。”

斯蒂布利有自己的方法。“我们提供一个名为Univi的产品，”Whitton解释道。“它允许您将机器人控制连接到动作控制器，然后在您的环境中运行。一些包装机公司希望将机器人纳入包装机的一部分，因此它们可以作为解决方案的一部分提供进料和馈电。通过UNIVIAG，他们能够拥有自己的控制界面，操作员或程序员完全以控制系统的语言工作。“

Whitton补充道:“人们可以快速上手，因为他们已经熟悉了控制供应商的语言。“他们不需要任何关于VAL3 (Stäubli专有的机器人语言)的特殊知识就可以创建机器人程序，”

高级抓握
机器人制造商和包装和码垛系统的集成商再怎么强调手臂末端工具的重要性也不为过。EOAT正变得越来越复杂。用户要求更轻、更快的末端执行器，以及能够处理快速转换和多功能的末端工具。

“武器端部件正在用碳纤维制成，以实现其轻量调，现在有一个相当数量的3D印刷工具，”机器人集成商Schneider包装中的乡绅说。“我们使用现成的工具更换器，但我们也有自己的快速变化系统。我们有很多多用途工具，可挑选和放置产品，添加和拆下滑板，然后添加和拆下托盘。我们做了所有自己的武器末端的工具。我们觉得它是任何客户项目的关键部分。“

“我认为，一般而言，武器末端的工具尚未获得该行业的适当发展，”Grabit Inc.的Charlie Duncheon说，Charlie Duncheon说，加利福尼亚州圣克拉拉的Santa Clara。“我们设计了这些美丽，灵活的机器人，这已经变得非常强大。但多年来，夹具已经很少完成。我认为公司真正地看着夹具作为人类手掌的灵活性。这就是我们想要做的事情。“

Duncheon是指基于电粘合技术的公司灵活的材料处理解决方案。A的赢家2014年比赛更换器奖Grabit的面板夹钳被誉为颠覆性技术，注定会改变包装、码垛和传送带市场。

High-Mix处理
的近亲攀岩机器人Grabit的面板抓手使用同样的“粘性”技术来抓取各种表面，从玻璃、塑料、钣金到纸板和织物。

在头发上擦一个气球，然后看看它是如何贴在墙上的。那是静电力。抓住的技术已经找到了一种以非常受控的方式利用这种能量的方法。

这个视频显示安装在铰接式机器人采摘和放置计算机键盘上的抓斗板夹具。请注意，在运行输送机时，盒子似乎如何遵守重力，该输送机也缠绕在电粘合技术中。

Duncheon解释说:“电粘附力是我们抓取的材料和我们接触的表面积的函数。”“盒子、纸箱和箱子很容易电粘附。此外，我们还处理非常广泛的面板形状因素产品，如玻璃板，显示面板，手持设备，手机和平板电脑，复合材料片，和服装织物。

“对于大箱子和箱子，我们可以将面板夹持器配置为两个平行位置或l位置。我们可以通过很多不同的方式配置这些面板抓手来处理箱子。”

成立于2011年，抓住是斯里国际斯里国际的非营利性的分拆。Duncheon是2000年Engelberger Robotics奖得主，与他的联合创始人Grabit的首席技术官Harsha Prahlad建立了初创公司。PRAHLAD是航空航天工程中的博士学位，是SRI机器人计划中专利的电粘合技术的主要发明者。

Duncheon表示，抓住目前是其面板夹具的运输生产产品。应用包括处理织物，印刷电路板和太阳能电池。在早期的原型阶段仍然是一种更加迷人的电粘附技术版本。抓住调用每个镐夹子。

这个视频显示每个挑选的原型抓手处理盒子，袋子和汽水罐，所有的轻松。

符合夹子
静电技术的工业用途是没有新的。自20世纪80年代以来，它已经部署在FABS中，用于在处理站之间运输半导体晶片的静电卡盘。

Duncheon公司表示，这是一种全新的、拥有大量专利的“合规”电粘附技术。“这是个好消息，这项技术已经被证明是可行的。但我们的技术的创新之处在于，我们在这种柔性聚合物表面上打印出了正负电极，它可以在不规则表面周围弯曲，就像一个收缩包装的软饮料托盘。”

“我们什么都坚持，”他说。“我们将电荷沉积在附着的表面，然后相反的电荷相互吸引。表面的导电性越强，我们沉积的电荷就越多，因此力就越强。”

虽然电粘合技术在高电压下运行，但它使用极低的电流，通常是微放大器。Duncheon说这是非常安全的。

“事实上，我们的控制器通过设计不允许当前的速度超出您感受到的任何热度率。”

他指出，上一段视频中所示的看似缓慢的参与速度仅用于演示目的。同样地，表观线或“肌腱”是指它们的，只是一种粗糙的成形产品周围的指状物。它们对后续设计具有更强大的解决方案。

“我们有一个非常强大的控制器，我们使用抓握器开发，允许用户使用影响快速拾取和快速释放时间的许多不同的配置文件，”Duncheon说。“我们在许多应用中证明了能够以50毫秒拾取并以50毫秒释放。”

减少能耗
据该公司称，电粘合技术的电流和潜在的电粘接技术对其能耗降低极为兴奋。

Duncheon说:“我们使用的能量比真空夹持器少三个数量级。”“我们也安静，更轻，没有真空软管和泵。当你拿着手机或显示屏时，真空吸盘往往会留下污点。我们已经对我们的客户进行了测试，你看不到任何使用Grabit抓手处理任何事情的证据。”

他还表示，抓斗板夹具的​​成本与真空夹具相当。

透过机器人Horizo​​ n，Duncheon在传送带市场中看到了抓斗的胶粘剂技术的巨大潜力。“我们认为有很多用于带有带电的智能输送机的应用，并且可以将部件容纳在适当位置，然后沿输送机适当地释放零件。我们拥有一位资助发展的传送带客户。“

Super-Payload托盘包装
虽然潜在的颠覆性技术在机器人的未来较大，但我们仍然努力与必须包装的穷举品种的产品和容器挣扎。机器人在这个细分市场中仍然相对较新。然而，码垛机器人是物质处理中的旧式合作伙伴。

“码垛是早期的机器人应用之一，因为理由很容易，”斯蒂布里的卑鄙人说。“它们往往是相当重的负荷，难以管理，并且他们达到大量高度。投资回报率相当迅速，所以它相当普遍。“

大多数传统的机器人制造商提供码垛机器人。我们习惯于看到这些敏捷机械手堆叠盒和产品的板条箱。当产品庞大或繁重时，工作变得更具挑战性，当工作空间跨越宽度。那是龙门机器人和机器人轨道发挥作用。

“有效载荷和工作信封是两大优势，”Joe Campbell说，他是位于密歇根州安娜堡的Güdel公司的副总裁和产品部经理。我们更大的龙门架可以承受高达5000磅的载荷。我们对机车车轮和车轴做了大量的操作。当一个商用机器人在有效载荷上停滞不前时，一个大型龙门就可以介入。”

“第二个司机是原始尺寸，物理足迹，”他继续。“我们在分销中心的应用中看到了这一点，其中覆盖的一个非常大的足迹。你当然不能用一个机器人做到这一点，在轨道上用多个机器人做它并不实用。“

Mega工作区
今年年初，我们探讨了在这篇文章中越来越多地利用机器人和其他应用程序物料处理机器人的混合。

Güdel设计和制造1轴和2轴系统认为机床装载机/卸载机。其他单轴系统用作梭子或工具索引器，或嵌入机床中。GüdelFP龙门机器人具有3,4,5或6个轴，具体取决于配置。

“将我们的产品视为一个巨大的ertector集，”坎贝尔说。“我们构建1-通过X次数的轴机制。在许多情况下，我们的龙门机器人配置了多个托架，这些托架被独立控制和操作（通常是一个控制器）。“

坎贝尔说他们的系统是控制不可知论者。“我们的客户使用一系列控制器来控制我们的设备，从ABB机器人控制器或plc，到西门子和FANUC等公司的专用运动控制或CNC控制。”

“如果你看一个龙门机器人，基本结构就是你有两个平行的轨道，然后穿过铁路，你有一座桥梁。然后附着在桥上你有一个Z轴运输，“坎贝尔解释说。“这两个长轨道是x，桥是y，然后你有z.喇叭的好事是我们可以把多个桥梁放在一对轨道上。每个桥都可以在整个工作区域上独立运行。“

坎贝尔说:“有几个很大的优势，尤其是在码垛方面。”他说:“一个是，如果第一个区域出现激增，你实际上可以在那个区域安装两座龙门桥。第二，如果你有一个维护问题的任何一个单一的龙门。你可以把它带到服务区的一端，其余的桥可以处理整个占用空间。”

“你可能会得到较少的吞吐量，但你还在跑步。在传统的机器人单元格中，如果机器人熄灭，你就完成了。“

这个视频显示各种模块，带有各种应用中使用的龙门机器人和机器人轨道，包括汽车轮胎码垛，在那里您可以看到坎贝尔描述的轨道，桥梁和Z轴托架。

“我们在轮胎行业做了很多工作，”坎贝尔说。“轮胎在模具室成型，然后按型号和尺寸分类。分类室有半个足球场那么大，里面堆满了成堆的轮胎，最多有六个轮胎那么高。我们用龙门式机器人维修。我们把每个轮胎拿起来，放在相应的车架上。当发货的时候，我们会把所有的货物都收起来。”

更大的工作信封
今年8月,Güdel推出了第三代TrackMotion模块，这是用于扩展机器人工作包络的单轴设备。有时被称为第7轴，轨道在地板（TMF）和开销（TMO）模型中提供。其他制造商称为RTU或机器人运输单位。

坎贝尔说:“在高混合、低量应用的码垛领域，你可能会发现一个码垛机器人在轨道上上下移动40到60英尺，制造多个托盘。”“在包装方面，我们开始看到许多低产量、高混合的自动化，这是能够将机器人移动到单独的工位的优势。”

“轨道上的一个机器人的成本低于两个机器人，两个夹具，两个控制器，两个安全系统和一切中的两个，”他补充道。

坎贝尔说，一个普遍的误解是，机器人的履带又大又笨拙。但事实并非如此。Güdel的最新一代轨道采用了单架结构，更坚固，更轻，占地面积更小，以及其他设计上的进步。

他说:“事实上，我们提出了一个有趣的概念，即使用我们的一项日常开支在包装站之间移动拾取机器人。”“在很多这样的工厂里，并不是所有的生产线都是每天运行的，所以他们有一大块闲置的资本设备。我们发现，我们可以将架空轨道和地面轨道应用到过去无法支持的应用程序中。”

回报更高，足迹更小
有了架子和轨道，机器人就能到达产品。但在大多数应用中，产品都来自机器人。这就是一个积分器的自包含码垛单元的情况。

“谈到托盘时，我们的客户对循环时间感兴趣。这是一个巨大的因素，“在加拿大安大略省伯灵顿的Tech-con自动化的Nino Lavuca，VP＆General Mgr说。RIA认证机器人集成商为汽车，制药和食品和饮料行业提供服务。

据La LADUCA表示，Tech-Con开始于2008 - 09年在传统汽车应用随着经济衰退缓慢缓慢时开发码垛线。它们为汽车座椅制造商建立基于托盘的装配线，以及生产垫圈，烘干机和洗碗机的器具制造商。Tech-Con还开发了用于食品和饮料行业的标准和定制码垛解决方案。

他表示，食品和饮料行业的回报分析与汽车中的回报分析不同。

“在汽车中，与食品和饮料中的工资和支架成本可以更高，因此回报分析在码垛申请中需要更长时间。对于码垛，食品和饮料客户真的正在寻找一定的循环时间和预算，以及占地面积较小。“

独立的托盘化细胞应对这些预算和足迹挑战解决。

拉杜卡说:“我们建立了码垛单元，你可以在仓库里移动它们。”“你几乎可以用叉车把它搬起来。它非常容易部署。”

根据Tech-Con，自含量的托盘化细胞减少了每种细胞定制设计的需要，这减少了交货时间。它们还通过模块化，可扩展的解决方案降低成本，以适应大多数码垛需求。

2014年11月2日至5日，许多RIA成员在芝加哥国际PACK EXPO上展示他们的最新技术。头的RIA新闻页面预览。

RIA成员在本文中有：
拿公司。
Gudel Inc .)
施耐德包装设备公司，Inc。
斯蒂布里公司
Tech-Con自动化整合