包装和码垛机器人解决行业的痛点

吞吐量、质量、劳动力和投资回报率，这是让制造商夜不能寐的因素。不用担心。机器人已经准备好了。速度和精度都令人震惊的灵巧的机械手正在包装线上忙碌，而坚固的关节架管理着高耸的货盘。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RIA认证机器人集成商，为食品和饮料、制药、个人护理、塑料和造纸等行业提供终端包装解决方案。

斯奎尔斯说：“我们所做的就是线下包装。”。“我们对机器人技术的使用只是客户需求的延伸，我们一直专注于这一目标。作为一个优秀的综合集成商，没有什么地方比成为一个优秀的包装集成商更重要。产品各不相同，托盘也各不相同。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：“由于机器人的可靠性和适应性，我们看到很多现有自动化的客户转向机器人技术。”。“机器人将袋子或包裹插入纸箱的方式与人类类似，并且具有重复性。”

易于使用
Squires表示，新型机器人的公司可能会误解，如何运作简单的机器人。

“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。”

他补充道：“在熟练劳动力短缺的情况下，如果客户不需要机器人程序员来运行这台设备，这对他们真的很有帮助。”

这个视频由施耐德包装的礼貌展示了在线码垛系统的工作中的HMI。两个高有效载荷，铰接式机器人排序和涂层冰淇淋锥体壳体，多个SKU上到六种不同的输送线。然后，穿梭系统将完成的托盘从每个电池传输到收缩包裹线。

集成到包装线上的复杂视觉系统还将产品检查、质量控制功能和条形码读取结合到机器人流程中。加上视觉，三角洲风格的机器人已经垄断了包装应用市场超过十年，这是有充分理由的。众所周知，它们每分钟可拾取300次，如果配备了视觉和输送机跟踪功能，可以以令人麻木的精度拾取和放置各种物品。然而，它们确实有其局限性。

清洁和3
改进的卫生是包装行业越来越令人兴趣的，特别是涉及直接食品接触的主要食品包装。不满足于加入三角洲拣选和放置磨损，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，以新的扭曲。

南卡罗来纳州邓肯市Stäubli Corporation的产品营销经理西蒙·惠顿（Simon Whitton）表示：“在我们找到替代解决方案之前，我们一直抵制使用拾荒者类型的机器人进入市场，这种机器人最终能提供大家想要的速度，但不会造成任何污染。”。

“对于包装，我们有我们的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部跑，”他解释道。“这是为了给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，4轴机器人有一个“斯卡拉式”工作包，可达800毫米。它可以安装在头顶、输送机旁边或两个输送机之间。

这个视频在食品包装演示中显示StäubliTP80快速拾取器。

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宣传（斯蒂布利的后来购买），说，随着更多的机器人，可以继续成为这一行业部分的主要因素，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。”

“这是在食品，制药，甚至是电子产品中的真实，在那里您提供了敏感的组件，”他补充道。

视觉和输送机跟踪与包装齐头并进，因此Stäubi提供集成的视觉和输送机跟踪解决方案以及拾取机器人。机器人OEM还解决了包装世界的另一个趋势。

集成控制器
为了使机器人更加人性化，一些机器人原始设备制造商正在将专有机器人控制器与更广泛使用的基于PLC的控制器进行集成。如前所述，Schneider Packaging使用集成的FANUC和Rockwell控件，为新手提供一条实现机器人自动化的更简单途径。

“我们觉得最好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，”普兰德斯说。“这样，用户不需要妥协性能，可靠性和易用性。”

Stäubi有自己的方法。惠顿解释说：“我们提供一种叫做Unival的产品。“它允许您将机器人控制器连接到您的运动控制器，然后在您的环境中操作。一些包装机公司希望将机器人作为包装机的一部分，以便将输入和输出作为其解决方案的一部分。使用Unival，他们能够拥有自己的控制界面and操作员或程序员完全用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，”

高级抓取
包装和码垛系统的机器人制造商和集成商无法充分强调臂端工具的重要性。EOAT正变得越来越复杂。用户要求更轻、更快的端部执行器，以及使用臂端工具处理快速转换和多功能的能力。

“扶手末端的工具正在碳纤维中进行重量轻，现在有一个相当数量的3D印刷工具，”机器人集成商施耐德包装的乡绅说。“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，添加和移除滑板，然后添加和卸下托盘。我们做了所有自己的腿末端的工具。我们觉得它是任何客户项目的关键部分。“

加利福尼亚州圣克拉拉市Grabit Inc.首席执行官兼联合创始人查理·邓肯（Charlie Duncheon）表示：“我认为，总体而言，arm末端工具在该行业尚未得到适当的发展。”。“我们已经设计出了这些漂亮、灵活的机器人，它们已经变得非常健壮。但是这些年来，手爪几乎没有做过什么。我认为是时候让公司真正考虑让手爪像人手一样灵活了。这就是我们正在努力做的。”

Duncheon指的是其公司基于电粘附技术的材料处理灵活解决方案。冠军2014年游戏规则改变者奖Grabit的面板夹持器被誉为颠覆性技术，旨在改变包装、码垛和输送机市场。

高混合处理
相对于此攀岩机器人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。

在你的头发上擦一个气球，然后看它是如何伸向墙上的。那是静电力。抓住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，当他们在电粘合技术中缠绕时，盒子似乎如何遵守重力。

“电粘附力是我们抓握的材料和接触的表面积的函数，”Duncheon解释道。“盒子、纸箱和箱子非常适合电粘合。此外，我们还经营各种面板形状因子产品，如玻璃板、显示屏、手持设备、手机和平板电脑、复合板和服装面料。

“对于大型箱子和箱子，我们可以将面板夹持器配置为两个平行位置或一个L位置。我们可以通过许多不同的方式配置这些面板夹持器来处理箱子。”

Grabit成立于2011年，是SRI国际非营利独立研究中心的一个分支机构。邓肯，2000年恩格伯格机器人奖得主，与他的联合创始人格雷比特公司的首席技术官哈莎·普拉拉德共同创立了这家初创公司。普拉拉德拥有航空航天工程博士学位，是SRI机器人项目中获得专利的电粘附技术的主要发明者。

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。仍然在早期的原型阶段是甚至更加迷人的电胶粘剂技术。抓住调用它的每个镐夹。

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。”

“我们坚持一切，”他说。“我们在附着的表面上沉积电荷，然后相反的电荷吸引。表面越导电，我们沉积的电荷越多，因此作用力越强。”

虽然电胶粘剂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速度。”

他指出，上一个视频中所示的看似慢的参与速度仅用于演示目的。同样地，表观线或“肌腱”是指其的，只是一种粗制的原油方法，可以在产品周围塑造手指。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，我们使用我们的夹具开发，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。“我们已经在许多应用中展示了50毫秒的能力，并以50毫秒释放。”

减少能源消耗
据该公司称，电粘度技术的电流和潜在的电粘接技术对其减少的能耗极为兴奋。

Duncheon说：“我们的操作能量比真空夹持器少三个数量级。”。“我们也很安静、更轻，没有真空软管和真空泵。当你看手机或显示屏时，真空杯往往会留下污迹。我们已经与客户进行了测试，你看不到任何使用抓具进行任何操作的证据。”

他还说，Grabit面板夹持器在成本上与真空夹持器相当。

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。“我们认为智能输送机有很多应用，带有带电的区域，可以将部件固定到位，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
虽然潜在的破坏性技术在机器人的未来迫使较大，但我们仍然努力与必须包装的穷举产品和集装箱都挣扎。机器人在这个细分中仍然相对较新。然而，码垛机器人是物质处理中的真正合作伙伴。

Stäubi的Whitton说：“码垛是早期机器人应用之一，因为理由很简单。”。“它们往往是相当沉重的负担，难以管理，而且达到了相当高的水平。投资回报相当迅速，因此相当普遍。”

大多数传统机器人制造商提供码垛机器人。我们已经习惯于看到这些敏捷的机械手在堆放箱子和板条箱的产品。当产品体积较大或较重且工作空间跨度较大时，该工作变得更具挑战性。这时，龙门机器人和机器人轨道开始发挥作用。

“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混合料中的物料搬运机器人。

Güdel设计和制造被视为机床装载机/卸料机的1轴和2轴系统。其他单轴系统用作穿梭机或刀具索引器，或嵌入机床中。Güdel FP龙门式机器人有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埃尔特架，”坎贝尔说。“我们构建1-通过X次轴机制。在许多情况下，我们的龙门机器人配置了多个托架，这些托架独立地控制和操作（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，桥梁是y，然后你有z.龙头的好处是我们可以把多个桥梁放在给定的一对铁路上。每个桥都可以在整个工作区域上独立运行。“

坎贝尔说：“这有两大优势，尤其是在码垛方面。”。“一种是如果在1区出现喘振，实际上可以使用两个龙门桥在该区域工作。第二种是如果在任何一个龙门上出现维护问题。您可以将其带到服务区的一端，其余的桥可以处理整个占地。”

“你可能会越来越少吞吐量，但你仍然跑步。在传统的机器人单元格中，如果机器人熄灭，你就完成了。“

这个视频显示了各种应用中使用的龙门机器人和机器人轨道的各种模块，包括汽车轮胎码垛，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。“轮胎在成型室成型，然后按型号和尺寸进行分类。分类室有半个足球场大小，里面堆满了轮胎，高达六个轮胎。我们使用龙门机器人进行维修。我们捡起单个轮胎并将其放在适当的堆垛上。到了发货时间，我们会捡起整个堆垛。”

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。”

他补充道：“在跑道上，一个机器人的成本要比两个机器人、两个手爪、两个控制器、两个安全系统和所有东西中的两个低得多。”。

坎贝尔说，一个常见的误解是机器人的履带又大又笨重。但事实并非如此。居德尔最新一代的履带采用了一种更坚固、更轻、占地面积更小的统一框架，以及其他先进的设计。

“事实上，我们提出了一个有趣的概念，用于软包装生产线，使用我们的一个日常开支在包装站之间移动分拣机器人，”他说。“在许多这样的工厂中，并非所有的线路每天都在运行，因此它们有大量闲置的资本设备。我们发现，我们可以将高架轨道和地板轨道安装到过去不支持的应用程序中。”

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。

加拿大安大略省伯灵顿Tech Con Automation Incorporated副总裁兼总经理尼诺·拉杜卡（Nino LaDuca）表示：“在码垛方面，我们的客户对周期时间感兴趣。这是一个巨大的因素。”。RIA认证的机器人集成商服务于汽车、制药、食品和饮料行业。

根据LADUCA的说法，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，干衣机和洗碗机的器具制造商。Tech-Con还开发了食品和饮料行业的标准和定制码垛解决方案。

他说，食品和饮料行业的回报分析与汽车行业不同。

“在汽车中，与食品和饮料中的工资和架空成本可以更高，因此回报分析在码垛应用中需要更长时间。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，以及少量占地面积。“

独立的码垛细胞解决了这些预算和足迹挑战。

“我们建造了码垛单元，你可以在仓库内移动它们，”拉杜卡说。“你几乎可以用铲车把它们捡起来移动。它非常容易部署。”

根据Tech-Con，自含量的托盘化细胞可减少对每个细胞进行定制设计的需要，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新闻预览页面。

RIA成员在本文中有：
格拉比特公司。
Gudel Inc .)
施耐德包装设备公司。
Stäubi公司
Tech-Con自动化整合