本次為物流優(yōu)秀方案分享，某大型藥企自動(dòng)化改造，針對(duì)其入庫(kù)產(chǎn)品品種多、產(chǎn)量大、效率高等特點(diǎn)，為減少人工工作量，提高生產(chǎn)效率改造部分有傳統(tǒng)的包裝輸送、碼垛及出入庫(kù)的作業(yè)方式升級(jí)為機(jī)器人自動(dòng)化，投產(chǎn)自動(dòng)輸送、碼垛及出入庫(kù)系統(tǒng)。

本文對(duì)產(chǎn)品包裝完成后從前道輸送線到分類碼垛至托盤線再進(jìn)入入庫(kù)線這一流程進(jìn)行了規(guī)劃，設(shè)計(jì)了暫存整理線對(duì)主輸送線上釋放過(guò)來(lái)的料箱進(jìn)行合并和歸類，介紹了暫存整理線上各設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)，并對(duì)規(guī)劃方案中的機(jī)械手配合夾具協(xié)同碼垛這一高效作業(yè)方式進(jìn)行了詳細(xì)暢述，從而保證了設(shè)計(jì)的效率要求。

一、方案規(guī)劃

1.垛形圖規(guī)劃

生產(chǎn)的藥品種類有121種，采用紙箱包裝，同一種藥品碼垛在一個(gè)托盤上。經(jīng)過(guò)紙箱外形尺寸的歸納，去掉重復(fù)后有75種紙箱尺寸。采用1200×1200（mm）的標(biāo)準(zhǔn)塑料托盤，托盤以上空間高度不得超過(guò)1300mm，且紙箱碼放在托盤上后外形不得超出托盤的四邊。經(jīng)過(guò)歸納整理，形成了如下幾類垛形（見(jiàn)圖1～圖4），某一尺寸范圍內(nèi)的紙箱僅影響垛形大小而不改變垛形種類。為了使上下層各箱能互相搭接，偶數(shù)層相對(duì)于奇數(shù)層要轉(zhuǎn)過(guò)90度放置。

2.布局規(guī)劃

碼垛的布局方案如圖5所示（局部），左側(cè)是立體庫(kù)庫(kù)區(qū)，最右側(cè)是主輸送線，主輸送線沿箭頭向前與回流線相連。

碼垛區(qū)配兩臺(tái)機(jī)械手，每臺(tái)碼垛機(jī)器人從對(duì)應(yīng)的3條暫存整理線上取貨放至下方的3條托盤線上（托盤線位于暫存整理線的下方），允許兩臺(tái)機(jī)械手分別碼放不同的紙箱?？胀斜P由空托盤線通過(guò)直角移載機(jī)構(gòu)送入6條滿托盤線。滿載后的托盤，通過(guò)直角移載機(jī)構(gòu)送入入庫(kù)線，由堆垛機(jī)碼至立體庫(kù)貨架上。主輸送線上由上位系統(tǒng)控制一次釋放一種紙箱，且此種紙箱的數(shù)量剛好能碼垛一個(gè)托盤。

每臺(tái)機(jī)械手對(duì)應(yīng)的3條暫存整理線與主輸送線相接，紙箱通過(guò)接口處的擺輪分揀機(jī)平均分配至3條暫存整理線。當(dāng)紙箱一次分配不完時(shí)，多余的紙箱進(jìn)入回流線并返回到主輸送線（用時(shí)45秒），進(jìn)行第二次分配。紙箱進(jìn)入暫存整理線后由進(jìn)行分區(qū)輸送，并經(jīng)過(guò)規(guī)整、頂升回轉(zhuǎn)、定位等一系列動(dòng)作，在線端取貨口固定位置等待機(jī)械手夾具抓取。確定碼垛方式的指令由讀碼器讀取紙箱條形碼中的產(chǎn)品類別、外形尺寸、重量等信息給機(jī)械手控制系統(tǒng)后發(fā)出。3條暫存輸送線由一條垂直輸送線串聯(lián)，用于將尾箱合并定位于第一條暫存輸送線的取貨口。

碼垛機(jī)械手可參考以下類型機(jī)器人，如國(guó)外品牌ABB機(jī)器人，安川機(jī)器人，柯馬機(jī)器人，國(guó)產(chǎn)品牌如靈猴機(jī)器人，埃夫特機(jī)器人，廣州啟帆機(jī)器人等，具體品牌需求需要按照項(xiàng)目預(yù)算采購(gòu)。

二、機(jī)械手夾具的設(shè)計(jì)

1.結(jié)構(gòu)與功能

機(jī)械手夾具能適應(yīng)不同外形尺寸的料箱，并且可以多箱夾取，如圖6，為了能夠看清內(nèi)部氣動(dòng)元件，圖中已把后蓋板隱藏了。

件1連接法蘭與機(jī)械手的輸出軸直接相連，可隨機(jī)械手的輸出軸旋轉(zhuǎn)。件6夾爪由件8氣缸帶動(dòng)作翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，便于取放貨。件11夾板與件13電缸的滑塊以及件15導(dǎo)軌上的滑塊固定在一起，其中導(dǎo)軌起輔助支撐作用，電缸由件4伺服電機(jī)通過(guò)件3減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)夾板移動(dòng)，一方面可自動(dòng)適應(yīng)不同尺寸的料箱，另一方面對(duì)料箱起夾緊作用，防止運(yùn)行中脫落。件9靠板、件12電缸安裝板、件14連接角鋼均通過(guò)件2頂部連接架裝配成一個(gè)整體框架。件15導(dǎo)軌的兩端由件5導(dǎo)軌固定塊和件16導(dǎo)軌調(diào)節(jié)塊固定在框架上。件10光電開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)夾具上是否存在料箱。夾具上的電纜和氣管沿著件2頂部連接架上的安裝孔走線并從件1連接法蘭的中心孔中穿入機(jī)械手內(nèi)部護(hù)管中。為適應(yīng)多箱裝夾，夾爪、夾板的驅(qū)動(dòng)均設(shè)計(jì)成對(duì)稱的兩組。

2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作

本夾具采用市場(chǎng)上成熟的電缸作為夾板的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，見(jiàn)圖7，結(jié)構(gòu)特別緊湊。

伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)將轉(zhuǎn)矩輸入電缸的減速機(jī)輸入端，帶動(dòng)滑塊沿電缸內(nèi)部的導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，滑塊的運(yùn)動(dòng)距離由程序按照輸入的料箱尺寸指令執(zhí)行，夾板安裝在滑塊上隨其一起運(yùn)動(dòng)。兩套夾爪的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作分別由兩套氣缸帶動(dòng)，為保持動(dòng)作的同步性，兩套氣缸共用一套電磁閥供氣。

夾具放貨動(dòng)作見(jiàn)圖8，箱與箱之間的距離已由垛形圖事先規(guī)劃好，且最小間距不得小于20 mm，箱底部至托盤的平面（或下層料箱的上平面）留41 mm高度，以便給夾爪翻轉(zhuǎn)留有足夠的空間。夾板利用箱子間的間距松開(kāi)1～2 mm使料箱在有摩擦力的情況下下滑放妥。

3.防墜落的設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)有防墜落機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖9，在氣缸的活塞端裝有誘導(dǎo)止回閥，當(dāng)活塞桿要伸出時(shí)，壓縮空氣先通過(guò)排氣節(jié)流閥而后無(wú)阻礙地通過(guò)誘導(dǎo)止回閥進(jìn)入氣缸活塞端，同時(shí)，缸內(nèi)排氣從桿端出來(lái)通過(guò)排氣節(jié)流閥后排走，這時(shí)誘導(dǎo)止回閥由于沒(méi)有打開(kāi)壓力而僅起單向閥的作用；當(dāng)活塞桿要縮回時(shí)，壓縮空氣從排氣節(jié)流閥中通過(guò)進(jìn)入活塞桿端，同時(shí)壓縮空氣的另一支路靠壓力打開(kāi)誘導(dǎo)止回閥，使缸內(nèi)活塞端空氣經(jīng)由誘導(dǎo)止回閥無(wú)阻礙地流入排氣節(jié)流閥，而后排入大氣中。如果突然斷氣或電磁閥斷電不工作，則誘導(dǎo)止回閥由于失去壓縮空氣的壓力而自動(dòng)關(guān)閉，這時(shí)貨物的重力作用在活塞桿上而使活塞桿有縮回的趨勢(shì)，缸內(nèi)活塞端的空氣需要排出時(shí)則被誘導(dǎo)止回閥封閉在缸內(nèi)，從而使得貨物不會(huì)有墜落的風(fēng)險(xiǎn)。

三、暫存整理線的設(shè)計(jì)

1.總體方案

暫存整理線主要有1阻擋機(jī)構(gòu)、2滾道線、3頂升移載機(jī)、4定位機(jī)構(gòu)、5垂直輸送線、6讀碼器等組件組成，見(jiàn)圖10。

料箱，從主輸送線上通過(guò)擺輪分揀機(jī)送入拐彎段輸送線后在暫存整理線上有打轉(zhuǎn)的可能，所以在暫存整理線進(jìn)入端設(shè)計(jì)有阻擋機(jī)構(gòu)，用于將料箱的姿態(tài)糾正后才放行。兩段垂直輸送線將3條滾道線相連起來(lái)，滾道線上以每1米左右長(zhǎng)度作為一段獨(dú)立輸送區(qū)進(jìn)行設(shè)置，每區(qū)由一根電動(dòng)滾筒帶動(dòng)若干根無(wú)動(dòng)力滾筒進(jìn)行輸送，以便使料箱能間隔均勻地有序前進(jìn)。料箱，在主輸送線及滾道線上前進(jìn)方向均與長(zhǎng)度方向一致，保證讀碼器組件能準(zhǔn)確地讀取箱側(cè)面的條形碼信息。頂升移載機(jī)用于將料箱的輸送由長(zhǎng)度方向改為寬度方向，如圖4這種垛形，就需要將料箱轉(zhuǎn)過(guò)90度后輸送，便于機(jī)械手夾具將兩箱合并取貨。在頂升移載機(jī)前方設(shè)有阻擋機(jī)構(gòu)，防止頂升移載機(jī)工作時(shí)有料箱沖入。在滾道線的末端設(shè)有定位機(jī)構(gòu)，用于將料箱整齊地推送到取貨口。如果機(jī)械手夾具最后需要一次裝夾3箱，而3條滾道線上各有一箱貨物時(shí)，可以通過(guò)垂直輸送線將3箱貨物合并到第一條滾道線上，便于提高碼垛效率。滾道線的輸送面與主輸送線等高，距地面2.4米，下部走托盤線（距地面高0.7米）。

2.阻擋機(jī)構(gòu)

阻擋機(jī)構(gòu)，如圖11。

阻擋機(jī)構(gòu)由件5三軸氣缸通過(guò)件4過(guò)渡板將上下運(yùn)動(dòng)傳遞給件1橫擋桿，整個(gè)機(jī)構(gòu)通過(guò)件3支架用件6U型螺栓安裝在滾道線的支架上，氣缸伸出時(shí)擋住貨物，氣缸縮回時(shí)，件1橫擋桿上的件2自由滾筒與滾道路線正好齊平，貨物通過(guò)時(shí)不至于有空檔。

3.頂升移載機(jī)

頂升移載機(jī)，如圖12。

件1直角移載平臺(tái)具有兩個(gè)互相垂直的輸送方向，可以按程序進(jìn)行切換，選用目前市面上成熟的產(chǎn)品，其安裝在件2臺(tái)面安裝架上。臺(tái)面安裝架與件8 升降機(jī)架通過(guò)件10回轉(zhuǎn)支承裝配在一起。件7氣缸安裝在件4機(jī)座上，活塞桿與件8升降機(jī)架相連，可使升降機(jī)架沿著件5導(dǎo)柱上下滑動(dòng)，從而帶動(dòng)直角移載臺(tái)面一起運(yùn)動(dòng)。氣缸頂升后件3電機(jī)通過(guò)件9減速機(jī)將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳給臺(tái)面按裝架2，使直角移載臺(tái)面在回轉(zhuǎn)支承的支撐下進(jìn)行正（或反）旋轉(zhuǎn)。整個(gè)部件通過(guò)件6與滾道線的支架相連。由于本機(jī)是鑲嵌在滾道線中的，因此直角移載臺(tái)面回轉(zhuǎn)時(shí)必須上升至滾道面后才能進(jìn)行，這是設(shè)置頂升氣缸的目的。

4.定位機(jī)構(gòu)

定位機(jī)構(gòu)，如圖13。

件10導(dǎo)軌通過(guò)件8搭子安裝在滾道線的型材上，件6槽板安裝在滾道線的下部。件1推桿在滾道面上通過(guò)伸出滾筒間隔的件5支撐板安裝在件4電缸和件10導(dǎo)軌的滑塊上，電缸安裝在件6槽板內(nèi)，件7擋板安裝在滾道線的末端，與件9齒板一道起料箱的限位作用。件3伺服電機(jī)通過(guò)件2減速機(jī)帶動(dòng)電缸滑塊滑動(dòng)，從而使推桿將料箱整齊地推向件9齒板碼放，同時(shí)料箱在下面滾筒的持續(xù)輸送作用下也與件7擋板貼緊。本機(jī)構(gòu)選用與夾具型號(hào)一樣的電缸，推桿到齒板之間的定位距離由程序按照輸入的料箱尺寸指令由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行，保證適合各種料箱尺寸。件9采用齒板的形式是方便夾具的夾爪從間隔中插入。

四、效率驗(yàn)算

本方案采用某國(guó)際知名品牌的機(jī)械手，經(jīng)過(guò)3維仿真演示，機(jī)械手完成一次碼垛動(dòng)作循環(huán)的時(shí)間按距離長(zhǎng)短不同為12～15秒，并且碼垛方案設(shè)計(jì)不超出機(jī)械手和夾具的極限行程范圍。為滿足用戶大流量、高效率的生產(chǎn)，本方案承諾最高碼垛效率可達(dá)到每箱6秒，為此，機(jī)械手夾具采用了最多可3箱一夾的設(shè)計(jì)方案，如按機(jī)械手15秒的循環(huán)時(shí)間計(jì)，這時(shí)的節(jié)拍是每箱5秒。頂升移載機(jī)可正反轉(zhuǎn)，其一個(gè)動(dòng)作循環(huán)是5秒（包括料箱駛?cè)?秒、頂升0.5秒、轉(zhuǎn)90度2秒、下落0.5秒、駛出1秒），滾道線輸送的速度是0.65米/秒，可以滿足頂升移載機(jī)的節(jié)拍，這樣在機(jī)械手一個(gè)碼垛動(dòng)作循環(huán)（15秒）內(nèi)正好有3箱貨被定位待取。當(dāng)機(jī)械手碼垛距離比較近時(shí)，比如從第一條滾道線取貨碼在第一條托盤線上，這時(shí)的碼垛動(dòng)作循環(huán)時(shí)間為12秒，理論上第一條滾道線上是來(lái)不及供貨的，但方案設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)械手對(duì)應(yīng)3條滾道線，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)3條滾道線中已定位好的料箱指派機(jī)械手優(yōu)先抓取，從而不會(huì)讓機(jī)械手有等待的機(jī)會(huì)。