摘要：在煙草工業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，成品件煙堆拆垛、卷煙輔料堆碼搭配、煙包剪帶拆膜去蓋、煙絲箱堆疊等物料處理環(huán)節(jié)應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。

　　關(guān)鍵詞：煙草工業(yè)、自動(dòng)化物流、機(jī)器人技術(shù)

　　煙草工業(yè)對(duì)生產(chǎn)物流自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，目前，多數(shù)卷煙廠都已實(shí)施了生產(chǎn)物流自動(dòng)化，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲(chǔ)葉儲(chǔ)絲模塊化精益生產(chǎn)，自動(dòng)化物流系統(tǒng)工藝融入到卷煙生產(chǎn)裝備工藝中，實(shí)現(xiàn)了工廠生產(chǎn)自動(dòng)化（FA）。例如，紅河煙廠自1998年開(kāi)始陸續(xù)實(shí)施了煙葉配方、輔料、成品、備件等自動(dòng)化物流系統(tǒng)，其設(shè)備性能、電氣控制、計(jì)算機(jī)信息管理等方面都接近國(guó)際先進(jìn)水平，并且在自動(dòng)化物流作業(yè)環(huán)節(jié)中，成功采用工業(yè)機(jī)器人對(duì)卷煙成品進(jìn)行堆碼、拆垛作業(yè)，對(duì)木夾板煙包進(jìn)行剪鋼帶、拆薄膜、去夾板作業(yè)，對(duì)輔料搭配在國(guó)內(nèi)外率先開(kāi)發(fā)使用帶視覺(jué)識(shí)別的移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，能對(duì)多品種、多規(guī)格的卷煙輔料根據(jù)生產(chǎn)需要按不同的配方進(jìn)行任意搭配，實(shí)現(xiàn)卷煙輔料的自動(dòng)堆碼搭配與供給。在這些物流環(huán)節(jié)采用機(jī)器人作業(yè)模式，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，改善了作業(yè)環(huán)境。

　　工業(yè)機(jī)器人概述

　　工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備，目前，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動(dòng)化工廠（FA）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動(dòng)化工具。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，不僅可提高產(chǎn)能、保證質(zhì)量，而且對(duì)保障人身安全、改善勞動(dòng)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約原材料消耗，以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。

　　工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3~6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1~3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。

　　工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。

　　按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，工業(yè)機(jī)器人又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

　　具有觸覺(jué)、力覺(jué)或簡(jiǎn)單視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作。如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人，它能按照人工給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。

　　機(jī)器人在成品件煙碼拆垛作業(yè)中的應(yīng)用

　　在卷煙廠生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，成品自動(dòng)化物流系統(tǒng)是基于對(duì)成品收集、分類(lèi)、儲(chǔ)存、分發(fā)、銷(xiāo)貨環(huán)節(jié)進(jìn)行一體化自動(dòng)控制和實(shí)現(xiàn)調(diào)度管控信息智能化的系統(tǒng)，能夠不同程度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)分類(lèi)、自動(dòng)碼垛、自動(dòng)出入存、自動(dòng)移盤(pán)庫(kù)、響應(yīng)訂單組配貨、自動(dòng)發(fā)貨裝車(chē)和相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品信息的精確統(tǒng)計(jì)追蹤。入庫(kù)的基本流程為：卷接包生產(chǎn)線－裝封箱線-分揀及機(jī)器人件煙碼垛系統(tǒng)－立體倉(cāng)庫(kù)；出庫(kù)的基本流程為：立體倉(cāng)庫(kù)－機(jī)器人件煙折垛系統(tǒng)－分揀組配發(fā)貨。成品件煙的堆碼垛型一般為24、28、30件/托盤(pán)。

　　1.堆垛應(yīng)用

　　機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)堆垛工位一般由2~3個(gè)輸入線和2~3個(gè)堆垛工位組成。作業(yè)時(shí)，件煙豎立姿態(tài)輸入，對(duì)于非頂層件煙，機(jī)器人手腕以頂吸（或底托叉）方式一次吸3件或者吸2件，按“3縱2橫+2橫3縱”方式組成首層，第二層反之，直至頂層；在頂層機(jī)器人單件作業(yè)，手腕旋轉(zhuǎn)90°以平放躺方式放置頂層件煙。

　　2.拆垛應(yīng)用

　　機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)拆垛工位由2個(gè)拆垛工位和1個(gè)輸出線（包括翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）組成。對(duì)于平躺姿態(tài)的件煙，在拆垛時(shí)，機(jī)器人平行吸取件煙，直接放置到輸出線上輸出。對(duì)于豎直姿態(tài)的件煙，拆垛時(shí)，機(jī)器人平行吸取件煙，放置到輸出線上的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)依次將件煙翻倒輸出。
　
　　機(jī)器人在卷煙輔料搭配作業(yè)中的應(yīng)用

　　在卷煙輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，需要將不同品種規(guī)格的輔料堆碼到托盤(pán)上完成物料組盤(pán)，然后存入立庫(kù)系統(tǒng)，再根據(jù)卷接機(jī)組的需要配送到機(jī)組站臺(tái)。在輔料組盤(pán)過(guò)程中，由于輔料品種的多樣性，一般均采用人工作業(yè)，但人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)管理凌亂，因此紅河、合肥煙廠等采用了ABB機(jī)器人完成輔料自動(dòng)堆碼搭配作業(yè)。

　　由于輔料品種規(guī)格形狀各異，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆碼作業(yè)有較大難度，為此采用一套帶有視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的移動(dòng)式機(jī)器人進(jìn)行輔料搭配堆碼作業(yè)。

　　視覺(jué)識(shí)別移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)是集機(jī)器人手臂圖像識(shí)別系統(tǒng)、手臂吸夾具系統(tǒng)、手臂找定位傳感控制系統(tǒng)、機(jī)器人數(shù)控穿梭行走系統(tǒng)以及計(jì)算決策上位機(jī)為一體的開(kāi)放柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。系統(tǒng)視覺(jué)識(shí)別部分對(duì)靜態(tài)（隨機(jī)出現(xiàn)的物品被輸送到指定的站臺(tái)位置）或動(dòng)態(tài)（隨機(jī)出現(xiàn)的物品在輸送鏈上移動(dòng)不停留）的不同物品以及靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的同一物品不同的放置面、放置方向可實(shí)現(xiàn)視覺(jué)識(shí)別定位。已被識(shí)別和定位的物品，由機(jī)器人根據(jù)已獲得的物品類(lèi)型、位置信息選擇夾具抓取物品，再根據(jù)物品需放置的站臺(tái)位置行走至該站臺(tái)，完成對(duì)物品的拆垛、搬運(yùn)或碼垛等任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)搭配裝盤(pán)。

　　計(jì)算決策上位機(jī)傳輸輔料信息給機(jī)器人，并發(fā)出工作指令，機(jī)器人根據(jù)輔料配方指令，通過(guò)數(shù)控有軌車(chē)移動(dòng)到各個(gè)物料站臺(tái)，利用光學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別各種輔料的形狀和位置，然后機(jī)器人自動(dòng)調(diào)換相應(yīng)夾具，對(duì)輔料進(jìn)行自動(dòng)揀取、堆碼、搭配。

　　機(jī)器人在煙包拆帶開(kāi)箱作業(yè)中的應(yīng)用

　　煙葉原料的外包裝主要有紙箱和木夾板兩種形式，并附有包裝尼龍帶、鋼帶、薄膜等。在制絲線煙包作業(yè)環(huán)節(jié)中，對(duì)于紙箱煙包，一般采用人工剪包裝帶、拿出箱內(nèi)墊紙，再由煙包開(kāi)包機(jī)倒出煙包實(shí)現(xiàn)煙包開(kāi)包；對(duì)于木夾板煙包，一般采用人工剪鋼帶、撕掉塑料薄膜，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)開(kāi)包輸送機(jī)配合取木夾板。采用機(jī)器人自動(dòng)拆帶開(kāi)箱，一般配置專(zhuān)用夾具、輔具實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的煙包開(kāi)包，對(duì)于紙箱煙可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剪包裝帶、取墊紙，完成紙箱與煙包的分離；對(duì)于木夾板煙包，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剪鋼帶、拆薄膜、去夾板，完成夾板與煙包的分離。在機(jī)器人自動(dòng)開(kāi)包系統(tǒng)中，配置相關(guān)輔助裝置，可實(shí)現(xiàn)紙箱、木夾板自動(dòng)折疊、鋼帶自動(dòng)剪斷等作業(yè)，整個(gè)流程的自動(dòng)化、智能化程度很高，充分體現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人對(duì)復(fù)雜軌跡運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。

　　機(jī)器人在煙絲箱碼拆作業(yè)中的應(yīng)用

　　近年來(lái)，隨著煙草加工向精益化、精細(xì)化、個(gè)性化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的煙絲柜儲(chǔ)方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄鋬?chǔ)模式，便于半成品煙絲小批量精確攙兌，并實(shí)現(xiàn)成品煙絲對(duì)制絲線小單元送絲。為了提高存儲(chǔ)和輸送效率，需要將煙絲箱進(jìn)行堆疊和拆垛，除了專(zhuān)用堆碼機(jī)外，可采用機(jī)器人進(jìn)行堆拆作業(yè)。

　　基本流程為：煙絲箱輸送到站臺(tái)工位，機(jī)器人抓取后旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)到堆碼站臺(tái)，堆疊在另一個(gè)煙絲箱上方，拆垛時(shí)動(dòng)作順序相仿。同時(shí)，機(jī)器人以單箱方式抓取箱體，可完成翻箱倒料作業(yè)，并在光學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)和清掃裝置的配合下，完成箱體內(nèi)側(cè)殘留煙絲的清掃工作。由于箱體長(zhǎng)寬高尺寸均大于1米，抓取重量超過(guò)150千克，開(kāi)發(fā)了較大寬度尺寸的機(jī)器人夾具，并選用手腕持重和臂展半徑較大的機(jī)器人本體型號(hào)。

　　工業(yè)機(jī)器人作為一種通用型的智能設(shè)備，其本體功能基本能滿足煙草工業(yè)自動(dòng)化物流物料處理的抓取及堆拆碼要求，難點(diǎn)在于夾具、輔具的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。通用型機(jī)器人在智能性方面能滿足一些特殊的物料處理作業(yè)，但在大流量物流系統(tǒng)中動(dòng)作節(jié)拍的效率遜于專(zhuān)機(jī)設(shè)備。隨著煙草工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，工業(yè)機(jī)器人在卷煙自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越深入和廣泛，對(duì)于在物流系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)中如何有效集成和應(yīng)用，以及機(jī)器人主機(jī)性能、夾具輔具功能等方面的完善提高將會(huì)有更多的研究和應(yīng)用。