工業用機器人通常都是從事一些重復性甚至是危險性的工作。但是隨著機器人變得越來越有效率，成本越來越低，今天的包裝業已越來越依賴于自動機器人的靈活性和可靠性來完成以前由傳統設備所進行的工作。

看一下相關的數據，機器人(特別是包裝機器人)正獲得飛速的發展。來自美國機器人工業協會的統計數據顯示：與2003年相比，2004年應用于包裝和碼垛領域的機器人數量增加了50%，而整個機器人行業的增長率只有20%。

“包裝商對靈活性和快速產品轉換的要求很高。”美國機器人工業協會的市場與公關副總裁JeffBurnstein解釋說：“隨著越來越多的機器人在這些領域中得到了應用，終端用戶們看到了效果，他們希望能再多安裝一些。”

“我們看到機器人市場正在飛速地發展，其增長曲線是陡直的曲棍球棒形狀。”LangenPackaging公司總裁StuartCooper說：“在過去的幾年中，我們大約有三分之一的業務已由傳統的設備轉向了自動機器人。”

可能機器人能獲得迅速應用的原因是它們的靈活性。包裝加工商需要應付來自客戶的各種各樣的產品需求，而與傳統的包裝設備相比，機器人可以更容易地處理不同尺寸、不同形狀的產品。例如，在一條可能使用兩種不同尺寸包裝袋的薯片生產線上，只需簡單地調整一下夾取單元和設置程序，就可以用同一臺機器人來完成包裝生產。而傳統的包裝設備可能需要進行一個長時間的產品轉換過程，才能完成任務。

“首要的一點是，終端用戶希望通過靈活性來滿足其客戶的各種要求，”FanucRobotics公司碼垛與包裝部的工程經理L.P.Musunur說：“同一臺機器人可以非常靈活地處理包裝袋、糖果及其他各種不同的產品，用戶為獲得這種靈活性所需付出的成本是可以接受的。”

“越來越多的消費品是以混裝形式銷售的，特別是個人護理品和電子消費品更是這樣，這種情況對機器人的推廣應用起到了很大的推動作用。”AdeptTechnology公司副總裁TimDeRosett表示：“在過去，你可能會持續幾個星期或幾個月的用一條生產線生產同一種產品，然后才會轉而生產別的產品。但現在需要轉換生產的時間已縮短到了幾天，甚至只有幾個小時。有了非常靈活的機器人，這種轉換就變得十分容易了，通常只需要對工具和軟件進行微小的調整即可。機器人仍然進行相同的基本操作。”

用戶可能會對碼垛尺寸之類的提出自己的特定要求，這個時候機器人的靈活性就可以派上用場了。例如，雖然大多數飲料企業都使用36英寸×36英寸的貨盤，但沃爾瑪卻以48英寸×48英寸作為貨盤的標準尺寸，這通常都會在物流中心對商品進行重新碼垛。

可重新配置的資產

“對于那些擁有傳統碼垛設備的用戶來說，靈活性正成為一個問題，因為這些設備只能適用一種尺寸的貨盤。”AIDCOInternational公司總裁SalKhan說：“當他們考慮采用機器人時，他們必須確信這些機器人具有一致性、靈活性和所需要的吞吐量。”

“這些用戶考慮機器人的原因是把它看作是一項可以重新配置的資產。”Cooper接著又說：

“他們可以用同一臺機器人處理兩或三種不同的產品，然后可以把這臺機器人再安排到其他的生產線上。”

方便的產品轉換能力部分要歸功于機器人設置軟件的快速發展。今天的機器人可以非常迅速地重新設置，不需要過多的編程方面的知識。

今天的機器人軟件的一個突出優點是使用了離線設置和虛擬功能。一個通常需要機器人花30～40個小時“學習”的過程現在可以被離線“傳授”，然后再被集成到系統中，這樣停機的時間可以盡可能的短。

“虛擬功能早已應用了一段時間，但現在我們可以提供設備其他部件的模型，這樣用戶就可以進行重新設置，并可通過模版自動地創建處理過程。”Mo-toman的高級市場總監CarlTraynor說：“如果你的碼垛機器人在一個小時內需要進行過多的拾取動作，你可以通過這種功能來驗證一下，然后可能會發現你需要改變一下碼垛模式。虛擬功能可以把機器人所要進行的操作非常精確地模擬出來。”

機器人視覺系統

機器人所具有的另一個優點是最新的視覺技術。帶有視覺功能的機器人可以“看到”所要拾取物體的形狀或方向，并根據看到的結果改變自己的動作，例如，在物體被包裝前將其放在正確的位置。視覺技術也使得機器人更加容易地學習和適應新的產品，另外還可以被用于檢驗產品的質量。

“如果你添加了視覺系統，你就會預先知道需要混裝的是什么樣的產品，然后你就能夠作好計劃，并訓練視覺系統來識別這些產品。”DeRosett解釋說：“這樣，機器人就可以識別出一個新的產品，并做出相應的反應。但即使不能提前知道產品的混裝形式，你仍可以很靈活迅速地適應不同的產品。”

采用一臺帶有視覺功能的單步機器人可以消除傳統應用中的多個步驟。例如，如果用戶所要處理的是袋裝的冷凍食品，它可能會使用一種傳統的包裝系統來將其放入到包裝盒中。但是如果這種包裝要求內裝食品具有一定的方向，那么一臺機器人就可以識別出傳送帶上袋裝食品的方向，然后拾起它，并按正確的方向放入到包裝盒中。

“帶有視覺跟蹤功能的機器人可以隨時知道某個產品的位置。”Musunur說：“機器人看到這個物體，得到它的方向，然后從移動的傳送帶上拾起它。這具有無與倫比的靈活性，同時又沒有傳統自動化設備那樣的限制。”

一個機器人視覺系統成功的關鍵在于與機器人運動控制器之問的連接。雖然大多數的視覺系統可以提供關于物體位置之類的細節信息，但視覺系統與運動控制器之間的緊密連接是達到0.04精確度的關鍵。

“過去這種視覺系統通常是集成的，但最近你可以發現在單獨的PC中運行的視覺系統。”DeRosett說：“無論它是集成的還是單獨的，機器人視覺系統的關鍵元素是將各個環節結合在一起的校準程序。因為沒有已證明的和易于使用的校準工具，人們花費了大量的時間和金錢來試圖得到從視覺系統到機器人控制器的可靠數據。”

機器人的設計技術仍然在不斷發展。例如，有些系統甚至只用一個相機來為幾臺不同的機器人提供數據。譯碼器的分辨力也在提高，另外隨著制造商利用更好的軟件來提升相應的技術，導致機器人的誤差也越來越小了。

“軟件和硬件中的許多先進技術幫助我們能夠命令機器人移動到更精確的位置，而后者正是包裝領域中所需要的。”DeRosett說：“對于小的物品來說，這種精確性是十分重要的。例如醫療用品和消費電子產品常常需要先被組裝起來，然后再由同一條生產線上的下游設備進行包裝。”包裝機器人的另一個賣點是可靠。因為它們采用了伺服電機，而不是鏈條和齒輪。今天的機器人的無故障時間可達60，000多個小時，并且在運用了40，000個小時之后才需要進行第一次保養。

另外推動機器人技術的發展也是速度的要求，盡管有人認為這項技術已經達到了許多應用的極限。

“有些人曾說過，用一個機器人達到每分鐘100多次的拾取速度。”Traynor說：“但對于像小餅干這樣的物晶所具有慣性來說，如果你移動得那么快的話，你肯定會把它扔得滿屋子都是�，F在你可以用幾臺機器人來達到更快的速度，并且還具有更高的靈活性和可靠性。”

“最終，它是具有最高速度的最優運動。”GSMASystems公司的副總裁兼總經理MarkSenti說：“機器人可以以一種精確控制和平滑的運動來達到較高的速度，從而發揮作用。”

機器人訓練

隨著機器人變得越來越易于使用(因為有基于WindowsCE操作系統的控制器和直觀的圖形用戶界面GUI)，它們仍然需要一定量的，預先和及時的訓練。

“它們很容易使用，也很容易維護。”Cooper說：“但是公司必須要負責訓練，這樣其工程人員才會明白細微的差別。這是一個學習過程，但不是很難。”

“人們越來越關心工廠員工維護這樣的機器人系統的能力，因為它比機器系統具有更多的程序。”Cooper表示：“你必須要訓練他們，以便讓這樣的設備發揮作用，并要看到它們的成本及收益。”

大多數機器人的成本在100，000美元左右。對于上面所有這些收益來說，機器人正變成得越來越有價值，根據聯合國2004年全球機器人報告，自1990年以來，人工勞動力的價格指數上升了50%，而機器人的成本在同一時間卻下降了80%。

“一般來說，每家公司開始時的目標都是要保持贏利，并能為用戶提供更高質量的產品，這其實是一個矛盾。”Musunur說：“我們也試圖通過降低包裝成本來解決這個矛盾，而機器人提供了很好的解決方案。”

比價格更值得關心的是投資所帶來的回報。隨著機器人的價格一直在下降，計算回報的過程就變得越來越讓人愜意了。

“坦白地說，在今天的期望下，很難賣出一個需18個月才能得到回報的項目。這個回報期必須要在一年之內，但我們正逐漸接近這個目標。”

“一個很大的好處是你可以對具有標準價格和一定功能的系統進行定制。”Senti補充說：“解決方案可以是一臺帶有單一工具和簡易防護的簡單機器人，或者是帶有觸摸屏界面的機器人。我們看到的投資回報周期可以是從六個月到兩年。”

因此，在傳統包裝設備與自動包裝機器人之間的戰斗中，誰才是真正的贏家?與機器人相比，傳統的設備仍然具有很大的市場份額，但是機器人正在迅速地擴張，有的時候它們正被集成到傳統的設備里。

“有了可以處理任何類型貨盤的機器人，你可以做得更多。”SalKhan說，“在我們現有傳統設備的基礎上，我們開發了一臺半自動機器，它可以很靈活地處理36英寸到48英寸的貨盤，所以當客戶必須要處理不同類型的貨盤時，這臺機器就能足夠靈活地完成任務。”

與傳統設備相比，機器人在處理特別重的物體上具有特別的優勢。

“我們有家客戶的業務是生產240磅重的烤肉，并把它放到包裝容器里面去。”FLEXiCELLRoboticSolutions公司市場與銷售副總裁HansSchouten說：“一臺六軸機器人就具有把許多不同的物品放人到容器的能力，加上一個重物提升單元，機器人是很好的解決方案，特別是當處理速度也需要考慮的時候。”

“現在機器人與傳統設備之間界限有點模糊了。”AIDCO公司市場副總裁OliviaKhan解釋說：“我們考慮拾取－放置機器人時，它們看起來并不像是機器人，只是一臺正常的機器而已。我想隨著將傳統設備升級成半自動設備，這個界限還會進一步模糊。”

但是機器人仍然也有障礙需要克服。例如，有幾家公司正在強調衛生的食品級機器人的問題。用戶也總是期望機器人具有更好的靈活性和易用性。

但是盡管目前的技術已比較穩定，許多人認為機器人在包裝領域仍未得到充分利用。“機器人所面臨的挑戰是遇到那些知道如何整合它們并能看到成本所帶來的回報的人。”Senti說：“這種設備是如此的可靠以致于你實際上能簡化整個生產系統。”

“有了機器人，你可以做更多的事情，但是我們需要看到那些沒有發揮到最大效率的地方。”Cooper說：“機器人不僅僅只是可以把物品放入到盒子中這么簡單，它還可以做更多的事，終端用戶應該認識到這一點。”

機器人所帶來的甜蜜

當全球最大的糖果藤生產商在1989年購買了第一臺包裝機器人時，他們一定很喜歡它。公司目前已擁有32臺機器人來包裝這種糖果。

美國俄亥俄州Bryan市的Spangler糖果公司生產的糖果產品，包括從Dum－Dum棒棒糖到CircusPeanuts糖到Saf－T糖，另外還有糖果藤。該公司采用帶有視覺導引功能的機器人來檢查和拾取每一塊糖，并把它正確地放置到包裝盒中。

“我們一直在尋找各種不同的方式來應用機器人。”Spangler的生產工程師DavidBauer說：“這曾經是一個不尋常的項目，因為它是一種重復性的運動，而我們可以把糖果以一種統一的方式傳送給機器人。”

Spangler公司所用的Adept機器人會為每一個糖果藤拍一張照片，檢查它們的長度和彎曲程度是否正確。然后就會把通過檢查的產品拾取起來，而不合格的糖果藤會被忽略掉，直接被送往生產線末端的回收器中。

按照今天的標準來看，購于1989年的第一臺機器人是很簡單的，它帶有一個20M的硬盤，內有用Fortran和BASIC兩種語言混合編譯的程序代碼。“每件事情都必須通過可靠的代碼來完成。”Bauer說：“我請Adept公司的應用工程師們編寫了這些代碼，因為它是一種保證。”“現在所有的系統都是基于win-dows的，非常簡單，就像做填空題一樣。”他補充說：“在Adept的MotionWare軟件中有大量的程序代碼，這給予了我們非常好的靈活性和控制能力，現在我可以自己來完成所有工作。”

雖然機器人在糖果藤這種產品上的應用情況很好，但還是不太適用于其他的糖果產品，后者是通過傳統的包裝設備裝在大的散裝袋中。但是根據Bauer的看法，機器人非常適用于連續包裝生產線這樣的場合。

對于其他正在考慮購買機器人的包裝商，Bauer的建議是機器人必須要適合應用場合的需要。“當我考慮選擇機器人的時候，我會仔細研究應用場合，看看機器人是否是最好的方法。”Bauer說：“以我們公司為例(很多其他的公司也是類似的情況)，回報是看它是否節省了勞動力，以及能節省多少。另外你還必須有合適的系統集成人員，以確保它能正常地工作。”