所谓码垛就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动⑴。作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，机械手码垛技术获得了前所未有的发展，在线式码垛机的吞吐量在不断地提高，机械手码垛机的柔性、处理速度以及抓取载荷在不断地升级，应用场合在不断地扩大。

近几年，在大米加工领域，由于能源成本激增，劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，不可预见风险因素，为企业的包装和储存带来了变革，促进了机械手码垛在大米加工企业中的广泛应用。

大米加工业行业向集团化、产业化、规模化发展,竞争日趋激烈，高利润时代已悄然过去。日本、美国及泰国，大米加工企业的规模都在日产500t以上，最大的达到单产5000t/(24h)o近年来我国大米加工业也逐渐走向规模化生产,集约化经营，特别是中粮集团、北大荒米业、益海嘉里集团等大型企业为代表。包装和码垛问题越来越彰显了其在大米加工企业中的地位，技术的改进以及设备的更新也是提升竞争力的法宝之一。而机械手等智能化产品在国内每年保持20%〜25%的增长势头已经说明社会进步与技术革新是企业发展永远的命题，机械手码垛系统在大米加工行业中得到越来越多的应用和发展。

1我国大米加工厂的码垛现状

经过对我国日加工能力100t以下的企业、日加工能力100〜200t的企业、日加工能力200~400t的企业、日加工能力400-1000t的企业、日加工能力1000t以上的企业包装、码垛方式的调研,其形式主要有以下几种。①人工搬运；②手推车推送;③利用辅助包装平台的人工码垛;④利用皮带输送机辅助输送的人匸码垛;⑤桥式码垛机;⑥机械手及托盘叉车配合码垛;⑦全自动包装秤包装、自动封口及机械手码垛。

人工搬运码垛形式是最原始的、最不安全的码垛形式，需要大量的劳动力，并且在码垛过程中容易出现安全事故，造成生产和生命的损失。随着社会的发展和科技的进步，人们发明了小推车，码垛形式产生了革命性的创新，从此码垛由人工的平动模式进步到转动模式，这样大大解放了劳动力，也提高了工业生产的效率。随着米厂生产能力的增加，对码垛能力的需求也提岀了新的要求，人们为了解决这个问题就利用辅助平台进行人工码垛，这在当时的确解决了码垛能力的问题，但并没有从根本上解决码垛能力低下的问题。随着科技的进步和码垛生产能力需求的增加，开始逐渐在大米加工厂岀现了皮带输送机辅助输送的人工码垛和桥式码垛机，这才从根本上开辟码垛的新时代，机械装置代替部分人力，这样大大地提高了码垛的速度和能力，同时也为大米行业的生产向大型化、规模化和集团化发展奠定了基础。

大米加工企业的发展、劳动力成本、能源消耗已成为推动机械手、托盘叉车配合码垛和全自动包装秤包装、自动封口及机械手码垛发展的重要力量。

大米企业发展方面，经过这些年的发展，大米生产在中国已经成为微利行业。加入WT。以后，中国大米生产企业在国内就面临着国际竞争，国外的大米生产企业具有丰富的生产管理经验和技术优势.并且经历了市场竞争的充分洗礼，国内企业虽然走岀了一条成功的发展道路，但是在和国际上大规模的大米生产商进行竞争时还是有很多的欠缺。走规模化经营以获得生存和发展无疑是国内大米生产企业的一种必然的选择，这也是大米机械制造商必须考虑的问题。

劳动力成本方面，中国人民大学宏观经济研究所副所长包明华认为，我国经济过热导致劳动力成本增加，而工业劳动力成本是与农业生产收入相联系的，过去，大量农村富余的廉价劳动力涌入城市，由于我国的这种第一产业与二、三产业之间巨大的收入差异，使我国在工业化和城市化建设中，能保持较长时间的低成本优势,特别是在制造业方面，劳动力成本远远低于发达国家水平。经过农业结构调整，农业逐步向生产质量高、有利于出口的髙附加值的产品转变，农民收入相应增加。包明华说:“现在，农村的城镇化、城市化以及国家对农业发展的保护、刺激措施，使得务农收入提高，所以农村剩余劳动力减少，劳动成本相应就有所增加。”清华大学经济管理学院教授华如兴判断“中国的劳动力价格优势将在5~8年之后消失。”这也印证了德国纽伦堡调査研究中心所分析出的结果——中国劳动力价格优势起码还能持续3~5年。虽然华如兴给出的年限推迟了一些,但其观点的本质没变，中国的劳动力优势正悄悄离我们远去。

能源方面，ABB公司机械手工业消费部门的经理RichardTallian也认为，“我注意到行业内非常关注货物仓储和分销,并且这种关注仍在延伸。我们为降低能源成本和包装材料成本付出了大量的努力，特别是非常注重降低托盘、纸箱用纸板和收缩薄膜的能源和包装成本。环保因素还将继续对包装和托盘堆垛卸垛机械手的发展产生深远的影响”。高位的能源成本将改变包装和托盘堆垛卸垛行业的本质，而机械手的应用有利于平稳地实现这种变革。

2机械手码垛在大米加工厂的应用

近年来,机械手码垛技术发展甚为迅猛.这种发展趋势是和当今大米加工厂的大型化、规模化和集团化发展趋势相适应的。物料被定量包装成袋后，如何能有效地将料袋高速、规则地码成垛，越来越成为满足大批量生产，合理利用库存空间的迫切需要，所以料袋码垛机的高效、可靠运转就成了生产正常运行的基本保证。机械手码垛机以其柔性T.作能力和小的占地面积，能够同时处理多种物料和码垛多个料垛.愈来愈受到广大用户的青睐并迅速占据码垛市场。

2.1机械手码垛机的原理⑵

机械手码垛机是由转位机、编组机、码垛机械手、托盘仓、码垛平台、垛盘输送机等几个重要部分组成。其工作原理如图1所示。

当料袋由缓停输送机送到转位机后，转位机根据转位要求将料袋转过0°或90°,然后将料袋送到编组机，由编组机将料袋按纵向3袋、或横向2袋这两种形式进行编组，编组后的料袋经码垛机械手在码垛平台上按5袋/层进行整形及码垛，当码完层后由垛盘输送机输送到叉车工作位置，最后由叉车运至仓库。

例如机械手码垛机可以釆用西门子ES7-226PLC进行控制，用西门子触摸屏对画面进行组态，通过和PLC的数据通讯，来控制和显示码垛自动循环全过程。

电气控制系统有以下特点：当码垛机用于包装、码垛生产时，可用其自动控制系统根据需要使其处于“自动”或“手动”状态。当设备出现电机过载、出垛积压、夹包、空托盘不到位等任何一种故障时，码垛机将停机或声光报警，具有自动化保护功能。消除异常后，能重新在原停机状态下恢复运行。当码垛机停机、停电时，可由PLC保持原运行状态，避免重复记忆。

2.2机械手码垛机的分类

根据机械结构的不同，机械手码垛机包括如下3种形式:笛卡耳式、旋转关节式和龙门起重架式。

笛卡耳式机械手码垛机主要由4部分组成：立柱、X向臂、丫向臂和抓手，以4个自由度（包括3个移动关节和1个旋转关节）完成对物料的码垛。这种形式的码垛机构造简单,机体刚性较强，可搬重量较大，适用于较重物料的码垛。

旋转关节式机械手码垛机绕机身旋转，包括4个旋转关节：腰关节、肩关节、肘关节和腕关节。这种形式的码垛机是通过示教的方式实现编程的，即操作员手持示教盒，控制机械手按规定的动作而运动，于是运动过程便存储在存储器中，以后自动运行时可以再现这一运动过程。这种机械手机身小而动作范围大,可同时进行一个或几个托盘的同时码垛，能够灵活机动地对应进行多种产品生产线的工作。

通过将机械手手臂装在龙门起重架上形成了龙门架式机械手码垛机，这种码垛机具有较大的工作范围，能够抓取较重的物料。

2.3机械手码垛机的特点

机械手码垛机的特点主要表现在：

（1）结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低，性能可靠,保养维修简单,所需库存零部件少。

（2）占地面积少。有利于客户厂房中生产线的布置,并可留出较大的库房面积。码垛机械手可以设置在狭窄的空间，即可有效的使用。

（3）自动化水平高⑴。从进袋、转向、编码直到码垛全过程，可实现全自动连续运行。该机除具有正常开停车功能外，同时还具有自诊、报警、打印、通信、故障连锁等功能，并留有与中央控制室通信的软件和接口。

（4）操作运行平稳可靠⑴。釆用低惯量、大功率运行方法,使操作运行平稳可靠，性能良好，并可提高设备元器件的使用寿命。控制系统主要元件与敏感元件采用日本。MRON和FUJI公司产品，气动系统主要元件采用日本SMC产品。

（5）适用性强。当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常生产。而机械式码垛机的更改相当麻烦甚至是无法实现的。

（6）能耗低。通常机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机械手的功率为5kW左右。大大降低了客户的运行成本。

（7）全部控制可在控制柜屏幕上操作，操作非常简单。

（8）只需定位抓起点和摆放点，教示方法简单易懂。

2.4机械手码垛机在大米加工厂应用的优势

2.4.1机械手码垛机与人力码垛相比在大米加工企业中的应用优势

现在整个大米加工企业码垛劳动力的现状是劳动力成本比较高，搬运人工费以每年5%的速率递增；大多数大米企业搬运工的年龄平均在40岁以上，面临着搬运人员年龄老化的问题;80后、90后一代人更不愿意从事这样高强度、简单重复性工作，更加凸显了大米行业劳动力缺乏的问题。机械手码垛技术不仅可以改善劳动条件、节约能源、提高劳动生产率,还可以降低人工成本（见表1）

2.4.2机械手码垛机与机械式码垛机相比在大米加工企业中的应用的优势

机械手码垛机与高低位机械式码垛机相比具有较大的优势，从结构上看，机械手码垛机具有结构简单，零部件少，故障率低，性能可靠，保养维修简单等优点。从建造的角度上看，机械手码垛机占地面积少，有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。从使用性的角度看，可根据客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常生产，而机械式的码垛机更改相当麻烦甚至无法实现。能耗方面，机械式码垛机的功率在26kW左右，而机械手码垛机的功率为5kW左右。大大降低了运行成本。同时机械手码垛机还具有操作非常简单、简单易学、安装方便等优点，几乎在现有任何大米加工厂均可进行改造升级。

3机械手码垛技术的发展与展望

3.1滑托板或码成立方体代替托板垛

一个古老的趋势正在复兴：用滑托板产品垛或码成立方体的产品垛来代替托板作为一种传统的码垛方法。这使得国际之间的货运不再因为托板而占用更多的空间。同时也节省了托板的成本。

3.2码垛机的改进

这些新的包装趋势导致很多传统自动码垛方法需要重新审视和改变。此外，这也令码垛机变得更为模块化，一系列的模块可以加到码垛机上以适应所生产产品的需求。

3.3塑料输送带代替托舞输送机

Intralox和其他生产厂家已经率先使用了塑料带或“垫面”输送机来解决上述挑战,垫面代替了传统的托相。垫面输送机作为码好的垛的输送面，对于码成立方体的产品垛或只用滑托板的垛来说也是理想的。它不但为产品垛提供一个完全平坦的表面，而且因为头部和尾部的齿链较小，输送机之间可以靠得非常近，从而将缝隙缩到最小。

3.4轻柔的处理理念

核心的理念包括产品到达后减速和启动时加速，以及产品改换方向时的平稳过渡。轻柔的处理理念还包括一些机械问题和电子控制问题。机械方面的主要问题是：当使用碰撞旋转器和停止板使气缸处于气垫运动状态时，机械转换点也发生改变以允许在各段之间的平滑流动。从电子控制的角度来说，在主发动机上使用变频驱动能够更好地控制产品的加速和减速。

转动袋子的时候需要特别小心，需要轻柔的转动或釆用差压辐旋转器。要造成码垛层式样就需要转动袋子。传统的方法是碰撞旋转。袋子进入到一块板上，这块板延伸到袋子传送的路径，包装的角接触到板，托辐推动包装的后部转动'90\

轻柔的转动或差压辐旋转器使用变频驱动成套反向托辐。一个袋子居中位于反向托辐上，一边比反向的那边駆动得更快。最简单的操作是在一个区内完成。一边的托編由变频驱动，另一边的是固定的驱动器。袋子进入输送带的中间区域，袋子的一半是由变频驱动的托辘支撑，另一半则由固定速度的托棍支撑。如果不需要转动袋子，那么变速驱动的一边就会配合定速驱动的那边，从而使袋子的方向保持不变。如果需要转动袋子，变速驱动的这一边就会加速，使袋子的一边围绕速度更快的托根方向旋转。箱子旋转90°后，两边的速度再次保持一致，袋子的方向也保持恒定。

更先进的技术设计能够满足更高产量的要求。通过在两边增加变速驱动，箱子可以顺时针旋转90°,逆时针旋转90°和180°,容许产品垛上的袋子和标签定位。

4结论

码垛机具有操作简单、故障率低、能耗低、升级改造方便等优点。在大米加工企业中，码垛机被用于成品库堆包和原料库堆包及上车等工序。码垛机在正常运行时,进包、转包、排包、推包、编码、卸包、空托盘输入、承载托盘输岀等工序均按设定的程序进行，并有显示信号，操作人员仅做监护即可。由于釆用了旋转机构、双向开启的卸包台及自动对中等机构,垛层编码合理、包装袋封口朝里，使垛形四周整齐,具有较高的码垛质量。

机械手码垛技术不仅可以改善劳动条件、节约能源、提高劳动生产率，还订以降低人工成本，节省码垛成本和管理成本，使仓库堆包现场井然有序，提升了企业形象。近年来，机械手码垛技术发展甚为迅猛，这种发展趋势是和当今大米加工厂的大型化、规模化和集团化发展趋势相适应的。

综上所述，随着当今劳动力市场人员的紧缺，人力成本的逐渐增高，不可预见的劳动风险，大米加工厂会逐渐走向自动化生产，而机械手码垛逐渐代替人工搬运也是必然趋势。

 

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