曲 斌

（東北制藥集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽(yáng)110026）

0 引言

作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平和科技水平的重要標(biāo)志。目前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人主要用于汽車工業(yè)及汽車零件工業(yè)，占整個(gè)機(jī)器人市場(chǎng)的60%以上，食品工業(yè)僅占2%左右，藥品行業(yè)占的比例就更加少了。相對(duì)于日漸趨于飽和的汽車市場(chǎng)使用量，工業(yè)機(jī)器人在制藥行業(yè)應(yīng)用的增長(zhǎng)空間較大，未來制藥領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量會(huì)有望超過汽車制造業(yè)。

隨著制藥工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化、智能化的機(jī)器人現(xiàn)正漸漸成為藥品生產(chǎn)制造過程中的主要角色。機(jī)器人開發(fā)行業(yè)也同樣認(rèn)清現(xiàn)狀，針對(duì)醫(yī)藥行業(yè)的特殊性，在清潔衛(wèi)生、防水抗菌、拾取目標(biāo)物多樣性等方面提出了特殊要求。因此，醫(yī)藥行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在分揀、取件及處理、自動(dòng)檢測(cè)、搬運(yùn)及碼垛等領(lǐng)域。由于機(jī)器人基本用于識(shí)別和選取工作，因此該領(lǐng)域也對(duì)使用的機(jī)器人的視覺技術(shù)提出了較高的要求。

1 燈檢機(jī)器人

在一條傳統(tǒng)的人工包裝生產(chǎn)線上，燈檢工作占用了大量的人工和生產(chǎn)時(shí)間，并且在藥品監(jiān)管要求提高和用工成本不斷攀升的今天，大量的燈檢工作更是成為限制制藥生產(chǎn)效率的瓶頸環(huán)節(jié)。而燈檢機(jī)器人通過視覺系統(tǒng)的應(yīng)用能幫助減輕大量的燈檢工作，并且在持續(xù)重復(fù)的工作中保持良好一致的作業(yè)穩(wěn)定性。

這方面的應(yīng)用在水針劑燈檢崗位體現(xiàn)最為明顯，例如小容量水針劑燈檢崗位應(yīng)用的新型安瓿自動(dòng)燈檢機(jī)（圖1）。

圖1 安瓿自動(dòng)燈檢機(jī)

為適應(yīng)現(xiàn)代制藥業(yè)生產(chǎn)線的要求，該機(jī)主要針對(duì)無色透明液體或者有色半透明液體的異物檢測(cè)而設(shè)計(jì)，接在灌裝機(jī)后段、貼標(biāo)和包裝系統(tǒng)前段的檢測(cè)設(shè)備。其用于檢測(cè)液體中可能存在的如玻屑、纖維、溶渣等可見異物，并自動(dòng)剔除不合格產(chǎn)品。這種設(shè)備能夠準(zhǔn)確地分辨出合格品和不合格品，可減少燈檢工作人員，提高生產(chǎn)效率，降低人眼因疲勞導(dǎo)致漏檢的幾率。該機(jī)根據(jù)機(jī)器的視覺原理，采用攝像機(jī)拍攝生產(chǎn)線上的藥瓶的圖像，把圖像傳入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)通過軟件算法判斷該樣品中是否有可見異物雜質(zhì)。若有雜質(zhì)，則發(fā)出指令通過PLC控制把次品分揀送入不合格品出瓶盤；若沒有雜質(zhì)，則進(jìn)入合格品出瓶盤，完成燈檢。其中，利用伺服電機(jī)和齒輪來控制藥瓶的傳送、交接工作，同時(shí)利用伺服電機(jī)帶動(dòng)異物檢測(cè)裝置作同步跟蹤運(yùn)動(dòng)，對(duì)安瓿瓶的藥液部分進(jìn)行拍攝。安瓿瓶藥液在旋轉(zhuǎn)過程中，依據(jù)液體中的雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡以及形狀大小等將其區(qū)別出來。當(dāng)檢測(cè)完成后，攝像機(jī)馬上又返回到跟蹤起點(diǎn)，返回圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像比對(duì)，并在新一輪的檢測(cè)前輸出分析結(jié)果，如此反復(fù)。

此類機(jī)器人操作與人工操作進(jìn)行對(duì)比有如下特點(diǎn)：（1）燈檢機(jī)器人能自動(dòng)完成等距分隔進(jìn)瓶。自動(dòng)對(duì)待檢瓶旋轉(zhuǎn)并剎車，有利于液體中雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，方便檢測(cè)。而人工燈檢，需要連續(xù)多次翻轉(zhuǎn)，整齊碼的安瓿瓶，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（2）同步時(shí)序控制系統(tǒng)，提高成像質(zhì)量，提高微小異物檢測(cè)的可靠性（最小可區(qū)分40μm的異物），并采用視覺成像原理檢測(cè)，對(duì)可見異物判斷更加準(zhǔn)確。若采用人工檢查，由于人員有視覺疲勞出現(xiàn)，漏檢率會(huì)比機(jī)器高，另外人眼通常對(duì)微小異物的分辨率也不如機(jī)器人。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)次品的自動(dòng)剔除，能實(shí)現(xiàn)合格品與次品分類統(tǒng)計(jì)。若采用人工檢查時(shí)，僅能夠?qū)崿F(xiàn)分類處理，但很難對(duì)合格品和不合格品分類進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

2 包裝機(jī)器人

近年來，隨著高科技的迅猛發(fā)展，機(jī)器人在包裝工序也發(fā)揮著越來越重要的作用。在制藥包裝領(lǐng)域中，機(jī)器人扮演著非常重要的角色，有效地提高了效率，降低了成本，應(yīng)用前景異常廣闊。長(zhǎng)期以來，用戶需要的是一種產(chǎn)能高、適合于包裝盒、包裝箱的自動(dòng)化鋁塑包裝設(shè)備。隨著市場(chǎng)對(duì)小包裝藥品需求量的增加，企業(yè)對(duì)鋁塑包裝設(shè)備的需要也發(fā)生了變化。如今的鋁塑包裝設(shè)備應(yīng)能迅速完成包裝規(guī)格、形式的轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)的單一產(chǎn)品包裝線已被逐漸淘汰。由此，機(jī)器人技術(shù)的高靈活性Siebler系列鋁塑包裝生產(chǎn)線誕生。

隨著對(duì)鋁塑膜包裝需求的增加，對(duì)能夠適應(yīng)不同產(chǎn)品、不同包裝形式、高靈活性包裝生產(chǎn)線的要求也與日俱增。機(jī)器人技術(shù)支持的傳送工位不僅能夠?qū)崿F(xiàn)包裝產(chǎn)品的快速換型，而且也通過內(nèi)置的質(zhì)量保證系統(tǒng)贏得了人們的信賴。

隨著衛(wèi)生型、易用型拾料包裝機(jī)器人的推出，以及集成視覺系統(tǒng)的可沖洗版高速機(jī)器人的問世，人們?cè)絹碓疥P(guān)注機(jī)器人在提高產(chǎn)量、穩(wěn)保質(zhì)量、改善衛(wèi)生條件等方面的優(yōu)勢(shì)。

自動(dòng)化機(jī)器人是包裝設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，它的出現(xiàn)使工程師們能夠設(shè)計(jì)出更加靈活的、故障率更低的，同時(shí)也有著更高效率和性能的包裝機(jī)械。機(jī)器人解決方案能夠創(chuàng)造切切實(shí)實(shí)的效益?？梢灶A(yù)測(cè)，機(jī)器人技術(shù)將以空前的速度在食品、制藥等行業(yè)得到普及。

3 機(jī)械手

另一種在制藥行業(yè)廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人為機(jī)械手（圖2）。機(jī)械手被稱為最早期的工業(yè)機(jī)器人，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，是用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，所以也可以形象地稱之為自動(dòng)化行業(yè)的“左膀右臂”。

圖2 機(jī)械手

在現(xiàn)代制藥生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛地運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)。例如：日本HARMO機(jī)械手臂，是一種高精密度機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品。其機(jī)械部分相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同樣由滑軌和滑塊組成，但是其組裝后具有很高的本體平行度和垂直度，是它能夠擁有重復(fù)定位精度達(dá)±0.01 mm的重要原因?？刂撇糠謩t是使用了閉環(huán)控制的方式，將傳統(tǒng)的開環(huán)控制方式完全顛覆，使機(jī)械手的控制更人性化，精度更高。機(jī)械本體安裝光電編碼器，將機(jī)械手滑塊的運(yùn)動(dòng)情況實(shí)時(shí)反饋給控制器，控制器則根據(jù)給出和接收到的信號(hào)對(duì)滑塊位置進(jìn)行校正，從而達(dá)到高移動(dòng)精度。

在藥品貯存和搬運(yùn)的過程中，藥品的移動(dòng)和吊裝過程需要大量的人工來完成，搬運(yùn)人員疲勞作業(yè)使安全系數(shù)降低，工作周期延長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代藥品生產(chǎn)的要求。為此有必要設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠用于搬運(yùn)藥品的機(jī)械手。綜合工作環(huán)境、工作性質(zhì)和質(zhì)量要求，研究者確定機(jī)器人研制參數(shù)，確定此類搬運(yùn)機(jī)械手為可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的通用機(jī)械手，手部可按工作需要隨時(shí)更改，手部或有夾持式手指，或有吸盤式機(jī)械臂，可完成水平移動(dòng)、上下移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)等操作，因此該類機(jī)械手可應(yīng)用于各類搬運(yùn)作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)領(lǐng)域與機(jī)器人的高度結(jié)合已然是世界工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用也是我國(guó)未來制造業(yè)發(fā)展的必由之路。擴(kuò)大我國(guó)藥品行業(yè)產(chǎn)能規(guī)模、擴(kuò)張機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用范圍是提升國(guó)產(chǎn)藥品發(fā)展水平的當(dāng)務(wù)之急，不僅要為制藥機(jī)器人自主研發(fā)提供平臺(tái)，也要提高自主品牌機(jī)器人的市場(chǎng)參與度。