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项目背景
我国制造业发展参差不齐，有些行业的产业化水平比较高，可能已经达到了数字化和智能化，但是有些行业还处在一个水平比较低端的人工作业阶段，如书刊印刷装订行业。
长期以来，我国书刊印刷装订与印刷存在着严重的不平衡状态，产生的原因主要有以下几个方面：首先，印刷工序单一，而装订工序繁多，造成工作量相差悬殊；第二，书刊的品种规格和纸张及装订材料的变化幅度大，也使装订工作量大大增加；第三，书刊印刷装订机械的发展落后于印刷机的发展。
近几年，随着印刷行业对印后市场的关注度增加，以及劳动力成本越来越高，推动了书刊印后设备一直保持着快速增长的趋势。
书刊热熔胶胶订工艺具有工序少、速度快、周期短、质量稳定以及装订美观等特点，成为书刊装订的主流工艺，其主要生产设备——配页胶订联动生产线正朝着自动化、数字化、智能化、功能多样化的方向发展。
目前8开试卷类教材教辅持续热销和快速增长，而国内外只有普通规格的（16开、32开）配页胶订联动线，8开、大8开书刊只能人工刷胶装订和单机生产。16开、32开的纸张胶订位置就是长边，在配页机中配页时，只需要将16开、32开的纸张按照长边在底端从配页机中出来，直接胶订长边，不需要翻转90°，而8开试卷需要胶订短边，在配页机中配页时，只能将长边放在底端，从配页机中出来，必须翻转90°，转换成短边朝下，才能进入胶订机胶订。
项目研发过程
南通三精机械制造有限公司根据客户的要求，定制了大8开配页联动线，成功研制了8开试卷进书机械手，将8开配页机与圆盘胶订机联动。但8开试卷需要人工翻转90°才能进入胶订机胶订，为此客户要求解决8开试卷自动翻转问题。
普通工业机器人需要十几万元甚至二十几万元，且速度慢，集成成本高。在市场上也没有找到我们需要的1kg以下的工业机器人。在大量了解机器人设计资料基础上，终于设计出模拟人工翻转8开试卷的专用机器人：利用气动手指抓放8开试卷，采用旋转气缸加摆臂让抓取8开试卷的气动手指来回摆动，实现翻转，并用小旋转气缸实现手腕的小幅往复摆动，便于快速放开8开纸张。采用加速装置在气动手指抓取8开纸张之前进行加速和定位，在气动手指到达抓取位置时，8开纸张已经远离配页机的拨杆，避免纸张翻转过程中与拨杆产生干涉。如图1、图2所示。
由于旋转气缸达到每分钟25次以上时，工作频率高，其油压缓冲器在短时间内失效，导致翻转摆动震动大，不稳定，无法保证正常连续翻转工作，找遍了国内外生产油压缓冲器的厂家，都解决不了这个问题。为此，又设计了用伺服电机驱动的共轭凸轮机构实现连续翻转摆动，这样集成到生产线上，形成顺序型控制工业机器人，有3个旋转自由度和1个移动自由度，经过两个用户的工业性试驗，完成模拟人工在配页胶订生产线上连续翻转8开试卷进入胶订机胶订。
主要装订工艺流程
如图3所示，书帖经配页机自动配页集成书芯，经过输送翻转和气动剔除，16开、32开书芯直接通过联动输送带，自动进入胶订机胶订，而8开书芯要经过书芯翻转机器人翻转后才能进入胶订机胶订。
书芯翻转机器人总体设计
如图4所示：人机界面为上位机，完成参数设置，工作模式选择，运行命令给定。如工作模式选择设置为单配页、单胶订、连线；8开，16开、32开；PLC作为下位机，完成开关量控制，以及与变频器、电磁阀线圈、伺服电机控制器通讯的实现，如通过旋转编码器位置检测，反馈信号给PLC、再由PLC给伺服控制器动作信号。
选择“8开”状态，“伺服电机2”工作，将8开书芯加速；气动电磁阀1工作，气动手指夹紧8开书芯；“伺服电机1”工作，驱动共轭凸轮机构摆杆摆动，从而带动气动手指和抓取的8开书芯翻转；“气动电磁阀2”工作在气动手指松开8开书芯时，手腕小旋转气缸小幅摆动，快速放下8开书芯；这样连续实现8开书芯加速—气动手指夹紧—共轭凸轮机构摆动带动气动手指和8开书芯翻转，然后已翻转成垂直状态的8开书芯在配页机拨杆带动下，通过过桥输送带输送进入胶订机胶订。
选择“16开、32开”，伺服电机1、2不工作，气动电磁阀1、2不工作，气动手指和共轭凸轮机构不工作，摆杆不摆动，书芯翻转机器人不工作，16开或32开书芯在配页机拨杆带动下，直接通过过桥输送带输送进入胶订机胶订。
结束语
“基于工业机器人的大八开胶订生产线”，应用工业机器人技术，自主设计研制成功书芯翻转机器人，从而实现了大8开试卷配页与胶订全自动联动，该生产线为国内外首创，热熔胶胶订，牢固美观，比手工节省10人，人均生产效率提高5倍；比单机节省5人，生产周期缩短一半，人均生产效率提高2倍，必将取代手工和单机生产，为用户“机器换人”成为可能。
印刷行业特别是印刷装订厂仍处于“工业2.0”（电气化）的后期阶段，“工业3.0”（自动化）有待普及或补缺，“工业4.0”（数字化、智能化）刚刚开始，因此，转型升级向印后“智”造发展，将大有作为。
我国制造业发展参差不齐，有些行业的产业化水平比较高，可能已经达到了数字化和智能化，但是有些行业还处在一个水平比较低端的人工作业阶段，如书刊印刷装订行业。
长期以来，我国书刊印刷装订与印刷存在着严重的不平衡状态，产生的原因主要有以下几个方面：首先，印刷工序单一，而装订工序繁多，造成工作量相差悬殊；第二，书刊的品种规格和纸张及装订材料的变化幅度大，也使装订工作量大大增加；第三，书刊印刷装订机械的发展落后于印刷机的发展。
近几年，随着印刷行业对印后市场的关注度增加，以及劳动力成本越来越高，推动了书刊印后设备一直保持着快速增长的趋势。
书刊热熔胶胶订工艺具有工序少、速度快、周期短、质量稳定以及装订美观等特点，成为书刊装订的主流工艺，其主要生产设备——配页胶订联动生产线正朝着自动化、数字化、智能化、功能多样化的方向发展。
目前8开试卷类教材教辅持续热销和快速增长，而国内外只有普通规格的（16开、32开）配页胶订联动线，8开、大8开书刊只能人工刷胶装订和单机生产。16开、32开的纸张胶订位置就是长边，在配页机中配页时，只需要将16开、32开的纸张按照长边在底端从配页机中出来，直接胶订长边，不需要翻转90°，而8开试卷需要胶订短边，在配页机中配页时，只能将长边放在底端，从配页机中出来，必须翻转90°，转换成短边朝下，才能进入胶订机胶订。
项目研发过程
南通三精机械制造有限公司根据客户的要求，定制了大8开配页联动线，成功研制了8开试卷进书机械手，将8开配页机与圆盘胶订机联动。但8开试卷需要人工翻转90°才能进入胶订机胶订，为此客户要求解决8开试卷自动翻转问题。
普通工业机器人需要十几万元甚至二十几万元，且速度慢，集成成本高。在市场上也没有找到我们需要的1kg以下的工业机器人。在大量了解机器人设计资料基础上，终于设计出模拟人工翻转8开试卷的专用机器人：利用气动手指抓放8开试卷，采用旋转气缸加摆臂让抓取8开试卷的气动手指来回摆动，实现翻转，并用小旋转气缸实现手腕的小幅往复摆动，便于快速放开8开纸张。采用加速装置在气动手指抓取8开纸张之前进行加速和定位，在气动手指到达抓取位置时，8开纸张已经远离配页机的拨杆，避免纸张翻转过程中与拨杆产生干涉。如图1、图2所示。
由于旋转气缸达到每分钟25次以上时，工作频率高，其油压缓冲器在短时间内失效，导致翻转摆动震动大，不稳定，无法保证正常连续翻转工作，找遍了国内外生产油压缓冲器的厂家，都解决不了这个问题。为此，又设计了用伺服电机驱动的共轭凸轮机构实现连续翻转摆动，这样集成到生产线上，形成顺序型控制工业机器人，有3个旋转自由度和1个移动自由度，经过两个用户的工业性试驗，完成模拟人工在配页胶订生产线上连续翻转8开试卷进入胶订机胶订。
主要装订工艺流程
如图3所示，书帖经配页机自动配页集成书芯，经过输送翻转和气动剔除，16开、32开书芯直接通过联动输送带，自动进入胶订机胶订，而8开书芯要经过书芯翻转机器人翻转后才能进入胶订机胶订。
书芯翻转机器人总体设计
如图4所示：人机界面为上位机，完成参数设置，工作模式选择，运行命令给定。如工作模式选择设置为单配页、单胶订、连线；8开，16开、32开；PLC作为下位机，完成开关量控制，以及与变频器、电磁阀线圈、伺服电机控制器通讯的实现，如通过旋转编码器位置检测，反馈信号给PLC、再由PLC给伺服控制器动作信号。
选择“8开”状态，“伺服电机2”工作，将8开书芯加速；气动电磁阀1工作，气动手指夹紧8开书芯；“伺服电机1”工作，驱动共轭凸轮机构摆杆摆动，从而带动气动手指和抓取的8开书芯翻转；“气动电磁阀2”工作在气动手指松开8开书芯时，手腕小旋转气缸小幅摆动，快速放下8开书芯；这样连续实现8开书芯加速—气动手指夹紧—共轭凸轮机构摆动带动气动手指和8开书芯翻转，然后已翻转成垂直状态的8开书芯在配页机拨杆带动下，通过过桥输送带输送进入胶订机胶订。
选择“16开、32开”，伺服电机1、2不工作，气动电磁阀1、2不工作，气动手指和共轭凸轮机构不工作，摆杆不摆动，书芯翻转机器人不工作，16开或32开书芯在配页机拨杆带动下，直接通过过桥输送带输送进入胶订机胶订。
结束语
“基于工业机器人的大八开胶订生产线”，应用工业机器人技术，自主设计研制成功书芯翻转机器人，从而实现了大8开试卷配页与胶订全自动联动，该生产线为国内外首创，热熔胶胶订，牢固美观，比手工节省10人，人均生产效率提高5倍；比单机节省5人，生产周期缩短一半，人均生产效率提高2倍，必将取代手工和单机生产，为用户“机器换人”成为可能。
印刷行业特别是印刷装订厂仍处于“工业2.0”（电气化）的后期阶段，“工业3.0”（自动化）有待普及或补缺，“工业4.0”（数字化、智能化）刚刚开始，因此，转型升级向印后“智”造发展，将大有作为。