自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用研究

李 琨

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

自動(dòng)送料設(shè)備作為金屬冶煉工業(yè)的基礎(chǔ)重要設(shè)備，一直以來都備受世界各國的廣泛關(guān)注，采用現(xiàn)代化智能技術(shù)生產(chǎn)金屬原料，具有金屬冶煉效率高、質(zhì)量好以及冶煉成本低等優(yōu)點(diǎn)[1]。自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的地位也越來越重要，特別是伴隨著金屬冶煉工業(yè)的發(fā)展，以及人工智能技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)送料機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，目前自動(dòng)送料機(jī)器人已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)金屬冶煉自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。自動(dòng)送料機(jī)器人主要是依靠自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制機(jī)器人模仿人的行為自動(dòng)上料和下料，自動(dòng)送料機(jī)器人所涉及到的技術(shù)和學(xué)科比較多，其中包括人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等，通過這些技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料機(jī)器人可以模仿一些人類行為或者思想，自動(dòng)送料機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中具有重要用途。在當(dāng)前國際上對自動(dòng)送料機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨于一致，即自動(dòng)送料機(jī)器人是依靠自身動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)送料等功能的一種機(jī)器，該類型機(jī)器人最大的特點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)和智能作業(yè)，在金屬冶煉生產(chǎn)中具有重要的地位和作用，為此提出自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用研究。

1 自動(dòng)送料機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)

由于自動(dòng)送料機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)不同，可以將自動(dòng)送料機(jī)器人分成不同的類型，按照自動(dòng)送料機(jī)器人運(yùn)行中手臂部位運(yùn)動(dòng)方式不同，可以將自動(dòng)送料機(jī)器人分為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)型自動(dòng)送料機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型自動(dòng)送料機(jī)器人、直角坐標(biāo)型自動(dòng)送料機(jī)器人以及關(guān)聯(lián)自動(dòng)送料機(jī)器人四種；按照自動(dòng)送料機(jī)器人控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)能不同，可以將自動(dòng)送料機(jī)器人分為連續(xù)軌跡型自動(dòng)送料機(jī)器人和點(diǎn)位型自動(dòng)送料機(jī)器人；按照自動(dòng)送料機(jī)器人錄入程序形式的不同，可以將自動(dòng)上料機(jī)器人分為輸入型自動(dòng)上料機(jī)器人和程序型自動(dòng)上料機(jī)器人。每種類型的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)點(diǎn)也是有所不同的，其中用于金屬冶煉中的自動(dòng)上料機(jī)器人主要以關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)型自動(dòng)送料機(jī)器人、點(diǎn)位型自動(dòng)送料機(jī)器人居多。

但是無論自動(dòng)送料機(jī)器人屬于哪種類型，其組成結(jié)構(gòu)基本是相同的，自動(dòng)送料機(jī)器人主要是由控制系統(tǒng)、主體和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成。其中控制系統(tǒng)是自動(dòng)送料機(jī)器人的核心部分，該系統(tǒng)一般具有控制和檢測兩個(gè)功能，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測到各項(xiàng)送料參數(shù)是否符合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主體的參數(shù)要求，根據(jù)檢測結(jié)果控制自動(dòng)送料機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行并作出符合送料需求的反饋，控制功能主要是指根據(jù)事先設(shè)定的送料程序，控制機(jī)器人主體完成驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)作指令；主體是指自動(dòng)送料機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，主要由執(zhí)行部件和機(jī)器人的基座組成，其中基座為自動(dòng)送料機(jī)器人的底座，起到固定和穩(wěn)定的作用，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括機(jī)器人的手臂、手腕、肘部等關(guān)節(jié)，通常情況下自動(dòng)送料機(jī)器人的手臂是末端位置，肘部以上的大臂在機(jī)器人基座附近。自動(dòng)送料機(jī)器人依靠主體自由運(yùn)動(dòng)3-6個(gè)度，實(shí)現(xiàn)材料搬運(yùn)和輸送；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指自動(dòng)送料機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制機(jī)器人執(zhí)行送料動(dòng)作，將動(dòng)力傳輸給各個(gè)執(zhí)行部件。

2 自動(dòng)送料機(jī)器人送料結(jié)構(gòu)及工作流程

自動(dòng)送料機(jī)器人的送料操作結(jié)構(gòu)主要由機(jī)器人本體、機(jī)床、控制部件三部分組成，其中機(jī)器人主體是機(jī)器人送料結(jié)構(gòu)的主要組成部分，通常情況下需要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)線的現(xiàn)場情況以及生產(chǎn)需求對自動(dòng)送料機(jī)器人主體型號以及大小進(jìn)行合理選擇和布局，其主體擺放的位置要設(shè)定合理，如何對其擺放位置沒有根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)定，在機(jī)器人運(yùn)行過程中很有可能會(huì)影響到各個(gè)部件的伸展情況[3]。機(jī)床是自動(dòng)送料機(jī)器人送料結(jié)構(gòu)中的操作機(jī)構(gòu)，目前在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用數(shù)控機(jī)床。控制部件也就是自動(dòng)送料機(jī)器人的控制單元，該部件主要由控制電路板、電源、斷路器、變壓結(jié)構(gòu)以及繼電器裝置等電器元件組成，目前用于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人的控制部件多為PLC控制單元，利用PLC來控制自動(dòng)送料機(jī)器人的啟動(dòng)、停止、自動(dòng)運(yùn)行等，在應(yīng)用中注意對PLC的選型，通常情況下會(huì)選擇歐姆龍公司生產(chǎn)的IHDD-5D5D型號控制電路單元。

自動(dòng)送料機(jī)器人送料的流程主要是從工件原料的運(yùn)送到加工完成的一些列過程，其具體過程如下：步驟一：將工業(yè)原料放入到機(jī)器人托盤當(dāng)中，啟動(dòng)自動(dòng)送料機(jī)器人送料機(jī)構(gòu)，將工業(yè)原料運(yùn)動(dòng)到原料上料的位置；步驟二：隨后工業(yè)原料開始在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行生產(chǎn)和加工，自動(dòng)送料機(jī)器人將加工完成后的原料輸送到生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)下料操作，此時(shí)自動(dòng)送料機(jī)器人托盤空置，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將托盤返回到最初上料的位置；步驟三：自動(dòng)送料機(jī)器人托盤上裝有的傳感裝置會(huì)感應(yīng)到托盤后，此時(shí)自動(dòng)送料機(jī)器人電機(jī)會(huì)直接啟動(dòng)，并啟動(dòng)輸送線準(zhǔn)備工作，再次進(jìn)行工業(yè)原料上料運(yùn)送工作。以上三個(gè)步驟為一個(gè)自動(dòng)送料周期，自動(dòng)送料機(jī)器人重復(fù)以上運(yùn)輸步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料[4]。

3 自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用

自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用主要是利用機(jī)器人的自動(dòng)送料程序?qū)崿F(xiàn)對金屬原料的搬運(yùn)，它的應(yīng)用可以減少人工搬運(yùn)工作，從而減少金屬冶煉中勞動(dòng)力成本，同時(shí)還能提高金屬冶煉中原料運(yùn)輸時(shí)間，自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的具體應(yīng)用如下。

自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用，首先需要根據(jù)金屬冶煉原料送料需求，對自動(dòng)送料機(jī)器人型號進(jìn)行選型，結(jié)合目前自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用效果和現(xiàn)狀，JDIF-D41E型號機(jī)器人作為常見，且送料質(zhì)量和效率相對于其他型號自動(dòng)送料機(jī)器人都比較好，因此選擇JDIFD41E型號機(jī)器人作為金屬冶煉生產(chǎn)中原料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器人，下表為JDIF-D41E型號機(jī)器人規(guī)格參數(shù)表。

選擇完自動(dòng)送料機(jī)器人型號后，需要對機(jī)器人送料參數(shù)進(jìn)行配置，其中包括自動(dòng)送料機(jī)器人的送料動(dòng)作范圍以及送料速度，根據(jù)金屬冶煉工藝中金屬原料送料需求，將機(jī)器人送料參數(shù)配置如下表所示。

表1 自動(dòng)送料機(jī)器人規(guī)格參數(shù)表

按照表2對自動(dòng)送料機(jī)器人運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行配置。最后對自動(dòng)送料機(jī)器人抓手進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，機(jī)器人的抓手關(guān)系到金屬冶煉原料輸送效率，根據(jù)金屬冶煉原料的重量和形狀，采用氣動(dòng)外加式三手指抓手，這種類型抓手力學(xué)性能良好，最大可以承受5噸的抓取力，抓手的制作材料為IJ978號鋼，采用齒輪傳動(dòng)方式將動(dòng)力傳輸給抓手，保證抓手的穩(wěn)定性和牢固性。該抓手的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)大重量的金屬冶煉原料送料，然后按照設(shè)定的送料流程實(shí)現(xiàn)金屬冶煉原料的運(yùn)送，以此完成自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用。

表2 自動(dòng)送料機(jī)器人送料技術(shù)參數(shù)表

4 結(jié)束語

本文結(jié)合目前自動(dòng)送料機(jī)器人相關(guān)研究理論，對自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，論述了自動(dòng)送料機(jī)器人的種類、組成、送料結(jié)構(gòu)以及具體在金屬冶煉中的應(yīng)用過程，此次研究對推廣自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的應(yīng)用具有重要的價(jià)值。自動(dòng)送料機(jī)器人作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，它的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了金屬冶煉生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，極大的節(jié)省了金屬冶煉成本，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，為了促進(jìn)自動(dòng)送料機(jī)器人在金屬冶煉中的廣泛應(yīng)用，今后有待對該方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，不斷推動(dòng)金屬冶煉自動(dòng)化水平的提高。