自動送料機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[1]。自動送料機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)和自動化技術(shù)的發(fā)展，自動送料機器人得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，目前自動送料機器人已經(jīng)成為實現(xiàn)金屬冶煉自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。自動送料機器人主要是依靠自動化控制系統(tǒng)控制機器人模仿人的行為自動上料和下料，自動送料機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)、自動化控制技術(shù)等，通過這些技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)自動送料機器人可以模仿一些人類行為或者思想，自動送料機器人在工業(yè)領(lǐng)域中具有重要用途。在當(dāng)前國際上對自動送料機器人的概念已經(jīng)逐漸趨于一致，即自動送料機器人是依靠自身動力和控制能力實現(xiàn)送料等功能的一種機器，該類型機器人最大的特點在于可以實現(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，為此提出自動送料機器人在金屬冶煉中的應(yīng)用研究。

1 自動送料機器人的組成結(jié)構(gòu)

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

但是無論自動送料機器人屬于哪種類型，其組成結(jié)構(gòu)基本是相同的，自動送料機器人主要是由控制系統(tǒng)、主體和驅(qū)動系統(tǒng)三部分組成。其中控制系統(tǒng)是自動送料機器人的核心部分，該系統(tǒng)一般具有控制和檢測兩個功能，控制系統(tǒng)會自動檢測到各項送料參數(shù)是否符合驅(qū)動系統(tǒng)和主體的參數(shù)要求，根據(jù)檢測結(jié)果控制自動送料機器人自動運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，控制機器人主體完成驅(qū)動和執(zhí)行機構(gòu)的相關(guān)動作指令；主體是指自動送料機器人執(zhí)行系統(tǒng)，主要由執(zhí)行部件和機器人的基座組成，其中基座為自動送料機器人的底座，起到固定和穩(wěn)定的作用，執(zhí)行機構(gòu)主要包括機器人的手臂、手腕、肘部等關(guān)節(jié)，通常情況下自動送料機器人的手臂是末端位置，肘部以上的大臂在機器人基座附近。自動送料機器人依靠主體自由運動3-6個度，實現(xiàn)材料搬運和輸送；驅(qū)動系統(tǒng)是指自動送料機器人的傳動機構(gòu)和動力系統(tǒng)，利用驅(qū)動系統(tǒng)控制機器人執(zhí)行送料動作，將動力傳輸給各個執(zhí)行部件。

2 自動送料機器人送料結(jié)構(gòu)及工作流程

自動送料機器人的送料操作結(jié)構(gòu)主要由機器人本體、機床、控制部件三部分組成，其中機器人主體是機器人送料結(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)需求對自動送料機器人主體型號以及大小進行合理選擇和布局，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)場情況進行設(shè)定，在機器人運行過程中很有可能會影響到各個部件的伸展情況[3]。機床是自動送料機器人送料結(jié)構(gòu)中的操作機構(gòu)，目前在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用數(shù)控機床。控制部件也就是自動送料機器人的控制單元，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)機器人的控制部件多為PLC控制單元，利用PLC來控制自動送料機器人的啟動、停止、自動運行等，在應(yīng)用中注意對PLC的選型，通常情況下會選擇歐姆龍公司生產(chǎn)的IHDD-5D5D型號控制電路單元。

自動送料機器人送料的流程主要是從工件原料的運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)原料放入到機器人托盤當(dāng)中，啟動自動送料機器人送料機構(gòu)，將工業(yè)原料運動到原料上料的位置；步驟二：隨后工業(yè)原料開始在數(shù)控機床上進行生產(chǎn)和加工，自動送料機器人將加工完成后的原料輸送到生產(chǎn)線上，實現(xiàn)下料操作，此時自動送料機器人托盤空置，利用驅(qū)動系統(tǒng)將托盤返回到最初上料的位置；步驟三：自動送料機器人托盤上裝有的傳感裝置會感應(yīng)到托盤后，此時自動送料機器人電機會直接啟動，并啟動輸送線準(zhǔn)備工作，再次進行工業(yè)原料上料運送工作。以上三個步驟為一個自動送料周期，自動送料機器人重復(fù)以上運輸步驟實現(xiàn)自動送料[4]。

3 自動送料機器人在金屬冶煉中的應(yīng)用

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

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

選擇完自動送料機器人型號后，需要對機器人送料參數(shù)進行配置，其中包括自動送料機器人的送料動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，將機器人送料參數(shù)配置如下表所示。

表1 自動送料機器人規(guī)格參數(shù)表

按照表2對自動送料機器人運行參數(shù)進行配置。最后對自動送料機器人抓手進行設(shè)計制造，機器人的抓手關(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，采用齒輪傳動方式將動力傳輸給抓手，保證抓手的穩(wěn)定性和牢固性。該抓手的設(shè)計可以實現(xiàn)大重量的金屬冶煉原料送料，然后按照設(shè)定的送料流程實現(xiàn)金屬冶煉原料的運送，以此完成自動送料機器人在金屬冶煉中的應(yīng)用。

表2 自動送料機器人送料技術(shù)參數(shù)表

4 結(jié)束語

本文結(jié)合目前自動送料機器人相關(guān)研究理論，對自動送料機器人在金屬冶煉中的應(yīng)用進行了研究，論述了自動送料機器人的種類、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送料機器人在金屬冶煉中的應(yīng)用具有重要的價值。自動送料機器人作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中一項重要應(yīng)用技術(shù)，它的應(yīng)用實現(xiàn)了金屬冶煉生產(chǎn)的自動化和智能化，極大的節(jié)省了金屬冶煉成本，具有較高的應(yīng)用價值，為了促進自動送料機器人在金屬冶煉中的廣泛應(yīng)用，今后有待對該方面進行進一步研究，不斷推動金屬冶煉自動化水平的提高。