择要：基于目前铝加工生产企业急需办理铝材高下料过程中人工搬运劳动强度大，信息化、自动化程度低的问题，本文提出了一种适用于半成品/成品铝材自动高下料的桁架机器人系统，并对桁架机器人及其抓取手爪的构造设计、事情事理进行了一定的磋商。
关键词：铝材、高下料、桁架机器人
一、序言
铝型材根据加工流程有以下环节：铝棒挤压、坯料（半成品铝材）时效、坯料自动喷涂，经由隔热/木纹/木纹转印等工序后，进行铝材的包装，包装好的成品铝材再根据订单进行装车、发货。目前，在海内大多数铝加工生产企业，挤压完成后的铝材上料（如图1所示）、喷涂前的下料、喷涂后的上料（如图2所示）、隔热/木纹/包装前工艺段的下料、成品铝材的上料等生产环节仍紧张采取人工搬运办法。
图1 铝材人工上料
图2 喷涂后的上料
随着企业对铝型材生产加工工艺的自动化、信息化哀求不断提高，全体铝型材生产过程都在逐步走向当代化，个中半成品铝材库、成品铝材库、模具库、粉末库、五金库等生产存储环节物流自动化系统的逐渐推广，对半成品/成品铝材自动化妆卸料框的需求也越来越多。如何减少人工作业强度，提升生产环节自动化、信息化管理水平，向信息化全面集成管理过渡，提升企业竞争力已经迫不及待。
昆船智能技能株式会社一贯从本家儿动化物流产品的开拓和运用，基于海内铝加工企业对生产加工工艺自动化的实际需求，我们供应了一整套铝型材生产加工的自动化物流系统，新铝型材生产加工工艺的流程如图3所示。
图3 铝型材生产工艺流程图
在铝型材生产加工工艺过程中，多次涌现铝材上料和下料环节，因此磋商研制了一种半成品/成品铝材的自动高下料桁架机器人系统，能够极大地提升作业自动化程度、办理人工搬运劳动强度高的现状。挤压完成后的铝材自动上料、喷涂前的自动下料、喷涂后的铝材自动上料、隔热/木纹/包装前的自动下料以及成品铝材的自动上料，是高下料桁架机器人系统运用的主要环节。个中挤压后铝材自动上料和喷涂后的铝材自动上料还要考虑层与层之间隔条的加入；铝材喷涂前和隔热/木纹/包装前的自动下料须要考虑将隔条回收。
二、铝材自动上料桁架机器人系统
1.系统组成
每套自动上料桁架机器人系统由铝材供给系统、料框运送系统、机器人手爪夹具、层码桁架机器人及相应的掌握硬件和软件组成。硬件系统组成见图4所示。该系统适用于挤压完成后的铝材自动上料、喷涂后的铝材自动上料。成品铝材的自动上料则可省去放置隔条的环节。
图4 自动上料机器人系统组成
2.系统配置
自动上料机器人、下料机器人系统根据园地空间、生产节拍、物料重量等根本信息，系统配置如表1。
表1 系统配置
3.上料机器人物料流程
系统启动后，料框运送系统会将空料框运送至设备下方，并将料框的到位旗子暗记发送给机器人；铝材供给运送机将须要码垛的铝材运送至机器人抓取位，并在该位置进行积放排序，当铝材积放够一层的数量时，通过运送机上的规整机构对铝材进行规整并将到位旗子暗记发送给机器人；机器人收到旗子暗记后运动至抓取位将整层铝材抓取；机器人抓取铝材运动至料框上方后，逐步低落至夹爪打开位置后打开夹具夹爪，将整层铝材放置到码放位置，自动上料机器人的物流动线如图5所示。
图5 上料机器人系统物流动线
对付挤压完成后的铝材自动上料、喷涂后的铝材自动上料，机器人手爪连续低落适当间隔，使隔条料仓底面靠近铝材的上表面，隔条添加机构将个中四个料仓内最底下的一根隔条推出，落于铝材上表面；机器人缓慢上升，分开料框范围，回到抓取等待位等待铝材运送机上的铝材积放够一层的数量再进行下一层的堆码。料框装满后，系统给机器人完成指令，铝材实料框根据系统指令自动运送出码垛工位，完成上料工序。
4.上料机器人夹具设计
(1)功能：根据预定的工艺流程，完成对整层铝材的抓取并进行层码作业。在须要放置隔条的部分层码构造中，进行隔条放置作业。
(2)构造组成：夹具采取适宜整层铝材抓取的夹取形式。
按是否放置隔条，将其分为两种形式：a) 层码+隔条放置夹具：紧张由夹具主框架、夹紧夹爪、夹紧单元和隔条放置机构组成，夹具形式的构造示意图如图6所示；b) 层码夹具：紧张由夹具主框架、夹紧夹爪、夹紧单元机构组成，夹具形式的构造如图7所示。
图6 层码+隔条放置夹具构造示意图
图7 层码夹具构造示意图
三、铝材自动下料机器人系统
1.系统组成
每套自动下料机器人系统由料框运送系统、铝材输出系统、夹详细系、层拆机器人系统及相应的掌握硬件及软件组成。系统组成如图8所示。本系统适用于喷涂前的自动下料、隔热/木纹/包装前的自动下料。
图8 自动下料机器人系统组成
2. 下料机器人物料流程
系统启动后，运送系统会将装满铝材的实料框运送至桁架机器人下方，并将实料框的到位旗子暗记发送给机器人；机器人收到旗子暗记后，将抓取夹爪运动至料框正上方，夹爪低落至料框最上层铝材抓取位夹取住整层铝材，夹紧后将整层抓取至运送机正上方；机器人手爪低落将铝材放到运送机上，此时运送机不启动。
对付喷涂前的自动下料、隔热/木纹/包装前的自动下料须要回收隔条时，机器人手爪运动到实料框上方，并打开夹具夹爪，当手爪低落到夹具上的隔条推板靠近铝材上表面时，气缸带动推板将铝材上表面的隔条，推到铝材料框两端的回收箱内。机器手上升，回到等待抓取位，连续抓取下一层铝材，直至料框中的铝材全部被机器人送至铝材运送机上，直至下一个工序。自动下料机器人的物流动线如图9所示。
图9 自动下料机器人系统物流动线
3.下料机器人夹具设计
(1)功能：根据预定的工艺流程，完成对整层铝材的抓取并进行层拆作业。在抓取过程中，还需将两层铝材之间的隔条回收到指定位置。
(2)构造组成：夹具采取适宜整层铝材抓取的夹取机构。其紧张由夹具主框架、夹紧夹爪、夹紧单元和隔条回收机构（不须要回收隔条文取消该机构）组成。夹具的构造形式如图10所示。
图10 层拆+隔条回收夹具构造示意图
四、系统功能及关键部件
1.高下料机器人本体
高下料机器人具有构造强度及刚度好、运行效率高、制造加工工艺大略、安装调试及掩护方便等特点，适宜恶劣环境中长期运行。在实际运用中，可根据用户的实际生产工艺、设备布局进行定制化设计生产，其事情行程、速率等根据详细工况来灵巧设计，且具有很好的经济性。
高下料机器人采取2轴龙门架机器人办法，由设备机架、水平运动的X轴、升降运动的Z轴；设备支架紧张由钢构造组成，支撑桁架机器人。由于机器人事情行程覆盖范围大，且负载较重，本系统中的各轴均采取同步带/齿轮齿条直线运动导轨副、伺服电机、减速机来实现。
同步带/齿轮齿条直线运动副的构造照片如图11所示。
图11 同步带 / 齿轮齿条直线运动副的构造
2.机器人掌握系统
掌握系统采取基于VxWorks实时操作系统研发的RC5机器人掌握系统，该系统的紧张配置及构造组成如图12所示。
图12 机器人掌握系统构成
掌握系统运行KAIRO编程措辞编写的机器人运动掌握程序，具备大略实用的机器人示教编程功能和完全的状态监控项目管理功能，有较好的开放性和可靠性。具有如下性能特点：
掌握器硬件平台：x86嵌入衰落处理器；
掌握器OS：VxWorks实时操作系统，集机器手掌握（Robot Control）和PLC逻辑掌握（Soft PLC）于一体；
掌握器核心软件RC：Robot Control是卖力机器手的运动掌握，包括机器手的轨迹方案和插补操作；
掌握器核心软件SPS：Soft PLC卖力外围旗子暗记采样、逻辑掌握等功能；
利用KAIRO编程措辞实现机器手运动掌握程序的编写，语法大略，指令丰富；
具有良好的开放性，支持多种总线通讯办法；
丰富的人机交互功能，可通过PC快速实现系统配置、监控、诊断和仿真；
HMI示教器TP70，可实现对设备信息的显示及操作，其显著特性是：触摸屏、 图形赞助、 灵巧互动。
3.系统具备的功能
系统除了能完成正常的高下料作业外，还具备以下功能：
(1)安全防护及连锁功能：系统在自动运行模式下运行时，留有与其他系统安全连锁保护旗子暗记接口，可轻松实现与其他系统的连锁保护。
(2)系统自诊断功能：系统智能自诊断，提示干系信息，自动存储干系操作和系统日志，如有须要，可通过总线把干系旗子暗记传输至上位机显示。
(3)速率设定功能：在机器人供应的手动、自动2种事情模式下，均可以实现对机器人运行速率的设定，知足不同情形下的速率哀求。
(4)掉电时保护功能：发生意外停电事件时，只要压缩空气还有供给，正在夹取过程中的工件不会从夹具上掉落，可有效减少意外停电造成的丢失。
五、结论
利用高下料桁架机器人系统对铝材进行自动高下料，实现了铝材生产过程中上料/下料、放置/回收隔离条等物料单元搬运的自动化，办理了人工搬运劳动强度大、物料装卸搬运自动化程度低的问题，使铝材高下料的作业效率提高50%。采取桁架式的高下料机器人构造，适于长型铝材的搬运作业特点，且降落了投资本钱，提升了信息化管理程度，为现有铝加工企业的半成品/成品铝材高下料作业供应了相应的技能支持，在铝加工行业具有广泛的运用前景。
