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新技术与新产品 吕炜帅·机器人自动搬胶系统的设计研究

机器人自动搬胶系统的设计研究

吕炜帅
( 天津机电职业技术学院，天津 300350)

摘要 ： 介绍机器人自动搬胶系统的组成与结构特点。通过系统中图像识别与激光测距装置的应用，可快速识别搬运胶料的种
类并确定胶料的几何位置，并识别输送线上空位进行搬运。通过对机器人抓具的特殊设计，可解决传统搬运过程中胶块受企业生
产工艺及环境温度影响的困扰，同时可有效解决自动化搬胶过程中出现的胶块黏连问题，从而实现高效、可靠自动化生产。
关键词 ： 机器人 ；胶块 ；螺杆 ；钢叉 ；图像识别
中图分类号 ： TQ332 文章编号 ： 1009-797X(2019)11-0037-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.11.008

随着 “ 中国制造 2025” 战略的发展，轮胎企业正 抓胶装置对粘连胶块的有效抓取与分离处理都不能找
开启新时代转型升级之路，智能制造在轮胎工业已取 到很好的解决方案。
得重大进展 [1~2] 。自动化技术的应用是实现智能制造
的必要条件 [3~4] 。但密炼生产工艺的自动化程度仍存 1 设计目标
在较大提升空间。轮胎企业中密炼车间天然胶和合成 基于现有技术中存在的人工搬运劳动强度大以及
胶主要通过人工将胶块搬运至密炼机输送线上或搬运 现有搬胶技术自动化程度低、可靠性差的问题，新型
至碎胶机生产线，由于单块胶块重量达约 50 kg，频 机器人自动搬胶系统可有效替代人工，并能够自动区
繁搬运造成工人的劳动强度大，工作效率低，而且手 分胶种。而且抓胶过程不受企业生产工艺及环境温度
工抓拿空间较小且需弯腰向下操作，危险性极大且存 影响，可靠程度高，可有效解决自动化搬胶过程中出
在搬运胶种误操作等相关问题。固体块状的橡胶原材 现的胶块粘连问题。
料在常温下比常见的橡胶成品弹性、韧性都稍差，但
仍属柔软易变形类固体物质，因此抓取难度较大。此 2 装置设计
外，由于胶块停放时间影响，胶块之间有时会存在粘 在轮胎企业密炼车间中，由人工叉车将天然胶块
连现象，如何通过一种自动化抓胶装置彻底替代人工 和合成胶块送至密炼机上料输送线旁边，部分企业自动
成为难题。业内的一些轮胎企业外购真空吸盘吊、气 化程度高，可由 AGV 送至碎胶机自动化生产线旁边。
动吸盘吊，但其存在可靠性差、维修成本高、自动化 然后通过机器人自动搬胶装置将胶块抓取并放置到密
程度低等问题 [5] 。传统轮胎生产中的密炼环节中由于 炼机入料输送线上。机器人自动搬胶装置主要由机器
不同轮胎企业密炼车间生产工艺略有差异，部分轮胎 人、抓具、安全防护系统、图像识别系统以及控制系统
企业工艺要求先将胶块放置烘胶房中烘胶，然后送至 组成。如图 1 所示。整个电气控制系统充分考虑人机的
密炼车间的密炼机输送线旁边，由工人搬运至密炼机 交互功能。系统采用 PLC 控制方式，PLC 的 CPU 作为
输送线上。这种工艺情况下胶块硬度较小，但当前很 整个控制系统的心脏并具有完善的安全连锁、保险及报
多企业工艺要求不对胶块进行烘胶而是直接搬运至密 警等功能。在生产线的操作侧设计有急停开关，此急停
炼机输送线上，由于胶块硬度较大，特别是当气温进 开关与密炼机的急停开关组成串联系统，当出现意外情
入冬季，环境温度较低，一些轮胎企业引进的钢针式 况可及时停止炼胶设备及机器人的运行。
抓胶搬运机器人无法有效的保证将胶块抓起。而采用
真空吸盘形式进行抓胶，由于胶块表面平整度不均， 作 者 简 介 ：吕 炜 帅（1985-）， 男， 硕 士， 工 程 师， 教 师，
主要从事数控加工机械、高分子材料加工机械以及 3D 打印技
外形尺寸存在一定差异，在实际应用过程中会出现中
术方向相关教学与研究。
途脱落现象，可靠性差。此外，当前市场上的自动化 收稿日期 ：2019-03-27

年
2019 第 45 卷 ·37·