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机器人码坯、卸坯集成系统 的研发及在生产中的
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一、“工业机器人”介绍

1、“工业机器人”的诞生、发展及在各行业中的应用

世界上第一台“工业机器人”是由abb公司在1969年发明的。我们知道:70年代至80年代由发达国家发起的“新技术革命”运动,这场运动迅速风靡全球。以“新技术、新材料、新能源”、“自动化和信息化”为核心的新技术革命不仅引发了全球工业技术、工业结构的快速发展和调整进步,甚至影响到了人们的社会意识和社会格局的变化和提升。“工业机器人”的诞生和应用在其中起到了重要的推动作用。 那些“人工操作”效率低、危险性大、工作环境恶劣的场合,那些“人工操作”受能力和情绪影响“做不了、做不好”的工作,由“工业机器人”替代以后,从“效率”“效益”和“人性化”各方面实现了“根本性”的改变。

所以“工业机器人”迅速在各行各业得到了快速广泛的普及。 如汽车行业的焊接、涂装、起吊、定位、装配组合到辅助试验、试车;医药行业的送料、捡片、封板、装盒、码放;轻工食品行业的装包、装盒、码垛;化工行业的危险点操作和打包、缝合、装箱、码垛;铸造行业的浇铸、涂漆、加工行业自动线中的加工零件的上下拿取、定位;砖瓦行业的码垛、卸垛、打磨、修整,等等。

凡是有一定规模要求、有一定质量要求、有一定效率要求、有一定劳动条件要求的企业都在逐步采用“工业机器人”。

在abb公司发明“工业机器人”而且被迅速认可的形势下,诸多发达国家也纷纷跟进。但abb公司一直处于“领跑者”的地位,从技术上、质量上、销售量上、服务上始终占据在“全球第一”的位置,国内相关的科研机构和每一个了解机器人技术的人士都认同这一点。

2、“工业机器人”与“仿生机器人”及传统“机械手”的区别

在“工业机器人”广泛应用之后,“仿生机器人”也都开始研发。“仿生机器人”其基本原理与“工业机器人”一样,不过是在“工业机器人”的传感、控制、动作的基础上增加一些对人或其他生物的外观模拟、声像和动作模拟,主要去适应一些类似人体的或其他特定生物的特殊试验或娱乐等需要。“仿生机器人”追求的是其“仿生”方面的相似性,并不十分追求其运行寿命和工作质量的长期稳定性。而“工业机器人”则不同,它的设计制造更注重其工作的长期稳定性和使用寿命,以适应各种自动流水线的节拍统一、准确度统一、低故障率统一和效率效益的统一。

“工业机器人”绝不是“传统机械手”的改良和改进。“机械手”是无脑的,靠液压、气动或机械式的简单动作控制,“工业机器人”则是靠“电脑”的逻辑控制,他将各运动轴的控制和动作用高技术控制系统固定在一起,让各工作零部件之间的协调动作达到最优化、最可靠,双360°空间无处不及,在运动幅度所能覆盖的各个点准确到位和定   位,动作的速度、力度、灵敏度适宜和可调可控,具有高度的多能和柔性。

二、机器人码坯、卸坯集成系统的研发及在生产中的应用

我们国家砖瓦行业的生产格局由于自发形成、自由发展的历史原因,工序中的码坯工作基本是有人工完成的,随着人们生活水平的提高,人们对工作条件的追求越来越高,高强度劳动条件的工种的招工工作开始困难,有的地区的砖瓦企业到了夏天码坯卸坯工作由于招工困难已经影响到工厂的正常开工。而且随着社会经济的不断发展,人力成本在不断增加,人工码坯逐渐显示出这种方式的落后。

随着建筑节能的不断深入墙体材料有了很大的发展,从实心砖一统天下的局面逐步到了今天能够生产各种空心砖、多孔砖等新型建材,而新型墙材的规格尺寸越来越大。现在我们国家的十一五科技支撑项目中已经把烧结砌块列入攻关项目,烧结砌块的规格尺寸和我们现在的砖瓦的规格尺寸有着很大的区别,由于尺寸的增大重量的加大,我们的工人是搬不动也码不好的。

由人工码坯到码坯机码坯——实现了码坯方式的第一次跨越式进步,由手工生产方式进入到机械化生产方式。人工码坯由于工作环境较差,不可避免的存在着技术能力的差异、工作情绪的波动、工作时间内体力精力的周期性变化而引起的码垛效率、码垛效果的波动和不平衡,严重制约了生产效率的提高。随着人力成本的增加,人们对工作条件追求的提高,人工码坯逐渐显示出这种方式的落后。码坯机的出现从一定程度上调整了这种不协调性。码坯机放到机械装备大行业中比较,与传统上下料机构、简单机械手机构同属于较原始的装卸机构,因而在国际上通常将它列入传统设备一类。码坯机机构庞杂、占地面积大,机械零件繁多相应地带来故障概率高、维修量大的缺陷,在推广应用时受到了一定的限制;受运行轨道和位置的限制,动作方式和范围、抓取摆放方式和范围受限,给生产线的布置和调整造成很大的局限性;对产品型式、产量形式、垛型形式、货架规格和结构形式属于刚性和相对单一性适应,不利于使用方的生产方式升级和产品升级调整;对预整理和传递、传输要求较高,所以很难摆脱需要人工辅助、人工协调补救的状态;功能单一,应用领域受限制,设备购置价格已无优势,设备运行成本相对较高。

由码坯机码坯到工业机器人码坯、卸坯—实现了码坯方式的第二次跨越式进步,由机械化生产方式进入现代化生产方式。对产品变动、产量变动、码型变动、货架规格和结构变动,其主体部分广泛适应,有利于使用方的生产方式升级和产品结构升级调整,这一优势,随着新型墙材的发展,产品体积的增大、产品形状的变化将会更加显现出来;生产过程中一些未能被传统设备所完成的、而必须由人工来完成的操作过程就可以用机器人成功的完成;先前需要一系列设备才能完成的工作,可实现由机器人一次完成;机器人的灵活性可以让预整理和传输变的相对简单,减少了预整理系统的故障率;对产品变动、产量变动、码型变动、货架规格和结构变动,其主体部分广泛适应,有利于使用方的生产方式升级和产品结构升级调整。这一优势,随着新型墙材的发展,产品体积的增大、产品形状的变化将会更加显现出来;生产过程中一些未能被传统设备所完成的、而必须由人工来完成的操作过程就可以用机器人成功的完成;先前需要一系列设备才能完成的工作,可实现由机器人一次完成;机器人的灵活性可以让预整理和传输变的相对简单,减少了预整理系统的故障率。

机器人码垛、卸垛集成系统依其高技术性、高可靠性、高灵活性、低运行成本的优势,在世界各国的砖瓦生产行业中得到快速的推广和广泛的应用。

我们砖瓦行业现在对设备选型的要求越来越高,规模越来越大,大规模的生产线靠人工码坯、卸坯是实现不了的。原来的设备选型基本是围绕生产使用功能的要求来选的,而现在除了考虑使用功能外而且要考虑观赏功能,对今后产品品种拓展的要求,对操作性能的要求,工作质量的要求,人性化管理的要求,现代化企业形象的要求等等。砖瓦企业规模大型化需要现代化的码装设备。

三、“硬塑挤出”与“机器人自动码垛”的最佳适应性

淄博功力机械制造有限公司在硬塑挤出应用方面,深入进行“挤出成型”理论和机理研究,不断推出更高水平的各类挤出成型设备。

以“现代流变学”理论为基础去研究和探讨挤出机理,有针对性的去设计墙材挤出设备,因为泥体材料既非牛顿流体,又非胡克弹性体,它们既能流动,又能变形,既有粘性,又有弹性。这类“软物质”的流动变形规律,仅用牛顿流动定律或胡克弹性定律去研究和描述已无法正确进行。因为流动中的粘滞与弹性皆有、层流与湍流并存及“剪切变稀行为”、“旋转爬杆现象”、“挤出胀大效应”、“孔压误差效应”等等特性都不同程度的影响着流动推进和挤压成型效果。由于我们定位于“做专、做精、做强”,所以能有更大的精力去研究和试验此类理论机理和结构,并研究和选用与之相适的耐磨、减磨材料。在我们不断推出的各类新型挤出机上针对不同的原材料构成、同一材料不同性能的现实以及不同挤出产品的挤出方式,都做出了相对充分的结构考虑,避免了“一付方子治百病”的笼统做法。

针对“大型烧结保温隔热砌块”和“多孔烧结墙板”等新型墙材的挤出成型,开发和生产了相应的挤出成型设备。“大型烧结保温隔热砌块”和“多孔烧结墙板”,是欧美国家已经大量使用且在我国有极大的推广应用价值的绿色、舒适、节能减排的新型自保温墙体材料。在国家相关政府部门的大力支持下,在有关院所的信息支持和技术协助下,我们已经研发和生产了烧结砌块挤出机及相应的配套设施,并试生产了第一块和第一批“大型烧结保温隔热砌块”。

装备的选型对于企业来说至关重要。我们现在的砖瓦企业有很大一部分是我们国家工业废弃物综合利用的先进企业,制砖原料大多选用煤矸石、页岩、炉渣、淤泥、粉煤灰尾矿等原料,硬度大、塑性低、成型困难,需要大挤出压力的真空挤出机才能正常生产。硬塑挤出成型机正是适应了这一要求。硬塑挤出成型机的主要特点:比软塑挤出、半硬塑挤出成型的粒径适应幅度宽泛,原料处理简单,从而降低粉碎成本,简化粉碎工序,减少前期投资;挤出压力大,挤出的坯体含水率低,干燥工艺可以节省时间和能源,显著降低干燥成本;煤矸石塑性指数低,成型必须使用高挤出压力的硬塑挤出成型技术,已经为国内外的生产实践所证明;实现一次码烧,简化工艺,节省投资,可以提高码烧高度(可以码至20层),减少窑车和窑体投资,降低运行成本;硬塑挤出成型以其绝对优势可以向半硬塑、软塑适应,而软塑挤出成型设备则做不到向上适应;坯体强度高,更有利于自动传输和自动码垛;成品抗压强度高、吸水率低,密度大;在卸垛、打捆、包装、外运、砌筑时,均不容易破损等。硬塑挤出的高强坯体给机器人的抓取提供了基础保障。

随着我国墙体材料改革的发展和工业废弃物综合利用的需要,砖瓦工业格局在悄然的发生着变化,从传统的农民产业到现在的砖瓦工业格局的逐步形成,已经证明了我们国家的节能减排需要满足建筑节能的高规格、高质量、高性能的新型墙材,需要高起点的企业做示范带动作用,来实现我们砖瓦工业的转型提升。

所以,走向现代化的中国砖瓦工业,使用机器人将是不容置疑的发展方向。


淄博功力机械制造有限责任公司   高玲

2009-09

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