韩雨林 张强 卿立松 王传俊
中国石油四川石化有限责任公司 四川 彭州 611930
摘要：为探索塑料与橡胶生产过程中的科学码垛作业技术，结合塑料与橡胶生产特点对码垛任务展开了分析，提出采用机械人码垛作业方式应对生产作业需求变化。从作业流程、机器人选型等多个角度对码垛作业方法进行探究，能够为码垛任务达成提供保障，提高塑料与橡胶生产效率。
关键词：塑料；橡胶；码垛作业
引言：从塑料和橡胶生产模式来看，需要将订单当成是主导，实现小规模定制化生产。因此在生产车间，分布数条乃至数十条生产线，生产的产品在成分、颜色和性能等各方存在差异，具有品类多的特点，给自动化分拣码垛作业开展带来了困难。结合塑料和橡胶生产特点，提出基于机器人的码垛作业方案，能够适应各生产线码垛作业任务要求，使码垛作业效率得到提高。
1塑料与橡胶生产过程中的码垛任务
在传统自动化生产车间中，主要使用机械式码垛机开展码垛作业。如采用高位码垛机能够实现垛盘升降、输送等操作，速度可以达到3000袋/h，但占地面积较大，垛层结构单一，作业时消耗能源较多。采用低位码垛机可以实现垛盘平地输送，占地较小，但码垛速度最大不超1000袋/h，并且码垛结构同样固定。实际在塑料与橡胶生产过程中，由于加工得到的物料大小、形状等各方面存在较大差异，需要完成不同码垛任务。在各生产活动区域，需要按照标准流程完成指定物品搬运、堆放，通过抓取、移动和堆放为塑料与橡胶生产提供综合性辅助作用[1]。采用机械人码垛方式，可适应袋装、箱体、瓶装、灌装等不同码垛任务开展需求，占地面积较小，码垛能力可以达到1400袋/h以上，同时码垛结构可变，因此可以满足塑料与橡胶生产作业需求。
2塑料与橡胶生产过程中的码垛作业
2.1码垛作业流程
采用机器人码垛，需要将机器人与夹具、配套设备组合在一起，包含托盘输送设备、输送线、托盘仓、剔除缓存线等等。在作业期间，利用叉车将层叠的托盘放入托盘仓，整合成单个空托盘，输送至码垛位后可以等待机器人放置产品。在机器人抓取之前，需要利用生产线规整轨道对输送的产品进行整理排列，确保输送的产品能够达到抓取工位。根据抓取节拍，应确保托盘及时输送到位。完成码垛任务后，将整垛产品输送至线末，等待叉车将产品入库。对不同塑料和橡胶产品进行码垛，大致流程相同，但在码垛生产线设计上需要确认物料参数和垛型要求。塑料和橡胶制品重量较轻，因此主要需要确认产品外形尺寸参数。如在产品为405mm×270mm×121mm橡胶板时，可以配备600mm出400mm×150mm的码垛托盘。从码垛结构上来看，包含回字型、上下堆叠型等不同形式。采取不同码垛结构，机器人码垛能力存在一定差异，因此需要根据生产要求选择恰当结构形式，实现产品的灵活码垛。
2.2机器人选型分析
在机器人选型方面，应根据产品尺寸、生产线结构布局、生产能力要求等选择质量过硬的机器人。目前，市面上常见的码垛机器人包含瑞士ABB、德国库卡等品牌机器人，在作业半径、高度、码垛能力、负载水平等多个方面都存在一定差异，需要根据实际需求选择。如机器人1次需要完成30kg左右产品抓取，夹具本身质量超60g，选择的机器人应确保负载能力达到100kg以上.根据托盘尺寸、垛型和生产线布局，可以确定机器人作业半径，通常应超出2m。在作业高度确认上，应结合码垛层数、夹具高、线体高等多方面因素考量，一般垂直高度在2m以上。在生产能力上，通常要求平均8s完成一次抓放动作。而一台码垛机器人通常需要搭配多条生产线使用，因此需要根据生产线运行速度确定机器人最大运动速度，确保机器人码垛能力达到要求。
2.3码垛夹具设计
机器人执行抓取动作的过程中，需要依靠夹具开展码垛作业，因此夹具性将直接影响作业可靠性。结合塑料与橡胶生产线产品码垛需求，应做到合理设计夹具，在满足搬运功能要求的同时，保证动作可靠，不会发生掉落等问题，以免产品受损。在重量轻的物料搬运上，可以采用真空吸盘同时辅助气动方式实现抓取动作，确保物料不受挤压。在两侧采取摩擦式夹具，搭配多个气缸使用，能够依靠活塞运动将产品夹紧，避免因真空破坏问题发生导致产品掉落。使用海绵吸盘，可以获得较强吸附能力，可以用于夹取形状多样的产品。按照矩阵形式排列，利用多个吸盘吸附产品，能够顺利执行夹取动作。夹具通过导轨与机器人连接，能够改变固定位置，获得转动惯量，适应不同生产线的码垛作业要求。气缸通过浮动接头带动滑动角板移动，并配备减压阀调整气缸压力，能够使夹持力的大小得到调整[2]。在导轨上预留不同安装孔，可以根据产品外形尺寸变化调整夹持行程。通过配置多个移动板和1套钩取机构，机器人可以同时完成多各产品抓放。
2.4作业控制方法
在机器人的码垛作业控制上，应确保相对动作完成时间点能够与生产线节拍相互配合。通过合理进行机器人编程，能够通过信号检测获取产品与夹具相对坐标位置，通过动作和辅助线加速度控制使每次动作达到码垛作业定位要求。在实践操作中，需要采用仿真软件对产品抓取点、放置点和运动轨迹展开分析。结合码垛作业经验，对机器人码垛期间抓取姿态、产品位置、夹具运行情况、垛型结构数据等各类数据进行总结分析，合理设定有关信息，能够通过反复调整作业点位和控制程序达到码垛作业控制要求。按照一次抓取多次放置作业要求，应使机器人动作重复定位精度达到0.2mm，可以根据垛型结构数据变化在3min内完成定位调整，使码垛作业维持较高效率，同时保证产品码放整齐、美观，促进码垛技术取得进一步发展。
结论：采用机器人开展码垛作业，需要明确作业流程，根据物料参数和垛型要求合理选择码垛机器人，并做好夹具设计，通过合理设置作业参数和程序达到码垛任务要求。由于一台机器人可以开展多种码垛作业，满足多条生产线的集中码垛作业需求，因此能够在降低生产成本的同时，提高作业效率，促使塑料与橡胶生产作业水平得到提升。
参考文献：
[1]李会,靳宏伟,李文生,等.PLC技术视角下的工业码垛机器人运动控制技术探索[J].电子元器件与信息技术,2019,3(11):94-95+102.
[2]徐淑英.ABB机器人的码垛控制系统设计[J].电子测试,2019(18):9-10+56.