杏彩体育:物流仓储系统中桁架机器人的研究与应用

　　随着现代社会对自动化物流设备需求的多样化、智能化，旧库房自动化改造、存储场地受限等传统自动化立体库物流系统难以满足需求。以桁架机器人为核心的物流仓储系统，在平面存储方式下以超高密度、高效率的存取技术可有效解决特定物流需求。

　　相较于传统物流系统，采用桁架机器人的物流仓储解决方案不需要货架、堆垛机、穿梭车、提升机等占投资成本较大的设备，同时生产所需空间仅为传统自动化立体库所需空间的一半，投资可显著降低，设备综合效率高，在节约设备资源、材料资源、人力资源的同时还提高了能源利用率，是一种良好的绿色与节能化物流工程，具有很好的社会经济效益和市场前景。目前，该平面密集仓储的堆场+机械臂式存储系统正在得到进一步研发和应用。

　　本文以某轮胎企业半钢成品自动分拣及自动上架的设计需求为背景，进行了桁架机器人在轮胎行业的应用研究，形成技术方案。

　　该项目中有半成品及成品2种轮胎形式的缓存和拣取应用桁架机器人，分别存在于B区、C区和D区3个半成品厂区，以及一个F成品区。本文主要针对其中的C区开展设计研究。

　　工艺流程为半钢成品胎经输送系统输送至分拣区，自动扫码后按设定原则由桁架机器人自动存入对应区域；满足出货要求后，由桁架机器人取垛、搬运至出库输送线，即项目范围包括入库输送线、自动分拣入库、自动拣选出库、出库输送线 产品区域与参数

　　桁架机器人由门架结构、X轴组件、Y轴组件、Z轴组件以及自动控制系统等构成。其中，3个运动组件为桁架机器人的核心组件，根据系统控制能快速存取指定货箱送到指定位置，实现密集存储、快速拣选的功能。

　　该项目中C区轮胎的入库量为21000条/d，初步计算出每块区域1个工作循环节拍约20s，在24h工作制下该桁架机器人设计的难点主要是速度快、定位精度高，进而增加了各向机构运行和控制的难度，以及轻量化设计下桁架强度、刚度、稳定性的平衡性设计难度。

　　抓具系统即桁架机器人的机械手，是机器人的核心关键功能部件，是桁架机器人抓取物品的动作机构，是最重要的技术难点。

　　机械手（Z轴组件）是桁架机器人的抓具沿Z轴运行和抓取货物的执行部件，可实现桁架机器人Z轴的运行定位。

　　是桁架机器人运动时抓取工件的执行机构，安装于桁架机器人机械手的下端。根据抓取货抓具品大小、质量、形状及工作节拍的不同，抓具的结构也发生相应变化。

　　桁架机器人的横梁作为X轴运动中导轨组件、齿轮齿条传动等组件的安装底座，承载整个机械手的自重、机械手抓取的外部负载等载荷，其刚度、强度直接影响整个设备的定位精度，故横梁的设计是桁架机器人设计的关键。

　　如图4所示，单梁桁架结构采用立体三角形联合桁架形式，适用于起重量很小、体积扁平或较小的货品（质量小于100kg，宽度小于500mm），目前在易拉罐饮料简装的按行拣选以及无轮毂轮胎的缓存拣选均有应用。

　　如图5所示，单梁箱形结构主要有焊接箱形梁和方管型材梁，适用于货品较轻以及体积较小的货品（质量为100～300kg，宽度小于500mm），目前在食品杂货的按框拣选的缓存拣选均有应用。

　　如图6所示，双梁桁架结构采用立体联合桁架和平面简单桁架结合的形式，适用于货品较重且体积较大的货品（质量为100～300kg，宽度为500～1500mm），目前在饮料的混码按层拣选中有应用最多。

　　如图7所示，双梁箱形结构有焊接箱形梁和方管型材梁，适用于货品较重且体积较大的货品（质量为300～600kg，宽度为500～1000mm），目前在饮料、生鲜整框整垛的拣选中应用最多。

　　综上所述，并考虑轮胎拣选搬运的物流需求，本应用项目采用单梁箱形结构形式，采用方管型材制作（见图8），确保强度满足载荷需求，刚度满足定位需求。

　　该系统有X、Y、Z等3个自由度，外观尺寸为18000mm×10000mm×6200mm（长×高×宽），Z轴行程为2550mm，有效载荷为330kg（按1次整垛抓取8个带轮毂轮胎，总计280kg，15%设计余量），各轴速度为4.2m/s，加速度为3.8m/s，重复定位精度为±1.0mm。

　　如图9所示，该系统的架体采用300mm×300mm、壁厚为12mm方管型材制作，表面喷涂；X、Y、Z轴驱动，均采用交流伺服电动机+减速器；

　　目前，桁架机器人在食品及饮料、电商、快速消费品、制造业、邮政服务行业广泛应用，其针对不同抓取要求实现按件、按箱以及按层、按垛捡取，开发低成本高智能化的柔性装备拣选系统具有良好的市场前景。