浅析平板玻璃机械手堆垛机的结构、布置形势和工作原理

两台带滑轨的重型机械手堆垛机，不仅可以完全取代以上配置，还 可以兼顾小片的堆码。基于其柔性控制系统，机械手可以工作在 两种操作模式下：独立工作模式和同步工作模式。独立模式时，每 台机械手单独动作，抓取中小片玻璃；同步模式时，就像人的两条 手臂协作动作一样，两个机械臂的力量可以抓取最大重量７００ ｋｇ
有力魑促进这项技术酶推广。 参考文献：
￡ｌ】张蘩营，浮法玻璃生产鼓零萼设备【骐】。ｌ￡索：毙学董踅爨驻李圭，∞甾。
【２】煮雪荣．浮法玻璃生产线冷端堆垛系统ｅＪ］．玻璃，２００６，３３（５）：２３—２５． ［３】曾孔庚．工业机器人技术发展趋势［Ｊ］．机器人技术与威用，２００６，（６）：ｌｏ—１３． 【４】囊向鼯．浮浚玻璃侧窍申弦堆垛撬的电控磊统￡Ｊ】，墩气鑫动讫，ｌ辨８，（６）：６０一鼯．
要厚得多，有些艺术品还是几种不同颜色玻璃碎块热熔而成，冷却过程中产生的结构应力、热应力比一般器
皿玻璃要大，消除这些应力比较困难，因此退火过程要很长。以钠钙玻璃为例，退火上限温度（粘度１０１２Ｐａ・ｓ） 为５５０℃，逐火下限温度（粘度ｌｏ硌。豫・ｓ＞为４５０℃。逐犬时，在逯火上限温度傈温３ ｈ，再焉３ ｈ缓慢冷却
接收主控模块发来的运动信息，如运行轨迹、目标点位置等， 按照预先定义好的空间坐标转换表，将其转换为从控制器的
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停止 图６控制器在独立工作模式下的控制流程
运动信息，并通过计算得出其他运动参数，从而控制机械手２
的运动。通过以上方法，实现两台机械手的协同动作。
４
结语
（下转第４９页）
万方数据
第３６卷第ｌ期
以上的大板。重型机械手的布置可以有两种方式，见图３和图４。
Ｉ
由图３和图４可看出，两种布置方式中都包含有滑轨，机械手 在其上滑动，使手臂可覆盖更大的活动范围。两种布置方式的不
同点在于，图３中机械手下部的滑轨垂直横跨在辊道上方，两轨道
之间的距离略大于最大的玻璃板长度；图４中的滑轨固定于辊道
的一侧，并平行于机组中心线。两种布置方式各有其优点：前者可 根据需要将玻璃堆码于辊道两侧，即玻璃垛对称于主线放置；而后
第３６卷第ｌ期 ２００８年２月
玻璃与搪瓷
ＧＬＡＳＳ＆ＥＮＡＭＥＬ
Ｖ０１．３６ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２００８
浅析平板玻璃机械手堆垛机的结构、 布置形式和控制原理＋
李险峰
（中国建材国际工程有限公司，安徽蚌埠２３３０１８）
摘要：介绍了平板玻璃机械手堆垛机的结构组成，针对不同玻璃规格和堆垛要求的几种布置形 式，并简要阐述了两种工作模式下机械手堆垛系统的控制原理。 关键词：浮法玻璃；堆垛机；机械手 中图分类号：ＴＱｌ７１．６＋９ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ０００—２８７１（２００７）０６一００３６一０４
Ａｐｐｌｉｃ“ｏｎ８［Ｊ】．Ｊ．Ａｐｐｌ，ＰｈｙＢ．，２００４，９６（“）：６９３ｌ一６９３３．
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上
计算运动数据（运行轨迹插值、 各关节运动速度、加速度等）
堆垛平台的步退装置，大大简化了设备结构。 工作于同步模式时，上位机选择其中的一台机械手控制
器作为主控制器，另外一台作为从控制器。主控制器调用主 控模块，控制机械手１的运动，并与从控制器之间建立通信
０
控制机械手动作
’
Ｎ／≤赢卜
连接，使二者工作在同步状态下。从控制器调用从控模块，
设备如回转台或输送车驱动器相连。上位机内存储着动态工作计划、系统配置、工作模式等信息。操作台是 系统与外界进行人机交互的主要通道，以串行接口与上位机相连。操作者通过操作台能够获知系统的各项 状态，还可随时通过其向系统输入新参数，以调整先前的生产计划。机械手控制器调用特定的命令发送给机 械手驱动马达，以控制机械手的运动。这些命令已预先定义好并存储在控制器内相应的只读文件内。传感 器是一组安装在辊道和吸盘架上的光电开关和旋转编码器，用以检测玻璃板的位置、速度等参数，机械手控
飞 飞
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一
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图２轻型机械手堆垛机布置
者则将玻璃板沿主线一侧堆码，安装更具灵活性，可方便地安装在 现有任何已投产的浮法线上，且不干扰原生产线的正常生产流程。两种堆垛机的布置方式都可兼顾从最小
万方数据
・３８・
玻璃与搪瓷
ｍｍ的小板到６
１００×３ ６６０
２００８年
７００ ｍｍ×１ ４００
ｍｍ大板的堆垛。
机器人技术代表了高技术的发展前沿。基于通用王业机器人的机械手堆垛机，以其特有的粱性结构和 控制方式，从两具有传统的平板玻璃专蔫堆垛橇元可纥拟的优势。器前制约其推广应用的主要原因是价格
因素。另外，这项技术的控制设备较为复杂，阻碍了一些小公司涉足这一领域。近年来国际上通用机器人的
价格呈不断下降的趋势，各工业机器人制造海也正在尝试使机器人编程和维护过程简单化。相信这些都会
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｏａｔ ９１８ｓｓ；ｓｔａｃｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｒｏｂｏｔ
０
引言
机械手堆垛是目前浮法玻璃冷端的一种发展趋势。相比传统的水平或垂直堆垛机，它具有更大的灵活
性。同一台机械手可同时对不同尺寸或不同质量等级的玻璃板分别堆垛；可在玻璃板输送状态下进行抓取 和堆垛，减少了对准环节并缩短堆垛周期；对任意方向的中小板无需事先旋转，即可将玻璃板的长边横向堆 码在玻璃架上；机械手可直接安装在主线上，无需建造支线，大大节约安装空间和土建投资费用。此外，机械 手具有强大的开放式柔性控制平台，只需对程序进行修改或升级，便可适应新的操作任务。
１机械手堆垛机的结构组成
机械手堆垛机主要由工业机器人、吸盘架和控制系统组成。目前国内引进的主要有以色列爱司康、德国 格林策巴赫以及意大利保特罗公司的机械手堆垛系统。这些公司本身并不生产机器人，而是选用其他公司 定型的产品，如德国ＫＵｌ＠、日本川崎、安川或瑞典ＡＢＢ公司的通用六轴工业机器人，配上吸盘架和自行开 发的软件控制系统，便组成了完整的机械手堆垛系统。图１所示是一台普通的机械手堆垛机。
独立模式时，各机械手控制器根据上位机分配的工作任
ｌ
确定工作模式
务，分别控制与之对应的机械手，相互之间没有直接联系，也 没有主从之分。抓取玻璃时，机械手根据传感器发来的玻璃
运行速度和位置信号，手臂先向前伸，并随着玻璃的运行向 后摆动，使吸盘架以与玻璃行进相同的速度贴住玻璃一段时
上
上
独立工作模式
ｌ同步工作模式
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（上接第４３页）
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・收稿日】胡：２００７—０９—０３
万方数据
第３６卷第１期
玻璃与搪瓷
・３７・
六轴机器人也称作活关节机器人，它的
机械部分包括支座（１关节Ａ）、手臂（２关节
Ｂ、ｃ）、手腕（３关节Ｄ、Ｅ、Ｆ）。各关节的转动 通过交流伺服电机驱动，具有良好的过载保 护功能。机器人通过各关节的转动组合把手
臂终端的工具从一个位置移动到另一个位 置，这种活关节式的运动被形容成“拟人化”，
１）。由于轻型机械手的最大活动范围有限，在摆放时要求尽可能靠近主线辊道中心，为此通常将主线辊道 的传动装置和支撑轴承座向内收，在保证辊道的有效宽度不变的情况下减小外侧宽度（见图１）。每台机械
手可以向两个玻璃架同时进行堆码，这一功能被广泛应用于分等堆垛。
２．２重型机械手堆垛机 传统的大中型浮法线的冷端根据玻璃板规格和产量的不同， 通常需要布置两台以上的中片堆垛机和一台大片堆垛机。而采用
玻璃岛搪瓷
・霉９・
璃７００℃左右。塌陷时玻璃块一般大于模型，槽沉后才能充满模毅。 不论填充式还是塌陷法，均要求玻璃能充满模型。趣料多劂扶模型孛滋凄，涛模黧与热熔炉糕住，损坏 窑炉；加料少则不能得到模型的形状，因此需测定模型的体积。将模型注满水，然后将水倒入量筒中，精确测 量模型需加入玻璃的体积ｙ（以ｃｏ计），再将此体积乘以玻璃密度ｄ，即得到所需玻璃质量形，即驴＝附。 热熔炉大都是单室式，热薅和邀必遗在髓一炉蠹送行。热熔玻璃大都形状复杂，显不对称，跑一般器溢
沿吸盘架纵梁位置可调，用于检测玻璃板边缘的位置。传统的堆垛机要求玻璃板的长边方向与堆垛机中心
线垂直，这样才能保证其横放在玻璃架上，否则必须将玻璃板水平旋转９００后再进行堆垛，而机械手的吸盘 架由于可以绕手腕关节旋转，免除了玻璃板在辊道上旋转的环节。
２机械手堆垛机的布置方式
２．１轻型机械手堆垛机
通常一条浮法生产线可以考虑沿主线两侧交错布置若干台用于抓取小片的轻型机械手堆垛机（见图
间，同时吸盘抽真空，待玻璃吸住后提起，并按照事先计算好
的运行轨迹和速度，将玻璃堆放在玻璃架上。玻璃在抓取过 程中可能出现位置偏离，通过吸盘架上的光电开关检测出的 偏离值，控制器自动调整运行轨迹和运行终点位置，使玻璃
７
读指令பைடு நூலகம்
工
确定终点
的边部自动对齐。另外，机械手还可根据每次堆码玻璃的厚
度，自动将下一片玻璃的堆码位置向前移，从而取消了传统
万方数据
第３６卷第１期
玻璃与搪瓷
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制器根据得到的参数，自动调整到相应的工作设置和模式。
图５堆垛机控制系统网络
３．２控制原理 如前所述，堆垛系统可以工作在独立模式和同步模式两
读操作控制数据（包括玻璃 的尺寸、位置、质量等级以 及玻璃垛的位置等）
种模式下，模式选择的依据是玻璃的尺寸和重量。图６所示 是控制器在独立工作模式下的控制流程。
到退火下限温度，然后保温３ ｈ，最后用１５ ｈ冷却到室温，总退火时间为２４ ｈ。在此基础上，根据不同形状和
厚度的艺术品再作调整。
（上接第３９页）
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图３重型机械手堆垛机布置方式１
小片玻璃垛
中小片玻
图４重型机械手堆垛机布置方式２
３机械手堆垛系统的组成及控制原理
３．１控制系统的组成
由于轻型机械手堆垛机的控制方式与重型机械手的独立工作模式相似，以下将它们的控制原理一并介
绍。控制网络示意框图如图５。 上位机是整个堆垛控制系统的中枢，通过工业以太网与机械手控制器相连，并通过Ｐ玎硪ｂｕｓ总线与外围
Ｓ越ｉ瓠，２００３，３３０：ｌ—１２。
Ｂ。Ｂ１８锚毡，ｘ．｝１．热雠ｇ，Ｆ．ｓｍ呔ｔ８ｌ＆．Ｒｅｃ髓ｔ Ａｄｖ黼ｅ静迅ｅｈａｋ螂撼彘Ｇｌ童ｓｓ∞【ｊ】。ｊ。Ｎ豫岬ｅ驴ｔ骞ｌ ｓｏｌｉｄ尊，２∞幸，３４５＆３４６：２７６—２８３．
Ｊ．Ｔ．Ｇｏｐｉｎ８ｔｈ，Ｍ．刚舱ｉ，Ｅ。Ｐ．Ｉｐｐ朗，甜ｎＬ １ｈ硼州ｅｒ Ｎ０ｎｌｉｎ鲥ｔ洒ｉｎ
就像手臂和手腕的运动。对于需要协同动作
的重型机械手堆垛机，下端还有一对滑动副，
即通常所说的第７轴。如图１所示，重型机
械手的支座固定在滑台上，通过下部的直线
图ｌ普通机械手堆垛机
轴承与滑轨相连，滑台在伺服齿轮齿条机构的驱动下沿滑轨精确移动。 吸盘架固定于机器人手腕的端部，吸盘分为若干组，每组的通断单独控制，通过气管与真空泵相连，可根 据玻璃板的尺寸和位置自动开启与之相对应的吸盘组，无需人工设置。吸盘架上还装有一组传感器，传感器