一、技术概述
（一）技术基本情况
天然橡胶产业是我国热带区域农业的主要支柱产业，天然橡胶是重要的工业原料和战略资源。海南、广东和云南是我国主要的天然橡胶生产基地，天然橡胶的初加工以标准胶为主，标准胶生产线由干燥生产线和包装生产线组成，吊框、装框和卸胶工序是干燥生产线的重要组成部分。目前国内外关于标准胶生产线自动化、智能化装备的研发与应用鲜有 道，国内外的标准胶干燥生产线吊框、装框和卸胶工序均由工人手动操作，该工序是整个生产线中劳动力最密集、劳动强度最大的生产环节，该工序工人数量占整个天然橡胶干燥生产线的80%左右，不仅工人的劳动环境差、劳动强度大，且长时间劳作还可能造成腰椎疾病等职业病。针对天然橡胶干燥生产线吊框、装框和卸胶工序相关装备自动化和智能化水平低、工人劳动强度大等实际问题，在本研发团队近10年对天然橡胶初加工装备研究的基础上，开展了天然橡胶干燥生产线全自动卸胶机器人的研发，该装备通过本团队自主研发的自动吊框机器人、推胶车机器人、卸胶机器人及自动装框机器人等部分的协同作业，可使从干燥生产线干燥箱运出来的胶车实现吊装框—卸胶全程自动化，实现吊装框—卸胶工序从劳动密集型向技术密集型转变，达到降低生产成本、改善工人工作环境、提高工厂生产效率的三重目标。
国内外天然橡胶标准胶的生产过程主要包括：凝固、绉片、造粒、干燥、包装成块等加工工艺步骤。各工厂采用的技术与设备相似，均需工人手动或手工操作，设备的自动化水平较低，更谈不上智能化设备。干燥环节是标准胶生产线的重要组成部分，有关标准胶加工生产的文献主要集中在对天然橡胶干燥理论的研究、关于天然橡胶干燥工艺和对现有设备的技术改造、胶乳絮凝工艺改进等方面。海南信荣橡胶机械有限公司的实用新型专利涉及一种天然橡胶干燥、包装自动化装置，但该专利内容只提及其大体方案和简易流程，未给出具体自动化机械设备如吊框、装框、卸胶等设备的结构设计图和自动化实现办法，也未给出各设备连接、协调动作及实现自动化连续操作的具体方案。目前国内外天然橡胶干燥生产线吊框、装框、卸胶工序现有的作业方式有以下几类：
1.吊装框装置
目前，吊装框装置普遍采用以下两种方式：
1.1电动葫芦升降式。该吊装框方式是在空中安装可升降的电动葫芦，由工人手动操作，电动葫芦下的吊钩可吊起或下放胶车的胶框。该方式胶框升、降过程均需人工扶持，胶框在上下过程中晃动严重，稳定性较差，生产效率较低，由于是在空中作业，该吊装框装置存在安全隐患。
1.2框架升降式。该吊装框方式为人工把胶车推到位后，工人手动控制电机运行对胶车框进行起吊、下降作业。该吊装框方式运行过程均由工人进行手动控制，运行速度慢，且需人工反复校核胶车位置才能完成装框作业，控制精度不高，生产效率低下。
2.卸胶装置
目前，卸胶装置有以下四种方式：
2.1液压垂直插入式。液压垂直插入式卸胶装置通过液压驱动，使机械手指直接从胶车上方垂直插入胶块，通过杆件的下压、扭转和上提等一系列动作将胶块从胶车中取出，然后行走至指定位置执行相反的动作进行卸胶。这种卸胶方式存在三个缺点：第一，由于机械手指下压过程中对胶车底板施加的压力较大，常常导致胶车底板变形，从而影响胶车寿命；第二，机械手指夹持胶块的可靠性差，胶块的夹持率较低，未能夹持的胶块还需要人工取出，影响卸胶效果，并且增加了工人的工作量；第三，胶块从机械手指上脱落下来后胶块状态是随机的，因此胶块落到传送带上是杂乱无章的，胶块的无序状态为后续加工工序自动化作业设置了障碍。
2.2气动斜向插入式。气动斜向插入式卸胶装置的执行机构采用气动驱动，在气压的驱动下机械手指斜向插入胶块中，然后机械手指后翘，将胶车上的胶块撬起来，待机械手指后翘至水平位置时，整个机械手向上提升，当机械手把胶块从胶车上完全提起后，机械手指反向动作使胶块在重力的作用下从机械手指上脱离。这种卸胶方式同样存在三个缺点：第一，机械手指的各气路很难做到平衡，从而难以使所有机械手指同时动作；第二，由于采用气动驱动，驱动动力不足，使得机械手指抓胶量过少，导致夹持胶块的可靠性差，胶块的夹持率较低，并且还具有一定的脱胶风险；第三，胶块从机械手指上脱落下来后胶块状态同样是随机的，胶块在传送带上也是杂乱无章的，同样也为后续工序自动化装备的作业人为设置了障碍。
2.3关节型多自由度夹持式。这种卸胶方式的主要设备为多自由度关节型机器人，机械手抓胶方式采用了夹持式抓胶，卸胶后可以使胶块在传送带上规则摆放，但同样存在以下三个缺点：第一，夹持胶块的可靠性差，胶块的夹持率较低，未能夹持的胶块还需要人工取出，卸胶效果不好；第二，卸胶效率低，机械手每次仅能抓取一块胶；第三，为了满足工厂对生产效率的要求，需要配置多台多自由度关节型机器人，导致投资过大，一般天然橡胶加工厂难以承受。
2.4气动挖抱式。气动挖抱式卸胶装置的执行机构为相对的一对弧形机械手指，利用气动驱动，将两个弧形的机械手指同时挖入胶块内部，然后采用机械动力将胶块从胶车中提起，最后把胶块放到传送装置上。这种取胶方式的不足之处是：由于采用气动驱动，导致驱动动力不足，机械手指难以挖入到胶块内部较深位置，导致机械手指抓胶量过少，当机械手指抓取胶块部分的分子间粘着力小于胶块与胶车底板之间的粘着力时，难以将胶块提起。因此，这种卸胶方式只能用于干搅线类胶块与胶车底板间粘着力较小的场合，对于大量的胶水线明显无能为力，更别说杂胶线了，因此推广使用受到了很大的限制。
基于上述分析，前三种卸胶装置均未在天然橡胶加工厂中得到推广应用，第四种卸胶装置仅在一条干搅线做试验使用。
综上所述，目前天然橡胶干燥生产线吊框、装框、卸胶装备存在着自动化水平低、产业链不完善等问题，因此该工序劳动力密集、工人劳动强度大、生产效率低，为提升天然橡胶初加工生产线的自动化和智能化水平，促进天然橡胶全产业链技术健康发展，更好地服务国家“一带一路”发展战略，探究天然橡胶干燥生产线吊框、装框、卸胶工序装备的动力学机理，加快全自动卸胶机器人的研发迫在眉睫。
（二）能够解决的主要问题
1.吊框机器人机械手对胶车框能够准确夹持，将胶车框从吊框工位运送至装框工位的作业过程中，使胶车框受力均衡，运动平稳不出现晃动；将胶车框交给装框机器人时能够定位准确，重复定位精度高；
2.上车推胶车机器人和下车推胶车机器人的推胶车机械手能够准确抓取胶车底板框，胶车在推动过程中运行平稳可靠，并能够准确将胶车推到渡车上或将胶车推到装框工位；
3.装框机器人能够准确承接吊框机器人运送过来的胶车框，实现定位准确、不晃动，并可一次性平稳、准确地将胶车框装到胶车上；
4.卸胶机器人能够对胶车上的胶块抓取准确、可靠，生产效率与干燥生产线的干燥工艺相匹配，运胶小车运行平稳；
5.智能化自动控制系统的集成，各机构关键位置的自动识别和检测，从而使各单元机器人之间工作协调，工艺控制过程衔接顺畅，实现自动控制系统运行的安全可靠。
全自动卸胶机器人的技术核心部分即卸胶机器人2020年已经在云南橡胶集团的东风二厂投入使用。实践证明，该机器人能够对胶块进行准确的夹持，胶块的夹持率达100%，并可同时实现4块胶块的自动卸载，生产效率高。
2021年全自动卸胶机器人在海胶金林胶厂进行了调试运行，实现了吊装框—卸胶工序的全自动化，设备运行状况良好，各项运行指标均达到了设计要求，该设备的成功运行为天然橡胶初加工装备的全面自动化打下坚实基础。
（三）提质增效情况
本技术的有效实施，可节省天然橡胶干燥生产线劳动力成本40%以上，提高生产效率约30%，可使项目承担单位新增全自动卸胶机器人智能化装备一套，填补天然橡胶干燥生产线装备技术领域空白1项，每年可新增工业产值300余万元，新增利税90余万元，出口创汇20万余美元，不仅可满足我国海南、云南、广东等产胶区橡胶加工业的需要，还可出口到东南亚、非洲、南美洲等世界主要产胶区，服务于国家“一带一路”战略。同时，对于发展降耗、增效、自动化和智能型天然橡胶初加工装备产业，推动天然橡胶全产业链的健康持续发展具有重要的现实意义。
（四）技术获奖情况
该技术目前已经申 了国内实用新型专利（已获授权，专利号：2018217786405）及国内发明专利（申请号：2018112840709），同时申 了马来西亚国际发明专利（受理号：PI2019000969）。
二、技术要点
本技术以本团队研发的第一代卸胶机和第二代卸胶机机器人为核心基础，对其功能进行扩展，将吊、装框功能与卸胶功能有机集成为一体，实现吊框、装框、卸胶全程智能化；同时针对第一代和第二代卸胶机在实际生产使用过程中出现的问题，对卸胶机部分结构进一步进行优化和改进。
本技术的核心技术为卸胶机器人，配套技术包括吊框机器人、推胶车机器人、装框机器人等单元设备及全自动的智能控制系统组成。具体内容如下：
（一）吊框机器人。吊框机器人为双坐标专用机器人，待从干燥箱运送出来的胶车准确定位后，首先机械手下降定位，然后机械手动作勾住车框，机械手上升将胶车的车框吊起，使胶块暴露于胶车底板上，便于下一步卸胶机器人进行卸胶作业，然后吊框机器人将吊起的胶车框水平运送到装框工位，机械手下降定位，机械手将胶车框运送给装框机器人，之后机械手返回原位。
（二）推胶车机器人。推胶车机器人为双坐标专用机器人，分为上车推胶车机器人和下车推胶车机器人。吊框机器人将胶车框吊离后，上车推胶车机器人的机械手动作，将胶车底板框勾住，然后将胶车运送到处于胶车上渡车工位的渡车上，以便渡车将胶车运送到卸胶工位，胶车到达卸胶工位后卸胶机器人即可开始卸胶作业。卸完胶的空胶车由渡车运送到胶车下渡车工位后，下车推胶车机器人的机械手动作，将胶车底板框勾住，然后将胶车运送到装框工位，等待装框机器人进行装框作业。
（三）卸胶机器人。根据第一代卸胶机和第二代全自动卸胶机在实际生产使用过程中出现的问题，对卸胶机器人抓胶机械手的位置、抓胶机械手的入胶速度、接胶机械手的运送导轨结构等部分机构进行优化和改进，以进一步提高卸胶机器人运行的可靠性、卸胶效果和卸胶效率。
（四）装框机器人。装框机器人为双坐标专用机器人，当吊框机器人将吊起的胶车框水平运送到装框工位，机械手下降定位后，装框机器人的机械手动作，将胶车框接住，吊框机械手松开，吊框机器人回位，等待进入下一个工作循环，装框机器人接到胶车框后，等待空胶车被下车推胶车机器人将胶车运送到装框工位，装框机器人进行装框作业，至此吊框、卸胶、装框作业全部完成。
（五）全自动的智能控制系统研发。第二代全自动卸胶机已实现了全自动化的电气控制，在此基础上，全自动卸胶机器人的智能化控制系统由光、机、电传感器及PLC、单片机等组成，实现对胶车、胶车框、渡车、胶块等位置的自动识别及控制，同时自动检测各机器人运动的极限位置，使用扭矩传感器、压力传感器、光电开关等对各机器人运行过程及运行状态进行智能检测，将PLC、单片机、变频器及各传感器组成集成闭环控制系统，采用触摸屏操作面板，设计人机友好界面，设置故障专家 警系统，使各机器人之间协调工作，实现智能化的全自动控制。
三、适宜区域
海南、云南、广东及东南亚、非洲、南美洲等天然橡胶盛产国家或地区。
四、注意事项
无。
五、技术依托单位
（一）单位名称：海南大学
联系地址：海南省海口市人民大道58号
邮政编码：570228
联系人：樊军庆
联系电话：13976296032
电子邮箱：13976296032@163.com
（二）单位名称：中国热带农业科学院农业机械研究所
联系地址：广东省湛江市麻章区湖秀路3号
邮政编码：524091
联系人：邓怡国
联系电话：18022607137
电子邮箱：13652858970@139.com
（三）单位名称：海南天然橡胶集团股份有限公司
联系地址：海南省海口市滨海大道103号财富广场4楼
邮政编码：570105
联系人：丁爱武
联系电话：18889964119
电子邮箱：18889964119@163.com
声明：该文章系转载，目的在于传递更多信息，并不代表本平台赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题，请在30日内与本平台联系，我们将在第一时间删除内容！
海口市农业农村局
联系电话：0898-68723627
地 址：海口市长滨路市政府办公区17幢南楼四层
声明：本站部分文章内容及图片转载于互联 、内容不代表本站观点，如有内容涉及版权,请您尽早时间联系jinwei@zod.com.cn