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[摘 要]机器人在矿石机械化采制样系统中的应用国内外已逐步开展起来，随着采制样系统的工艺流程不断完善，机器人功能的不断发展，以及机械化采制样系统中添加机器人的设备增加，可以预见机器人在采制样领域里能够得到更广泛的推广与应用。
[关键词]采制样系统 机器人 应用
中图分类号：TP540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0317-02
随着工业化的实现，信息化的到来，人类开始进入知识经济的新时代，创新是这个时代的动力。文化的创新、观念的创新、科技的创新、体制的创新改变着人类的今天，科技创新带给社会与人类的利益远远超过它的危险，机器人的发展史已证明了这一点。机器人的应用领域不断扩大，从工业走向农业、服务业、军事领域；从产业走进医疗、家庭；从陆地潜入水下、飞往空间。机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人类的友好与合作[1]。未来机器人技术在机械化采制样系统中的应用预计可向以下几个方面扩展。
1.机器人在煤、焦炭机械化采制样系统中的应用
目前，煤炭、焦炭机械化采制样系统中应用机器人的项目，在国内外还没见有报道。但是煤炭、焦炭机械化采制样系统的工艺较铁矿机械化采制样系统工艺更为简单，且各项技术也更为成熟。如果机械化取制样系统添加了机器人，其工艺流程主要优点会充分体现，一是制样、筛分试验、水分检测都可以在一个平面上进行，灵活机动性能好，在机器人活动范围内可以根据工作需要随意增改系统设备，并通过模块式编程，容易变更或增加新的功能；二是机械化、自动化水平高，系统内设备集中，容易检修，可以把工人从有安全隐患或工作环境差的条件中解放出来；三是机器人可以模拟人手（手臂）的全部动作，因此可以方便的进行水分的在线测定，提高了测定水分的精密度；四是由于样品的制备在一个平面进行，没有溜槽等输送设备，样品到各设备之间的转移是靠机器人来完成，这样极好的解决了物料堵塞系统的情况，适合各种煤炭、焦炭（水分高、粘度大、易破碎等情况）的样品制备，以及特殊项目的检测（如水分、粒度、强度等）[2]-[3]。
2.机器人在采样机上应用
采样机是造成机械化采制样系统偏倚的主要原因之一，另外，采样机采取的份样质量的多少，还会给系统带来较大的影响，份样质量越大给系统下游的设备造成的压力也越大，当然设计时希望在符合相关标准的情况下，份样的质量越小越好。目前，国内外采样机采样头主要有两种形式，一种是落流采样机，一种是横过皮带采样机，也就是俗称的皮带端部采样和皮带中部采样。
对于横过皮带采样机为了达到全断面采样的目的，一方面需要采样头的采样运动轨迹尽可能贴近皮带。另一方面机械化采制样系统的采样头在实际调整时，需考虑到皮带上所载物料的变化，调整间隙太小，采样头容易刮伤皮带。综合、均衡两方面的要求，使该种采样头布置方式不能完全达到全断面采样，皮带底部的物料不能被完全采集。由于皮带上的物料是随皮带运行一起运动，极易产生离析现象，即两侧、表面的物料块大、密度大，粒度较小的则集聚在皮带中央底部，而粒度往往与货物的品质有一定的关系，这样采制样系统势必产生偏倚。如果应用机器人（机械手），它每次运行可以根据物料的重量变化、皮带变形的程度不断调整采样头的运行轨迹，让采样头最大限度的贴近皮带，而又不损伤皮带，使采样机产生最小的偏倚较为容易。
对于落流采样机如果应用机器人（或机械手），可以任意调整经过料流的运行轨迹，因此，能够用一台采样机满足不同物料的采样。目前的机械落流采样机，经过料流时轨迹是不能随意变动的，不同物料从皮带端部下落时，由于物料的密度不同、皮带的运行速度不同，从皮带端部下落料流的抛物线也不相同。因此，一台采样机不能很好的完成同一条皮带机上对不同物料的采样。而机器人采样机的运行轨迹可由计算机控制任意调整其运行轨迹，让采样机的运行轨迹能截取完整的料流横截段。使用机器人（机械手）后变换切割器的开口尺寸更灵活、方便，能够根据具体的货物规格应用合适的切割器，能够使采制样系统工作效率提高，减少机械磨损和电力消耗。另外，机器人采样机对安装位置要求不像机械采样机那样要求较高，机器人采样机可根据现场的情况进行调整，切割器的速度也能够提高，这样可以减小份样量，相应的系统内配套的下游设备都可以减小。
3.机器人在样品制备中应用
机械化采制样系统中的机器人单元可根据需要布置不同的破碎机、烘干设备、测试设备，按照不同项目要求完成各种试样的制备及项目检测。例如，煤炭的粘结指数、胶质层指数的试样制备；焦炭机械强度试样的制备及测定；粘度大、水分高的样品制备。机器人还可以对制备好的试样进行装袋，加贴标签等工作。
4.机器人样品测试中的应用
机械化采制样系统中的机器人单元的功能还可向采、制、化三个环节中的第三个环节，化验环节延伸。目前，国外工业发达国家在这方面已走在前面，其中澳大利亚爱莎（essa）公司就是一个典型例子，机器人应用在铁矿化学分析指标上[4]。
示例1，机器人操作对试样进行预处理，按次序把12个旋转熔融高温炉的熔融好的试样，用机器人转移到熔片设备上，然后制备成熔片（玻璃片），送到XRF射线荧光光谱仪进行各种元素含量的测定。或将熔融物倒入有酸溶液的烧杯中，用原子吸收光谱仪（AA）或电感耦合光谱仪（ICP）等设备进行分析。图1所示的是澳大利亚爱莎公司用于铁矿石试样熔融的小型机器人，图2是澳大利亚爱莎公司用于铁矿试样熔融的小型机器人与周边设备布置的示意图。外围设备包括12个旋转熔融炉、坩埚清洗装置、熔片设备、熔片（玻璃片）输送带、坩埚输送带等。
示例2，应用机器人（ABB公司的IRB140型号的工业机器人）把铝矾土样品自动加放到傅立叶红外光谱仪的系统，如图3所示。
该机器人的主要的功能：
①收集样品瓶。
②去掉样品瓶盖。
③读样品的条形码。
④捣实样品。
⑤用压缩空气清洗样品瓶。
⑥送样。
⑦激光高度调整。
⑧移去样品。
5.结论
机械化采制样系统中机器人的应用是采、制、化各项任务完成的自动化设备的“终极”形式，其发展趋势主要有以下几个方面：
①机器人的性能不断提高、功能不断扩展、单机价格不断下降。
②机械机构向模块化、可重构化发展，与周边设备配合更为柔性，简单、方便。
③机器人控制系统向基于计算机的开放控制器方向发展，便于标准化、网络化，器件集成度提高，控制柜日渐小巧，系统的可靠性、易操作性和维修性大大提高。
④机器人中的传感器作用日益重要，除传统传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中广泛应用。
参考文献
[1]芮延年.机器人技术及其应用[M].北京：化工工业出版社，2008.5.
[2]袁晓鹰，鞠溯.机械手在大型自动化采制样系统中应用及今后发展 [J].煤·煤与电，2006.（10），60-61.
[3]鞠溯，于镭，袁晓鹰. 机械人在煤炭采制样系统中的应用探讨[J].山东煤炭科技，2010.（1），81-82.
[4]袁晓鹰.机器人技术在矿石机械化采制样系统中的应用[M].北京：中国质检出版社，2014.10.
作者简介
肖忠玉（1963-），男，汉族，山东日照，助理工程师，大学专科，主要从事机电产品的检验和科研工作。
[关键词]采制样系统 机器人 应用
中图分类号：TP540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0317-02
随着工业化的实现，信息化的到来，人类开始进入知识经济的新时代，创新是这个时代的动力。文化的创新、观念的创新、科技的创新、体制的创新改变着人类的今天，科技创新带给社会与人类的利益远远超过它的危险，机器人的发展史已证明了这一点。机器人的应用领域不断扩大，从工业走向农业、服务业、军事领域；从产业走进医疗、家庭；从陆地潜入水下、飞往空间。机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人类的友好与合作[1]。未来机器人技术在机械化采制样系统中的应用预计可向以下几个方面扩展。
1.机器人在煤、焦炭机械化采制样系统中的应用
目前，煤炭、焦炭机械化采制样系统中应用机器人的项目，在国内外还没见有报道。但是煤炭、焦炭机械化采制样系统的工艺较铁矿机械化采制样系统工艺更为简单，且各项技术也更为成熟。如果机械化取制样系统添加了机器人，其工艺流程主要优点会充分体现，一是制样、筛分试验、水分检测都可以在一个平面上进行，灵活机动性能好，在机器人活动范围内可以根据工作需要随意增改系统设备，并通过模块式编程，容易变更或增加新的功能；二是机械化、自动化水平高，系统内设备集中，容易检修，可以把工人从有安全隐患或工作环境差的条件中解放出来；三是机器人可以模拟人手（手臂）的全部动作，因此可以方便的进行水分的在线测定，提高了测定水分的精密度；四是由于样品的制备在一个平面进行，没有溜槽等输送设备，样品到各设备之间的转移是靠机器人来完成，这样极好的解决了物料堵塞系统的情况，适合各种煤炭、焦炭（水分高、粘度大、易破碎等情况）的样品制备，以及特殊项目的检测（如水分、粒度、强度等）[2]-[3]。
2.机器人在采样机上应用
采样机是造成机械化采制样系统偏倚的主要原因之一，另外，采样机采取的份样质量的多少，还会给系统带来较大的影响，份样质量越大给系统下游的设备造成的压力也越大，当然设计时希望在符合相关标准的情况下，份样的质量越小越好。目前，国内外采样机采样头主要有两种形式，一种是落流采样机，一种是横过皮带采样机，也就是俗称的皮带端部采样和皮带中部采样。
对于横过皮带采样机为了达到全断面采样的目的，一方面需要采样头的采样运动轨迹尽可能贴近皮带。另一方面机械化采制样系统的采样头在实际调整时，需考虑到皮带上所载物料的变化，调整间隙太小，采样头容易刮伤皮带。综合、均衡两方面的要求，使该种采样头布置方式不能完全达到全断面采样，皮带底部的物料不能被完全采集。由于皮带上的物料是随皮带运行一起运动，极易产生离析现象，即两侧、表面的物料块大、密度大，粒度较小的则集聚在皮带中央底部，而粒度往往与货物的品质有一定的关系，这样采制样系统势必产生偏倚。如果应用机器人（机械手），它每次运行可以根据物料的重量变化、皮带变形的程度不断调整采样头的运行轨迹，让采样头最大限度的贴近皮带，而又不损伤皮带，使采样机产生最小的偏倚较为容易。
对于落流采样机如果应用机器人（或机械手），可以任意调整经过料流的运行轨迹，因此，能够用一台采样机满足不同物料的采样。目前的机械落流采样机，经过料流时轨迹是不能随意变动的，不同物料从皮带端部下落时，由于物料的密度不同、皮带的运行速度不同，从皮带端部下落料流的抛物线也不相同。因此，一台采样机不能很好的完成同一条皮带机上对不同物料的采样。而机器人采样机的运行轨迹可由计算机控制任意调整其运行轨迹，让采样机的运行轨迹能截取完整的料流横截段。使用机器人（机械手）后变换切割器的开口尺寸更灵活、方便，能够根据具体的货物规格应用合适的切割器，能够使采制样系统工作效率提高，减少机械磨损和电力消耗。另外，机器人采样机对安装位置要求不像机械采样机那样要求较高，机器人采样机可根据现场的情况进行调整，切割器的速度也能够提高，这样可以减小份样量，相应的系统内配套的下游设备都可以减小。
3.机器人在样品制备中应用
机械化采制样系统中的机器人单元可根据需要布置不同的破碎机、烘干设备、测试设备，按照不同项目要求完成各种试样的制备及项目检测。例如，煤炭的粘结指数、胶质层指数的试样制备；焦炭机械强度试样的制备及测定；粘度大、水分高的样品制备。机器人还可以对制备好的试样进行装袋，加贴标签等工作。
4.机器人样品测试中的应用
机械化采制样系统中的机器人单元的功能还可向采、制、化三个环节中的第三个环节，化验环节延伸。目前，国外工业发达国家在这方面已走在前面，其中澳大利亚爱莎（essa）公司就是一个典型例子，机器人应用在铁矿化学分析指标上[4]。
示例1，机器人操作对试样进行预处理，按次序把12个旋转熔融高温炉的熔融好的试样，用机器人转移到熔片设备上，然后制备成熔片（玻璃片），送到XRF射线荧光光谱仪进行各种元素含量的测定。或将熔融物倒入有酸溶液的烧杯中，用原子吸收光谱仪（AA）或电感耦合光谱仪（ICP）等设备进行分析。图1所示的是澳大利亚爱莎公司用于铁矿石试样熔融的小型机器人，图2是澳大利亚爱莎公司用于铁矿试样熔融的小型机器人与周边设备布置的示意图。外围设备包括12个旋转熔融炉、坩埚清洗装置、熔片设备、熔片（玻璃片）输送带、坩埚输送带等。
示例2，应用机器人（ABB公司的IRB140型号的工业机器人）把铝矾土样品自动加放到傅立叶红外光谱仪的系统，如图3所示。
该机器人的主要的功能：
①收集样品瓶。
②去掉样品瓶盖。
③读样品的条形码。
④捣实样品。
⑤用压缩空气清洗样品瓶。
⑥送样。
⑦激光高度调整。
⑧移去样品。
5.结论
机械化采制样系统中机器人的应用是采、制、化各项任务完成的自动化设备的“终极”形式，其发展趋势主要有以下几个方面：
①机器人的性能不断提高、功能不断扩展、单机价格不断下降。
②机械机构向模块化、可重构化发展，与周边设备配合更为柔性，简单、方便。
③机器人控制系统向基于计算机的开放控制器方向发展，便于标准化、网络化，器件集成度提高，控制柜日渐小巧，系统的可靠性、易操作性和维修性大大提高。
④机器人中的传感器作用日益重要，除传统传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中广泛应用。
参考文献
[1]芮延年.机器人技术及其应用[M].北京：化工工业出版社，2008.5.
[2]袁晓鹰，鞠溯.机械手在大型自动化采制样系统中应用及今后发展 [J].煤·煤与电，2006.（10），60-61.
[3]鞠溯，于镭，袁晓鹰. 机械人在煤炭采制样系统中的应用探讨[J].山东煤炭科技，2010.（1），81-82.
[4]袁晓鹰.机器人技术在矿石机械化采制样系统中的应用[M].北京：中国质检出版社，2014.10.
作者简介
肖忠玉（1963-），男，汉族，山东日照，助理工程师，大学专科，主要从事机电产品的检验和科研工作。