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1、桁架機(jī)器人項目報告 1 .項目簡介 隨著制造業(yè)的用工成本上漲、技能人才緊缺、 高危環(huán)保、高強度作業(yè)等問題的凸顯，對于工 作效率的要求越來越高，企業(yè)如何運用低成本回收大利潤是每個生產(chǎn)廠家心目當(dāng)中在意的事 情。而通過這些年的實踐證明，數(shù)控車床桁架機(jī)械手參與生產(chǎn)制造已被廣泛認(rèn)知和不斷使用， 成為社會關(guān)注的焦點。例如在數(shù)控車床、立式加工中心機(jī)、臥式加工中心機(jī)、數(shù)控立式車床、 數(shù)控磨床、數(shù)控磨齒機(jī)等上下料時， 其毛坯料可能是幾公斤甚至幾百公斤重， 還有小型零件 頻繁上下料，大型電機(jī)殼體、發(fā)動機(jī)殼體、減速機(jī)殼體等的搬運也很費時、費力，直接影響 工作效率、機(jī)床利用率及生產(chǎn)安全。目前諸如此類零部件的搬

2、運在歐美發(fā)達(dá) 國家早已實現(xiàn) 自動化。在機(jī)器人和自動化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中， 龍門式機(jī)器人即實現(xiàn)了制造過程的完全自動化， 并采用了集成加工技術(shù)，適 用于機(jī)床、生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等 ，同時其 高精度夾持定位工具系統(tǒng)為機(jī)器人自動化加工提供了標(biāo)準(zhǔn)接口。 2 .項目詳細(xì)內(nèi)容 桁架式機(jī)器人也叫做直角坐標(biāo)機(jī)器人和龍門式機(jī)器人。工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、 可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、適合不同任務(wù)的自動化設(shè) 備，運動自由度間成空 間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。它能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。本項目推 廣以后可用于汽車零部件及五金、機(jī)械、農(nóng)機(jī)、冶金、化工等行業(yè)對機(jī)床上下

3、料、搬運、碼 垛、裝配等工序。 2.1立項背景 智能制造技術(shù)已成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢， 世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在大力推廣和 應(yīng)用。發(fā)展智能制造既符合我國制造業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求， 也是重塑我國制造業(yè)新優(yōu)勢，實現(xiàn) 轉(zhuǎn)型升級的必然選擇。智能制造不僅僅是單一的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用， 而是新模式的轉(zhuǎn)變。 高效靈活的生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)鏈有效協(xié)作與整合、新型生產(chǎn)服務(wù)型制造、協(xié)同開發(fā)和云制造， 這些都是其很明顯的優(yōu)勢。近年來，各國為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短研制周期，制訂 多項先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃，調(diào)整產(chǎn)業(yè)架構(gòu) ，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，急需用智能制造提升能力和 效率。此外，相關(guān)技術(shù)條件已逐漸成熟。

4、信息技術(shù)和新的智能技術(shù)為智能制造提供了最重要 的基礎(chǔ)。目前中國制造業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的浪潮之中，正是機(jī)器人自動化的發(fā)展良機(jī)， 08 年經(jīng)濟(jì)危機(jī)之后，現(xiàn)代化制造對員工素質(zhì)要求越來越高，人工成本增長迅速，“招工 難”日益嚴(yán)重，如何在生產(chǎn)中降低勞動強度 ，實現(xiàn)智能自動化，提高生產(chǎn)效率，減少人 員配置，縮小生產(chǎn)空間，降低社會成本，甚至于無人化智能加工，在機(jī)械加工行業(yè)勢 在必行。我國絕大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床操作、裝卸工件仍由人工完成，其勞動強 度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性， 已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提 高工作效率，降低成本，將車間物流系統(tǒng)、機(jī)床操作、送檢、上下料、甚至包

5、裝及后道工序 揉成一有機(jī)整體，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)， 適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求， 針對具體生產(chǎn)工藝， 結(jié)合機(jī)床的實際結(jié)構(gòu)， 利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計用上下料機(jī)械手代替人工 工作，以提高勞動生產(chǎn)率。 本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線， 實現(xiàn)加工過程的 自動化和無人化。在現(xiàn)代化生產(chǎn)線中， 越來越講究的是柔性化生產(chǎn)。 機(jī)械設(shè)備自動化是這個 世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的大趨勢， 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將是一個陽光產(chǎn)業(yè)， 未來的世紀(jì)是機(jī)器人技術(shù)極度發(fā) 展的世紀(jì)，人類將從單調(diào)繁雜的體力勞動中解放出來， 從事更加富有創(chuàng)造性的工作。 自動生 產(chǎn)線和自動化程度高的加工設(shè)備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個必然

6、趨勢。單一的和普通的 專用加工機(jī)床在大批量加工時越來越多的被萬能的、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床及柔性自動化生產(chǎn)線所替 代。 2.2詳細(xì)科項目內(nèi)容 桁架機(jī)器人也叫龍門式機(jī)器人，屬于直角坐標(biāo)機(jī)器人。是一種建立在直角 X，Y，Z[1] 三坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對工件進(jìn)行工位調(diào)整，或?qū)崿F(xiàn)工件的軌跡運動等功能的全自動工業(yè)設(shè)備。 桁架式機(jī)器人能夠搬運物體、 操作工具，以完成各種作業(yè)，其速度快，精度高，良好的防塵、 防污性，針對軸承類工件的自動車削、鉆孔等加工設(shè)計整套物料搬運及儲存設(shè)備， 滿足實際 機(jī)床生產(chǎn)線的需要。 桁架式機(jī)器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。 桁架式機(jī)械手的控制核心 通過工業(yè)控

7、制器（如：PLC，運動控制，單片機(jī)等）實現(xiàn)。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位 置控制，所以，桁架式機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度 （ym級）。為了實現(xiàn)一定的運動空 間，桁架式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 桁架式機(jī)器人的工 作空間為一空間長方體。通過控制器對各種輸入 （各種傳感器，按鈕等）信號的分析處理，做 出一定的邏輯判斷后，對各個輸出元件 （繼電器，電機(jī)驅(qū)動器，指示燈等 ）下達(dá)執(zhí)行命令，完 成X , Y, Z三軸之間的聯(lián)合運動，以此實現(xiàn)一整套的全自動作業(yè)流程。 桁架機(jī)器人用了集成加工技術(shù)， 適用于機(jī)床、生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等， 同時其高精度夾持

8、定位工具系統(tǒng)為機(jī)器人自動化加工提供了標(biāo)準(zhǔn)接口， 2呵 的重復(fù)定位精 度確保了高精度，高效率及批量化產(chǎn)品的一致性。 桁架式機(jī)器人具有以下特點： 1、多自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角。 2、 自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運動均按程序運行。 3、 一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。 4、 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、 高可靠性、高速度、高精度。 6、 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。 7、 各個機(jī)器人行走軸，均可采用滾輪導(dǎo)軌，具有可高速運行，安裝調(diào)試方便，適合長行程 應(yīng)用，可用于惡劣環(huán)境等。 2.3主要創(chuàng)新點

9、 1） 采用滾輪導(dǎo)軌技術(shù)，更快的線速度，更高的加速度 2） 更低的噪音 3） 適合從無塵到粉塵等惡劣環(huán)境的使用 4） 降低了安裝基準(zhǔn)的精度要求 5） 維護(hù)更換成本更低 6） 預(yù)緊隨時可調(diào) 7） 更長的使用壽命 8） 一體式齒條導(dǎo)軌，全方位伺服系統(tǒng) 2.4與當(dāng)前國內(nèi)外同類研究主要參數(shù)、效益、市場競爭力等的比較 國內(nèi)桁架機(jī)械手廠家在借鑒國外做法的同時， 分析國內(nèi)外知名制造企業(yè)創(chuàng)新能力建設(shè)和促進(jìn) 企業(yè)持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗，結(jié)合我國制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來走向，敏捷靈活、 厚積薄發(fā)、高效 低耗、納新永續(xù)為創(chuàng)新能力的提升方向， 做到有的放矢，不斷滿足制造業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新的要求 不斷拓展開源創(chuàng)新

10、、 協(xié)同創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、流程創(chuàng)新等創(chuàng)新方式的內(nèi)涵，加以靈活組合和應(yīng) 用;傾力培育創(chuàng)新團(tuán)隊的急需人才，保障創(chuàng)新活動持續(xù)有效開展；選準(zhǔn)著力點，強化創(chuàng)新投入, 有效提升創(chuàng)新能力。 2.5產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況及前景 國家“十二五規(guī)劃中將機(jī)器人及智能制造裝備產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，工 業(yè)和信息化部制定的《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，將包括機(jī)器人在內(nèi)的 智能制造裝備確定為發(fā)展重點，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將伴隨第三次工業(yè)革命的到來，迎來黃金發(fā) 展期，在引領(lǐng)傳統(tǒng)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進(jìn)“中國制造”向“中國智造”邁進(jìn)中發(fā)揮 重要作用。機(jī)器人將重新定位工業(yè)革命“中國以往’人口紅利’的優(yōu)勢正在趨于消失， 這將使

11、中國經(jīng)濟(jì)增長趨勢出現(xiàn)一些新的變化。隨著新一輪城市化浪潮的興起，勞動力成 本的提升不得不靠機(jī)器人來補充。因此國內(nèi)對于機(jī)器人的消費潛力無可限量?！? 用機(jī)器人做出來的產(chǎn)品更加精準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化。相關(guān)研究報告顯示，低端勞動力短缺和勞動 力價格上漲是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)增長的驅(qū)動力， 尤其在生產(chǎn)節(jié)拍高的自動化生產(chǎn)線和惡劣的環(huán) 境中，機(jī)器人能提供穩(wěn)定的高效率與高質(zhì)量產(chǎn)品。機(jī)器人早已不是人們簡單理解的一種 產(chǎn)品或技術(shù)工具，機(jī)器人改變的生產(chǎn)方式，不是單一的效率提高，而是帶來制造業(yè)在制 造模式、理念、技術(shù)多個層面的深層次變革。所以，由機(jī)器人技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)字制 造帶來的新工業(yè)革命正快步走來，它將改變?nèi)蛑圃鞓I(yè)格局，而

12、中國制造業(yè)格局也將重 新定位。本項目研究的五軸五聯(lián)動機(jī)器人在數(shù)控加工行業(yè)具有應(yīng)用有非常大的需求，一 旦推廣應(yīng)用開始，將使整個行業(yè)發(fā)生深層次的變革。 2.6經(jīng)濟(jì)效益及社會效益 1，整機(jī)可滿足 24小時連續(xù)不間斷生產(chǎn)，可一人同時操作多臺機(jī)器同時運作，工作效 率大大提高，整機(jī)成本約為 2個成熟操作工一年的工資，客戶投資回報率極高，由于整 機(jī)設(shè)計采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，針對不同的客戶可快速匹配，易于實現(xiàn)批量化，整機(jī)生產(chǎn) 周期短? 2，桁架機(jī)器人重復(fù)定位精度高，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性 3，當(dāng)今社會人口老齡化加劇，招工難，使用桁架機(jī)器人從真正意義上解決了企業(yè)的用 工難問題。 4，把工段工藝比較難的，

13、勞動生產(chǎn)力強度大的用機(jī)器人替代起來，真正意義上做到機(jī) 器人換人的概念 桁架機(jī)械手與關(guān)節(jié)機(jī)器人的對比： 桁架機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)器人 桁架機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)器人 工作空間 ① 桁架機(jī)械手安裝于設(shè)備上方，完全的空中 作業(yè)形式，少量的占用工廠地面空間。 ② 桁架機(jī)械手可以采用多根梁拼接的方 式，很大程度上延伸了加工生產(chǎn)線的工作長 度，容易實現(xiàn)多工序多加工方式的連接，可 實現(xiàn)零件的完整自動化生產(chǎn)。 ③ 桁架機(jī)械手在一根橫梁上可以裝多個 Z 軸（帶手爪的頭），可適于加工節(jié)拍短的工 作方式。 ④ 桁架機(jī)械手給機(jī)床上料絕大多為機(jī)床頂 部，不占用機(jī)床正面空間或極少的占用正面 空間。在加工時不停機(jī)

14、，人員觀察加工過程， 調(diào)整刀具，甚至維修都非常方便。 傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)機(jī)器人應(yīng)用，是將機(jī)器人固定 于地面，這樣，就使得機(jī)器人的工作空間 受限，只能在特定的空間范圍內(nèi)工作。機(jī) 床的排列方式較固定，這種情況不適于加 工節(jié)拍長，或工序多，設(shè)備數(shù)量多的生產(chǎn) 現(xiàn)場。 關(guān)節(jié)機(jī)器人軌跡為極坐標(biāo)軌跡不適合長桿 件的抓取。 為適應(yīng)多工序設(shè)備數(shù)量多的工作方式，關(guān) 節(jié)機(jī)器人可以增加地軌，在地面行走但會 增加換料時間。 由于關(guān)節(jié)機(jī)器人給機(jī)床上下料使用的是機(jī) 床的前面，有由于工作軌跡是極坐標(biāo)，加 工時工作區(qū)域是不能有人的，不能在加工 時觀察，調(diào)整刀具，更不能維修。 承載能力 ① 桁架機(jī)械手垂直提升零件，無懸伸，承

15、 載能力強。 ② 桁架機(jī)械手采用重載橫梁、重載導(dǎo)軌和 重載滑塊結(jié)構(gòu)，最大承載重量可達(dá) 3噸 ③ 桁架機(jī)械手手爪可采用多種方式，并可 采用多種料道方式。 ① 關(guān)節(jié)機(jī)器人在空間內(nèi)抓取零件， 懸伸越 長，承載能力越差。 ② 關(guān)節(jié)機(jī)器人隨著抓取零件重量的增加， 其承載能力也要相應(yīng)的增強，但為保證其 穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，價格會非常高。保證其 穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，價格會非常高。 ③ 關(guān)節(jié)機(jī)器人抓取重量有限，手爪復(fù)雜會 影響它的爪取重量，由于它的空間限制料 道方式也會限制。 工作精度（重 復(fù)定位精度 按負(fù)載100kg 計） 桁架機(jī)械手由于結(jié)構(gòu)簡單，重復(fù)疋位精度土 0.05mm,若采用高精密齒輪齒條，其精度可 以更咼。 關(guān)節(jié)機(jī)器人的重復(fù)定位精度一般都 在土 0.2mm=載荷越大，精度也會越差。