桁架機器人項目報告

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1、桁架機器人項目報告 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廠家心目當中在意的事 情。而通過這些年的實踐證明，數控車床桁架機械手參與生產制造已被廣泛認知和不斷使用， 成為社會關注的焦點。例如在數控車床、立式加工中心機、臥式加工中心機、數控立式車床、 數控磨床、數控磨齒機等上下料時， 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，大型電機殼體、發(fā)動機殼體、減速機殼體等的搬運也很費時、費力，直接影響 工作效率、機床利用率及生產安全。目前諸如此類零部件的搬

2、運在歐美發(fā)達 國家早已實現 自動化。在機器人和自動化工業(yè)生產領域中， 龍門式機器人即實現了制造過程的完全自動化， 并采用了集成加工技術，適 用于機床、生產線的上下料、工件翻轉、工件轉序等 ，同時其 高精度夾持定位工具系統(tǒng)為機器人自動化加工提供了標準接口。 2 .項目詳細內容 桁架式機器人也叫做直角坐標機器人和龍門式機器人。工業(yè)應用中，能夠實現自動控制的、 可重復編程的、多功能的、多自由度的、適合不同任務的自動化設 備，運動自由度間成空 間直角關系、多用途的操作機。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、機械、農機、冶金、化工等行業(yè)對機床上下

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)達國家正在大力推廣和 應用。發(fā)展智能制造既符合我國制造業(yè)發(fā)展的內在要求， 也是重塑我國制造業(yè)新優(yōu)勢，實現 轉型升級的必然選擇。智能制造不僅僅是單一的先進技術和設備的應用， 而是新模式的轉變。 高效靈活的生產模式、產業(yè)鏈有效協作與整合、新型生產服務型制造、協同開發(fā)和云制造， 這些都是其很明顯的優(yōu)勢。近年來，各國為提高產品質量、降低成本、縮短研制周期，制訂 多項先進制造發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃，調整產業(yè)架構 ，促進產業(yè)轉型，急需用智能制造提升能力和 效率。此外，相關技術條件已逐漸成熟。

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

5、裝及后道工序 揉成一有機整體，并使生產線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)， 適應現代機械行業(yè)自動化生產的要求， 針對具體生產工藝， 結合機床的實際結構， 利用機械手技術，設計用上下料機械手代替人工 工作，以提高勞動生產率。 本機械手主要與數控機床組合最終形成生產線， 實現加工過程的 自動化和無人化。在現代化生產線中， 越來越講究的是柔性化生產。 機械設備自動化是這個 世紀制造業(yè)發(fā)展的大趨勢， 機器人產業(yè)將是一個陽光產業(yè)， 未來的世紀是機器人技術極度發(fā) 展的世紀，人類將從單調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 產線和自動化程度高的加工設備已經成為今后制造工廠的一個必然

6、趨勢。單一的和普通的 專用加工機床在大批量加工時越來越多的被萬能的、標準化機床及柔性自動化生產線所替 代。 2.2詳細科項目內容 桁架機器人也叫龍門式機器人，屬于直角坐標機器人。是一種建立在直角 X，Y，Z[1] 三坐標系統(tǒng)基礎上，對工件進行工位調整，或實現工件的軌跡運動等功能的全自動工業(yè)設備。 桁架式機器人能夠搬運物體、 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、鉆孔等加工設計整套物料搬運及儲存設備， 滿足實際 機床生產線的需要。 桁架式機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。 桁架式機械手的控制核心 通過工業(yè)控

7、制器（如：PLC，運動控制，單片機等）實現。由于直線運動易于實現全閉環(huán)的位 置控制，所以，桁架式機器人有可能達到很高的位置精度 （ym級）。為了實現一定的運動空 間，桁架式機器人的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。 桁架式機器人的工 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，電機驅動器，指示燈等 ）下達執(zhí)行命令，完 成X , Y, Z三軸之間的聯合運動，以此實現一整套的全自動作業(yè)流程。 桁架機器人用了集成加工技術， 適用于機床、生產線的上下料、工件翻轉、工件轉序等， 同時其高精度夾持

8、定位工具系統(tǒng)為機器人自動化加工提供了標準接口， 2呵 的重復定位精 度確保了高精度，高效率及批量化產品的一致性。 桁架式機器人具有以下特點： 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，可重復編程，所有的運動均按程序運行。 3、 一般由控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、機械系統(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、 各個機器人行走軸，均可采用滾輪導軌，具有可高速運行，安裝調試方便，適合長行程 應用，可用于惡劣環(huán)境等。 2.3主要創(chuàng)新點

9、 1） 采用滾輪導軌技術，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） 降低了安裝基準的精度要求 5） 維護更換成本更低 6） 預緊隨時可調 7） 更長的使用壽命 8） 一體式齒條導軌，全方位伺服系統(tǒng) 2.4與當前國內外同類研究主要參數、效益、市場競爭力等的比較 國內桁架機械手廠家在借鑒國外做法的同時， 分析國內外知名制造企業(yè)創(chuàng)新能力建設和促進 企業(yè)持續(xù)發(fā)展的經驗，結合我國制造業(yè)的發(fā)展現狀和未來走向，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、、 協同創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、流程創(chuàng)新等創(chuàng)新方式的內涵，加以靈活組合和應 用;傾力培育創(chuàng)新團隊的急需人才，保障創(chuàng)新活動持續(xù)有效開展；選準著力點，強化創(chuàng)新投入, 有效提升創(chuàng)新能力。 2.5產業(yè)化應用情況及前景 國家“十二五規(guī)劃中將機器人及智能制造裝備產業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產業(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，將包括機器人在內的 智能制造裝備確定為發(fā)展重點，機器人產業(yè)將伴隨第三次工業(yè)革命的到來，迎來黃金發(fā) 展期，在引領傳統(tǒng)裝備制造業(yè)轉型升級、促進“中國制造”向“中國智造”邁進中發(fā)揮 重要作用。機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、中國經濟增長趨勢出現一些新的變化。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器人來補充。因此國內對于機器人的消費潛力無可限量。” 用機器人做出來的產品更加精準和標準化。相關研究報告顯示，低端勞動力短缺和勞動 力價格上漲是機器人產業(yè)增長的驅動力， 尤其在生產節(jié)拍高的自動化生產線和惡劣的環(huán) 境中，機器人能提供穩(wěn)定的高效率與高質量產品。機器人早已不是人們簡單理解的一種 產品或技術工具，機器人改變的生產方式，不是單一的效率提高，而是帶來制造業(yè)在制 造模式、理念、技術多個層面的深層次變革。所以，由機器人技術、信息技術和數字制 造帶來的新工業(yè)革命正快步走來，它將改變全球制造業(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動機器人在數控加工行業(yè)具有應用有非常大的需求，一 旦推廣應用開始，將使整個行業(yè)發(fā)生深層次的變革。 2.6經濟效益及社會效益 1，整機可滿足 24小時連續(xù)不間斷生產，可一人同時操作多臺機器同時運作，工作效 率大大提高，整機成本約為 2個成熟操作工一年的工資，客戶投資回報率極高，由于整 機設計采用模塊化、標準化，針對不同的客戶可快速匹配，易于實現批量化，整機生產 周期短? 2，桁架機器人重復定位精度高，保證了產品質量的穩(wěn)定性 3，當今社會人口老齡化加劇，招工難，使用桁架機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、勞動生產力強度大的用機器人替代起來，真正意義上做到機 器人換人的概念 桁架機械手與關節(jié)機器人的對比： 桁架機械手關節(jié)機器人 桁架機械手關節(jié)機器人 工作空間 ① 桁架機械手安裝于設備上方，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線的工作長 度，容易實現多工序多加工方式的連接，可 實現零件的完整自動化生產。 ③ 桁架機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 桁架機械手給機床上料絕大多為機床頂 部，不占用機床正面空間或極少的占用正面 空間。在加工時不停機

14、，人員觀察加工過程， 調整刀具，甚至維修都非常方便。 傳統(tǒng)的關節(jié)機器人應用，是將機器人固定 于地面，這樣，就使得機器人的工作空間 受限，只能在特定的空間范圍內工作。機 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，設備數量多的生產 現場。 關節(jié)機器人軌跡為極坐標軌跡不適合長桿 件的抓取。 為適應多工序設備數量多的工作方式，關 節(jié)機器人可以增加地軌，在地面行走但會 增加換料時間。 由于關節(jié)機器人給機床上下料使用的是機 床的前面，有由于工作軌跡是極坐標，加 工時工作區(qū)域是不能有人的，不能在加工 時觀察，調整刀具，更不能維修。 承載能力 ① 桁架機械手垂直提升零件，無懸伸，承

15、 載能力強。 ② 桁架機械手采用重載橫梁、重載導軌和 重載滑塊結構，最大承載重量可達 3噸 ③ 桁架機械手手爪可采用多種方式，并可 采用多種料道方式。 ① 關節(jié)機器人在空間內抓取零件， 懸伸越 長，承載能力越差。 ② 關節(jié)機器人隨著抓取零件重量的增加， 其承載能力也要相應的增強，但為保證其 穩(wěn)定的機械結構，價格會非常高。保證其 穩(wěn)定的機械結構，價格會非常高。 ③ 關節(jié)機器人抓取重量有限，手爪復雜會 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 復定位精度 按負載100kg 計） 桁架機械手由于結構簡單，重復疋位精度土 0.05mm,若采用高精密齒輪齒條，其精度可 以更咼。 關節(jié)機器人的重復定位精度一般都 在土 0.2mm=載荷越大，精度也會越差。