桁架机器人项目报告.docx

'桁架机器人项目报告1．项目简介随着制造业的用工成本上涨、技能人才紧缺、高危环保、高强度作业等问题的凸显，对于工作效率的要求越来越高，企业如何运用低成本回收大利润是每个生产厂家心目当中在意的事情。而通过这些年的实践证明，数控车床桁架机械手参与生产制造已被广泛认知和不断使用，成为社会关注的焦点。例如在数控车床、立式加工中心机、卧式加工中心机、数控立式车床、数控磨床、数控磨齿机等上下料时，其毛坯料可能是几公斤甚至几百公斤重，还有小型零件频繁上下料，大型电机壳体、发动机壳体、减速机壳体等的搬运也很费时、费力，直接影响工作效率、机床利用率及生产安全。目前诸如此类零部件的搬运在欧美发达国家早已实现自动化。在机器人和自动化工业生产领域中，龙门式机器人即实现了制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适用于机床、生产线的上下料、工件翻转、工件转序等,同时其高精度夹持定位工具系统为机器人自动化加工提供了标准接口。2．项目详细内容桁架式机器人也叫做直角坐标机器人和龙门式机器人。工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、适合不同任务的自动化设备，运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。它能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。本项目推广以后可用于汽车零部件及五金、机械、农机、冶金、化工等行业对机床上下料、搬运、码垛、装配等工序。2.1立项背景 智能制造技术已成为世界制造业发展的客观趋势，世界上主要工业发达国家正在大力推广和应用。发展智能制造既符合我国制造业发展的内在要求，也是重塑我国制造业新优势，实现转型升级的必然选择。智能制造不仅仅是单一的先进技术和设备的应用，而是新模式的转变。高效灵活的生产模式、产业链有效协作与整合、新型生产服务型制造、协同开发和云制造，这些都是其很明显的优势。近年来，各国为提高产品质量、降低成本、缩短研制周期，制订多项先进制造发展战略与规划，调整产业架构,促进产业转型，急需用智能制造提升能力和效率。此外，相关技术条件已逐渐成熟。信息技术和新的智能技术为智能制造提供了最重要的基础。目前中国制造业正处于转型升级的浪潮之中，正是机器人自动化的发展良机，08年经济危机之后，现代化制造对员工素质要求越来越高，人工成本增长迅速，“招工难”日益严重，如何在生产中降低劳动强度,实现智能自动化，提高生产效率，减少人员配置，缩小生产空间，降低社会成本，甚至于无人化智能加工，在机械加工行业势在必行。我国绝大多数工厂的生产线上数控机床操作、装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，将车间物流系统、机床操作、送检、上下料、甚至包装及后道工序揉成一有机整体，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。在现代化生产线中，越来越讲究的是柔性化生产。机械设备自动化是这个世纪制造业发展的大趋势，机器人产业将是一个阳光产业，未来的世纪是机器人技术极度发展的世纪，人类将从单调繁杂的体力劳动中解放出来，从事更加富有创造性的工作。自动生产线和自动化程度高的加工设备已经成为今后制造工厂的一个必然 趋势。单一的和普通的专用加工机床在大批量加工时越来越多的被万能的、标准化机床及柔性自动化生产线所替代。2.1详细科项目内容桁架机器人也叫龙门式机器人，属于直角坐标机器人。是一种建立在直角X，Y，Z[1]三坐标系统基础上，对工件进行工位调整，或实现工件的轨迹运动等功能的全自动工业设备。桁架式机器人能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业，其速度快，精度高，良好的防尘、防污性，针对轴承类工件的自动车削、钻孔等加工设计整套物料搬运及储存设备，满足实际机床生产线的需要。桁架式机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。桁架式机械手的控制核心通过工业控制器(如：PLC，运动控制，单片机等)实现。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，桁架式机器人有可能达到很高的位置精度(μm级)。为了实现一定的运动空间，桁架式机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。桁架式机器人的工作空间为一空间长方体。通过控制器对各种输入(各种传感器，按钮等)信号的分析处理，做出一定的逻辑判断后，对各个输出元件(继电器，电机驱动器，指示灯等)下达执行命令，完成X，Y，Z三轴之间的联合运动，以此实现一整套的全自动作业流程。　　桁架机器人用了集成加工技术，适用于机床、生产线的上下料、工件翻转、工件转序等，同时其高精度夹持定位工具系统为机器人自动化加工提供了标准接口，2μm的重复定位精度确保了高精度，高效率及批量化产品的一致性。桁架式机器人具有以下特点：1、多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。 2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。4、灵活，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、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。7、各个机器人行走轴，均可采用滚轮导轨，具有可高速运行，安装调试方便，适合长行程应用，可用于恶劣环境等。2.1主要创新点1）采用滚轮导轨技术，更快的线速度，更高的加速度2）更低的噪音3） 适合从无尘到粉尘等恶劣环境的使用4）降低了安装基准的精度要求5）维护更换成本更低6） 预紧随时可调7） 更长的使用寿命8） 一体式齿条导轨，全方位伺服系统2.2与当前国内外同类研究主要参数、效益、市场竞争力等的比较 国内桁架机械手厂家在借鉴国外做法的同时，分析国内外知名制造企业创新能力建设和促进企业持续发展的经验，结合我国制造业的发展现状和未来走向，敏捷灵活、厚积薄发、高效低耗、纳新永续为创新能力的提升方向，做到有的放矢，不断满足制造业发展和创新的要求;不断拓展开源创新、协同创新、集成创新、流程创新等创新方式的内涵，加以灵活组合和应用;倾力培育创新团队的急需人才，保障创新活动持续有效开展;选准着力点，强化创新投入，有效提升创新能力。2.1产业化应用情况及前景国家“十二五规划中将机器人及智能制造装备产业作为国家战略性新兴产业之一，工业和信息化部制定的《高端装备制造业“十二五”发展规划》中，将包括机器人在内的智能制造装备确定为发展重点，机器人产业将伴随第三次工业革命的到来，迎来黄金发展期，在引领传统装备制造业转型升级、促进“中国制造”向“中国智造”迈进中发挥重要作用。机器人将重新定位工业革命“中国以往‘人口红利’的优势正在趋于消失，这将使中国经济增长趋势出现一些新的变化。随着新一轮城市化浪潮的兴起，劳动力成本的提升不得不靠机器人来补充。因此国内对于机器人的消费潜力无可限量。”用机器人做出来的产品更加精准和标准化。相关研究报告显示，低端劳动力短缺和劳动力价格上涨是机器人产业增长的驱动力，尤其在生产节拍高的自动化生产线和恶劣的环境中，机器人能提供稳定的高效率与高质量产品。机器人早已不是人们简单理解的一种产品或技术工具，机器人改变的生产方式，不是单一的效率提高，而是带来制造业在制造模式、理念、技术多个层面的深层次变革。所以，由机器人技术、信息技术和数字制造带来的新工业革命正快步走来，它将改变全球制造业格局，而中国制造业格局也将重新定位。本项目研究的五轴五联动机器人在数控加工行业具有应用有非常大的需求，一旦推广应用开始，将使整个行业发生深层次的变革。2.2经济效益及社会效益 1，整机可满足24小时连续不间断生产，可一人同时操作多台机器同时运作，工作效率大大提高，整机成本约为2个成熟操作工一年的工资，客户投资回报率极高，由于整机设计采用模块化、标准化，针对不同的客户可快速匹配，易于实现批量化，整机生产周期短.2，桁架机器人重复定位精度高，保证了产品质量的稳定性3，当今社会人口老龄化加剧，招工难，使用桁架机器人从真正意义上解决了企业的用工难问题。4，把工段工艺比较难的，劳动生产力强度大的用机器人替代起来，真正意义上做到机器人换人的概念 桁架机械手与关节机器人的对比：桁架机械手关节机器人桁架机械手关节机器人工作空间①桁架机械手安装于设备上方，完全的空中作业形式，少量的占用工厂地面空间。②桁架机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产线的工作长度，容易实现多工序多加工方式的连接，可实现零件的完整自动化生产。③桁架机械手在一根横梁上可以装多个Z轴（带手爪的头），可适于加工节拍短的工作方式。④桁架机械手给机床上料绝大多为机床顶部，不占用机床正面空间或极少的占用正面空间。在加工时不停机，人员观察加工过程，调整刀具，甚至维修都非常方便。传统的关节机器人应用，是将机器人固定于地面，这样，就使得机器人的工作空间受限，只能在特定的空间范围内工作。机床的排列方式较固定，这种情况不适于加工节拍长，或工序多，设备数量多的生产现场。关节机器人轨迹为极坐标轨迹不适合长杆件的抓取。为适应多工序设备数量多的工作方式，关节机器人可以增加地轨，在地面行走但会增加换料时间。由于关节机器人给机床上下料使用的是机床的前面，有由于工作轨迹是极坐标，加工时工作区域是不能有人的，不能在加工时观察，调整刀具，更不能维修。承载能力①桁架机械手垂直提升零件，无悬伸，承载能力强。②桁架机械手采用重载横梁、重载导轨和重载滑块结构，最大承载重量可达3吨③桁架机械手手爪可采用多种方式，并可采用多种料道方式。①关节机器人在空间内抓取零件，悬伸越长，承载能力越差。②关节机器人随着抓取零件重量的增加，其承载能力也要相应的增强，但为保证其稳定的机械结构，价格会非常高。保证其稳定的机械结构，价格会非常高。 ③关节机器人抓取重量有限，手爪复杂会影响它的爪取重量，由于它的空间限制料道方式也会限制。工作精度（重复定位精度按负载100kg计）桁架机械手由于结构简单，重复定位精度±0.05mm，若采用高精密齿轮齿条，其精度可以更高。关节机器人的重复定位精度一般都在±0.2mm。载荷越大，精度也会越差。'