刘刚 李元庆

【摘要】本文介绍了桁架式上下料工业机器人的特点、作用及在数控加工中的应用。

【关键词】桁架式工业机器人

一、引言

随着人类社会科技的不断发展与进步，智能化机器人被运用到了制造行业。如今，中国制造总产量约占世界产量的25%，是名副其实的制造大国。改革以来，中国的经济得到了飞速发展，互联更是在中国落地开花，茁壮成长，尤其近10年的发展，使得中国在互联网智能化水平远超欧美等国家，尽管如此，国内的制造业智能化发展还是相对滞后，为改变中国相对落后的制造业，2015年，李克强总理在政府工作报告中首次提出了“中国制造2025”，到2025年我国将迈入到世界制造强国的行列。

二、研究的历史背景、目的及意义

工业机器人是一种多功能、多用途、具有人智能的机器，能够代替普通人完成与人体上肢动作相似的重复式机械类工作，从而大大减轻人们的劳动力成本，提高生产效率。在日益国际化的市场竞争中博得一席之地。工业机器人水平的高低已经成为衡量一个国家现代化工业制造水平的标准，所以，我国要想从一个制造大国变成一个制造强国，实现“十三五”规划的宏伟目标，在智能制造方面，不仅要在工业机器人的控制与设计上投入大量的研究，还要提升工业机器人基本件的生产制造水平。

桁架式工业机器人简称直角坐工业机器人，他们主要以直线运动为主，可根据不同的工作需求加装旋转部分，通常由X、Y、Z轴的三个方向转动，外加Z轴的旋转，便构成了机器人的基本运动形态，在此平台上再进行设计修改不同的运动元件，可以满足不同的自由度要求，从而完成相应的工作。如今，德国、日本等工业强国已经将以关节机器人作为主的自动化生产线广泛应用于汽车、电子以及工程机械等领域；桁架机器人作为一种高效、新型的长距离物料输送设备，国外已进行了比较全面的研究并且形成了比较成熟的系列产品。而在国内，绝大多数研究都集中在关节机器人上，而桁架式机器人却无人问津，国外有关技术相对成熟，且一直被垄断，中国要想不受制于人，打破技术封锁，在智能生产领域实现弯道超车，必将走自主研发道路。本文以机械加工零件为情景，用机器人代替人的相关工作，桁架式上、下料工业机器人是数控机床加工的辅助设备，负责将待加工零件放入数控机床的夹具中，并协助机床完成零件的定位与夹紧，待零件加工结束后，将成品放入传送带，运至仓库。其目的是为了整合零件加工的整个流程，完成工序与工序之间的智能化联结，从而构成柔性制造单元。所以，对桁架式机器人进行结构设计与优化，更符合现代工业生产需要，具有十分重要的意义。

三、工业机器人的发展

第一台工业机器人诞生距今已有40多年，当下各发达国家对工业机器人尤为重视，全力研究和发展工业机器人技术，并将其投入工业生产过程。目前，世界上工业机器人技术已经非常成熟，未来可能会作为一种标准化设备应用于各行各业。

（一）我国工业机器人的发展状况

我国工业机器人起步于上世纪70年初期，到今天为止，已广泛应用于各类工业生产当中，并在未来几年内其使用量仍呈上升趋势。回看历史，虽我国紧跟世界其他国家的脚步，但在近20年内也只是停留在研制阶段，直到21世纪在互联网的刺激下才得到迅猛发展，并在企业中广泛应用。

2013年，我国曾被称为世界上第一大机器人市场，2014年我国取得了机器人销量占全球市场25%的份额，这主要得益于我国进行的对供给侧产业结构的升级和改造，以及政府对该产业的大力扶植。市场前景如此之大，企业需求如此之强，而工业机器人研制与发展如此滞后，设备过多依赖于美日等国的进口，受制于人不如自主研发，应积极借鉴进口设备的优点，走适合中国市场的道路。

（二）工业机器人国外发展状况

工业机器人兴起于美国，许多美国的大公司，如通用电气和通用汽车等纷纷加入对工业机器人技术研究，而在之后的很长一段时间内，不断的改进与完善，推动当时美国发展更为先进成熟的工业机器人，从而奠定了其在工业强国的重要地位。日本作为一个工业强国，在工业机器人技术研究上也不甘落后，最初，日本的工业机器人几乎由美国进口，为解决日本当时工业生产力不足等问题，日本的工业机器人得到了飞快速发展并后来者居上，在工业生产及机器人制造业领域很快超过了美国，日本的工业机器人产品在国际市场上形成了较强的竞争力。

四、桁架式上、下料工业机器人在数控加工中的应用

桁架式工业机器人相较于关节式机器人在同等规格下具有成本低、载重大、行程远等特点，主要应用于上、下料搬运等机械生产过程。其可靠性高、机电一体化程度高、生产效率高，噪声低、加工尺寸分散小，具有便于调整和维修等特点，是各种机械加工、零件批量生产的理想设备。

1.桁架式工业机器人行程远。桁架式工业机器人可以安装在轨道上，而轨道通常安装在各个机床旁，连接不同工位。轨道上的机械手穿梭于机床与厂库之间，将毛坯件从厂库搬运到机床旁，通过机械手臂的伸展，将毛坯件放入夹具中，通常，机器人的行程理论上能够达到任意想要的长度，但考虑到机器人的工作效率，我们把行程控制在十米左右，通过增加工业机器人的数量也可以提高行程。可根据工作环境的不同合理安排机器人的行程长度。

2.桁架式工业机器人负载高。相较于关节式机器人，桁架式工业机器人能承受的载荷优势突出。这源于两者结构上的不同，关节式机器人通过控制关节间的旋转角度来改变两臂之间的位置关系，从而实现工业机器人手臂的抓举。而桁架式工业机器人是直上直下的运动方式，这种方式在承受载荷上更具优势。毕竟旋转机构比移动机构更灵活，更难保持原状。

3.桁架式工业机器人成本低，经济性好。我们知道，要想获得较高的扭矩，使机器人更具力量，减速器是他核心部件。关节式工业机器人需要高减速比的减速器，因此对减速器的要求更高，通常采用RV减速器，谐波减速器等，这些减速器成本高，并且无法替代。而桁架式机器人可以用最单的减速器，可操作性强，经济效益好。

虽然桁架式工业机器人有较多的优點，但并不代表他不是高精度仪器，要想达到更精准的使用效果，应对其进行正确操作便可以延长桁架机器人的使用寿命。现在实体行业的现状是，劳动力成本上升、产能过剩和市场需求的个性化、定制化。这些内、外部因素的变化，导致制造模式必须变革，所以工业4.0提出了一种新的制造体系。

五、结束语

桁架式上下料工业机器人具有负载高、可操作性强、成本低，经济效益好等优点，在我国工业领域得到了广泛应用。