多轴复合桁架机器人的开发和应用

文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2017-03-13
《中国制造2025》背景下,高档数控机床和机器人融合作为10大领域之一,受到重点关注。机床工具行业,工业机器人的应用迎来发展的黄金机遇期。两者的集成应用未来将大有作为。以数字化、网络化、智能化为核心特征的智能制造模式,正在成为产业发展和变革的重要方向。

《中国制造2025》背景下,高档数控机床和机器人融合作为10大领域之一,受到重点关注。机床工具行业,工业机器人的应用迎来发展的黄金机遇期。两者的集成应用未来将大有作为。以数字化、网络化、智能化为核心特征的智能制造模式,正在成为产业发展和变革的重要方向。未来10年,对数控机床与基础制造装备的需求将由中低档向高档转变、由单机向包括机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变、由数字化向智能化转变、由通用机床向量体裁衣的个性化机床转变,智能制造是新的需求热点。

巨能机器人公司在数控机床行业多年经验基础上,将工业机器人和数控机床结合起来,以“生产商+集成商”的角色,直接向最终客户提供自动化生产线、智能工厂整体解决方案。具备整机技术、集成应用技术、产业化应用的优秀条件。市场已经拥有合计近800条制造单元、自动化生产线、智能工厂。客户涉及汽车、摩托车、工程机械、电子、电器等多个行业。在细分领域行业内,巨能机器人有着自己的产品技术优势。

多工序复合大型生产线组线往往比较复杂,涉及工序、设备繁多,而不能够标准化生产,属于定制化产品,因此只能基于现状进行定制化设计,同时考虑成本的原因,必须以最优化的结构实现多工序复合大型生产线的技术要求。

图1 整线设计效果图

最新开发的多轴复合桁架机器人,可以充分实现工件的智能识别、自动抓取、上下料、工件的翻转和转序等工艺流程。满足快速、大批量等人工无法实现的工艺要求,极大的节约了人工成本,提高了劳动生产效率。9轴桁架关节复合机器人组成生产线,可以对工件的姿态进行准确校正,桁架复合关节轴,满足卧式加工中心的上下料,降低机器人的高度和整体占地面积,也提高了稳定性和效率。

多轴复合桁架机器人已在广东文灿压铸股份有限公司等重点客户的自动化生产线中进行了运行应用。在研发前期,结合客户实际生产,针对变速箱壳体的卧式加工中心组线,对比关节机器人倒挂,侧挂等多种方式,无论从占地面积以及方案的实际应用来看不如采用桁架复合关节轴的方式进行,于是决定进行开发桁架关节复合桁架机器人。在结构上融合桁架机器人和关节机器人的优势,设计九轴摆臂复合机器人,实现多工序工件上下料精确校正定位功能;还能实现多工序翻转工件,进行设计解决手腕装夹夹具;解决9轴控制的多轴联合运行的电气控制系统。为满足多工序加工,进行工件立卧装卡变换,工件溯源的设计。

图2 摆臂机构设计效果图

项目已经投入实际生产运行。新产品最突出的特点是:

1、桁架关节结构复合,摆臂四杆机构实现联动

将桁架关节复合9轴,采用摆臂式结构实现Y向运动,由于四杆机构的平行特性,手腕部分的姿态和Z轴保持平行,节约一个轴,大大简化了控制的难度,同时降低了腕部的负载。

2、采用谐波减速器和同步带结构,实现精确定位

使用同步带传动、空心谐波减速器实现了机械手末端的精确定位,大大降低了设计和制造难度,减小了机构的重量和体积。

3、封闭手腕机构和中空减速器,减少了腕部进水和电缆磨损

内部走线采用中空减速器,实现手腕部内部走线,有效的防止的线缆磨损。封闭式手腕机构,防止腕部进水损坏。零位刻度和回零销的设计实现快速校零。连杆机构优化传动路线,保持了较高的刚性。

4、集中系统9轴控制,实现生产线智能化

采用西门子控制系统,1个控制器控制5个通道9个轴的方式,在编程和机械手运行时,多通道运行互不干扰,工件可追溯功能可以保证产品和加工设备的对应,多轴联动以及手爪翻转同时动作。

针对卧式加工中心线多个工序工件中心偏差过大,部分序工件不露出自动门的特点,该机型机器人有两只抓取竖轴及手爪,含3个直线轴加6个旋转轴。每个手爪均能实现两个方向的旋转和两个方向的水平移动。手腕能够折叠、伸展,结构紧凑、覆盖范围大。该型手腕能满足卧式加工中心,立式加工中心夹具垂直放置或水平放置,以及工件不同的角度的上下料。

9轴复合机器人解决了平时上下料姿态变换干涉,Y轴较长的问题,两只竖梁分别能实现两个方向的旋转和一个方向的水平移动。手腕能够折叠、伸展,结构紧凑、覆盖范围大。在组建生产线的同时,通过融合物流系统、在线测量系统、MES管理软件形成具有一定智能化的数字化车间,结合客户现场信息化管理,自动化作为基础,进一步组建智慧工厂。

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