七軸機器人和機械手在沖壓生產(chǎn)線中的比較

文/石海達,劉敬偉,劉俊鋒·上汽通用五菱汽車股份有限公司

七軸機器人和機械手在沖壓生產(chǎn)線中的比較

文/石海達,劉敬偉,劉俊鋒·上汽通用五菱汽車股份有限公司

沖壓生產(chǎn)線上的自動化搬運設(shè)備是決定生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)能的重要因素。正確分析各種自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、有針對性地選擇不同結(jié)構(gòu)類型的自動化設(shè)備，能夠使企業(yè)獲得最佳的經(jīng)濟效益，并使企業(yè)的沖壓自動化生產(chǎn)線更趨安全和高效。

在沖壓自動化生產(chǎn)中，不管是機器人還是機械手搬運設(shè)備都被統(tǒng)稱為自動化設(shè)備。最早投入沖壓生產(chǎn)線使用的自動化設(shè)備是六軸機器人，隨著各廠家對沖壓生產(chǎn)線節(jié)拍的要求日益提高，搬運速度更快的機械手開始逐漸嶄露頭角，但機械手存在價格高、設(shè)備穩(wěn)定性稍差的缺點，這樣又促進了七軸機器人的誕生。七軸機器人兼具機器人價格低和機械手速度高的優(yōu)點。

目前廣泛使用的機器人為六軸機器人，即該機器人總共有6個可動的旋轉(zhuǎn)軸。為了提高機器人的搬運速度，在第5軸和第6軸的關(guān)節(jié)上又添加了一個附加的第7軸，專門用于零件在壓力機間的高速搬運。七軸機器人有電氣七軸和機械七軸之分。機械手也是目前國內(nèi)企業(yè)使用比較廣泛的搬運設(shè)備，總共有4個轉(zhuǎn)動軸，在壓力機間來回擺動進行零件的搬運。

本文將就七軸機器人和機械手在性能參數(shù)、投資成本、安裝方式、可靠性、柔性、可操作性和可維修性等幾個主要方面進行描述和對比，希望能夠幫助企業(yè)在以后建造出性價比更高的沖壓生產(chǎn)線。下文所涉及的節(jié)拍均是凈節(jié)拍和理論值，生產(chǎn)線為斷續(xù)模式，機械手為單臂機械手，七軸機器人為電氣七軸機器人。

性能參數(shù)

性能參數(shù)是各生產(chǎn)企業(yè)在項目前期需要著重考慮的一個參數(shù)，因為它直接影響到前期的投資和后期的產(chǎn)能，進而影響整個工廠的運營和管理。在自動化設(shè)備的性能參數(shù)里主要有設(shè)備所能達到的節(jié)拍、柔性、運動軌跡、對壓力機的間距要求等，機械手與七軸機器人性能參數(shù)的對比如表1所示。

投資成本

依據(jù)筆者的工作經(jīng)驗，一條普通的國內(nèi)壓力機自動化生產(chǎn)線，一條機械手和一條七軸機器人生產(chǎn)線投資成本分別是2000萬元和1500萬元（該數(shù)據(jù)僅作為本文的參考對比，不作為實際項目投資的價格參考）。

安裝方式

自動化結(jié)構(gòu)確定下來后，接下來的事情就是現(xiàn)場安裝了。七軸機器人和機械手的現(xiàn)場安裝方式明顯不同，具體的對比如表2所示。

從表2中可以看出，就對地面的要求而言，機械手的適應(yīng)能力更強。且現(xiàn)在的廠房建造是為了方便設(shè)備的吊裝和后期的維護，建造較多的是鋼蓋板的地面。但在受壓力機振動影響方面，機器人的優(yōu)勢更大。因為機械手鋼梁與壓力機的立柱的連接幾乎是剛性連接，雖然中間有緩沖裝置，但緩沖效果有限，所以壓力機的振動和前后晃動對機械手的影響十分嚴重，在振動大時，肉眼即可清楚地看到機械手本體的晃動。

表1 機械手與七軸機器人性能參數(shù)對比

表2 機械手與七軸機器人的安裝方式對比

設(shè)備的可靠性

可靠性應(yīng)該說是設(shè)備最重要的參數(shù)之一。當設(shè)備可靠性無法保證時，投資成本、性能參數(shù)等都無足輕重了。

本公司的一個生產(chǎn)基地有兩條六軸機器人自動化線和一條機械手生產(chǎn)線。機械手生產(chǎn)線于2012年投入生產(chǎn)，兩條六軸機器人生產(chǎn)線分別于2006年和2009年投入生產(chǎn)。從使用情況來看，機器人設(shè)備的可靠性要遠高于機械手。機械手設(shè)備的停線指標每個月都超出規(guī)定，其故障率是六軸機器人的5～10倍。但筆者所在公司的另一個生產(chǎn)基地，機械手的可靠性又比較高，和機器人不相上下。

七軸機器人生產(chǎn)線在國內(nèi)還不多，所以無法客觀地對七軸機器人的可靠性做出確切評價。但可以肯定的是，六軸機器人是一個很成熟的產(chǎn)品，七軸是作為六軸的一個附加軸，如果有問題，最多也就是第七軸會有不穩(wěn)定的表現(xiàn)。

設(shè)備柔性

設(shè)備的柔性即自動化設(shè)備適應(yīng)現(xiàn)場的生產(chǎn)零件變動、壓力機設(shè)備安裝尺寸公差、模具的結(jié)構(gòu)變化等情況自動化設(shè)備所具有的應(yīng)變能力。鑒于七軸機器人和機械手二者的安裝方式和各自本身機械結(jié)構(gòu)、工作方式的限制，機械手的柔性遠低于七軸機器人。機械手在前、后壓力機間只能做往返的直線運動，對前、后壓力機的定位、模具的定位要求很高，要求前后壓力機的對中性為2mm，如果壓力機或模具錯誤精度大于2mm，機械手將無法準確取到料或者無法準確把料放到位。機器人則不存在這樣的問題，由于機器人前六軸的柔性化，可隨意調(diào)整機器人的姿態(tài)和取、放料的位置，無論壓力機或模具的錯誤是2mm還是2cm，都可以通過調(diào)整機器人的取、放料位置來適應(yīng)。

可操作性和可維修性

設(shè)備安裝好后，將交付業(yè)主使用。接下來面對的便是設(shè)備的操作和維修。對于設(shè)備的操作，主要體現(xiàn)在新零件的調(diào)試和日常的操作上。機器人和機械手的操作都是通過一個手持器式樣的設(shè)備進行操作，在各種模式下對設(shè)備進行單軸或多軸的聯(lián)動操作，使設(shè)備滿足操作者所需要的要求。從筆者使用體驗而言，可操作性上機器人和機械手是相同的。對于設(shè)備的維修，主要是維修人員對設(shè)備的維修簡便性及技術(shù)掌握上，七軸機器人和機械手在可維修性上各有優(yōu)劣，無法用統(tǒng)一的標準來衡量。

結(jié)束語

在中、小零件的生產(chǎn)領(lǐng)域，多工位壓力機的存在使得自動化設(shè)備可能無用武之地。無論是七軸機器人，還是各種各樣的機械手或多工位壓力機，企業(yè)在項目初期進行設(shè)備選用時，要結(jié)合自身零件的特點、現(xiàn)場安裝條件、投資成本等各種條件進行綜合考慮，最好的自動化設(shè)備就是最適合的設(shè)備。