桁架機械手用于新能源極卷自動搬運線研究

夏小明，李海濤

（深圳市高捷力科技有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著現代工業生產的不斷發展，桁架機械手的應用范圍也在擴大，結合行業加工設計的具體要求，要將桁架機械手和自動制造生產體系予以融合，進一步打造高效精準的工作管理模式。

1 桁架機械手的發展

最初針對機械手的研究源于美國，20世紀50年代，由機體安裝回轉長臂的機械手得以應用，設備頂部安裝了電磁塊結構，能有效對系統工序予以約束和管理。隨后，西方發達國家在原有基數基礎上，積極研發數控示教再現型機械手，并逐步開發球面坐標多用途機械手等。隨著科學技術的不斷發展和進步，桁架機械手也在全面優化，無論是裝配操作模式還是定位處理工作，都向著更加精簡的方向發展。

2 新能源極卷自動桁架機械手的結構及其原理分析

2.1 新能源極卷自動桁架機械手結構

主要包括主體結構單元、驅動系統單元、控制系統單元，在建立各個系統配合模式的同時，就能完成相關工作，以便于能形成較為合理的數據信息匯總模式。主要包括鋼構系統、桁架機械手模組、夾具模塊、視覺系統、安全防護系統等部分（圖1），配合安全門、料架托盤示意、AGV進出缺口圍欄就能建構完整的系統應用平臺，以保證具體作業的安全性和科學性，若是工作運輸任務量較大或者是慣性較大，此時伺服驅動電機利用動力驅動和制動就能合理管控剛度和強度參數，符合高精準性應用需求。

圖1 基本結構示意圖

2.2 桁架機械手原理

在桁架機械手實際應用環境中，結合桁架接收獲取的位移質量以及速度指令，就能完成相應改變和調控操作，配合光纖傳感器實現運行狀態的實時性測量。高速運行過程中，運動部件能在短時間內完成指定速度的輸出，應用分辨率絕對編碼器完成補充處理，在控制機械誤差的同時，還能進行誤差對運動精度產生影響的表現形式予以約束處理。

另外，結合桁架機械手質量水平和加工節拍等基礎信息就能建立相應的控制模式，主要是發揮編程應用單元，對執行任務進行處理，定位工作形狀和工程項目支承點夾取處理模式的同時，按照不同系列工作切換夾持和定位動作，有效滿足快速切換需求，最大程度上提高桁架機械手靈活性。

3 桁架機械手在新能源極卷自動上下料中的運用

近幾年，我國機床行業發展增速，技術水平也得以提升，尤其是柔性加工自動線技術水平得以全面優化，利用驅動伺服系統能實現多坐標復雜運動的實時性控制，在短時間內提高應用效率，準確完成運動位置的多元化管理。

3.1 系統關鍵參數

目前，單機/多聯機桁架機械手主要分為輕型、中型、重型3種基本類別。本文以輥壓極卷OHT機械系列為例。

（1）X軸，電機功率3kW、電機額定轉速2000r/min，導程240mm，減速比為15，速度能達到530mm/s，精度為0.5mm，為齒輪傳動。

（2）Y軸，電機功率2kW、電機額定轉速2000r/min，導程240mm，減速比為15，速度能達到530mm/s，精度為0.5mm，為齒輪傳動。

（3）Z軸，電機功率6.5kW、電機額定轉速1500r/min，導程240mm，減速比為20，速度能達到300mm/s，精度為0.2mm，為齒輪傳動。

（4）U軸，電機功率1kW、電機額定轉速1500r/min，減速比為50，配合兩級齒輪轉盤，速度能達到3r/min，精度為0.05mm，為夾具旋轉軸驅動。

（5）極卷（圖2），主要包括提升導向連接法蘭、R旋轉電機、R向轉動伺服系統、防塵滾動軸承、R向帶齒回轉支撐、對接識別系統、伺服拉料電機、鉤爪等。產品的外形及尺寸重量會對機械手搬運的專用夾具比較大得影響，桁架主體可實現XYR幾個方向的精確快速移動，但具體工件產品的夾持方式以及定位形式需依據特定搬運產品而定。在新能源卷料搬運移載工況中，主要通過內置伺服機構實現拉料、視覺對軸校正、圓形承載軸承載，配合光纖檢測快關等電器設備實現卷料的下料搬運流程。

圖2 極卷夾具

（6）供料裝置。見表1。

表1 不同供料裝置（料倉）結構

產品的外形及尺寸重量會對機械手搬運的專用夾具比較大得影響，同樣卷料供料裝置也會帶來整體桁架的結構的定位形式和對接方式，例如，緩存料架可通過固定定位校正對位；AGV和極卷立庫需要通過互通握手信號實現對位；物流線配合桁架機械手當前采用停線對接，未來發展桁架保持和物流線同速度運行方式完成卷料的取放，實現物流線不停線上下料，進一步提產品搬運效率。

桁架機械手主體可實現XYR幾個方向的精確快速移動（圖3），從桁架機械手應用角度出發，結構簡單、搬運迅速且可靠是非常關鍵的優勢作用，因此一般會應用在直線形式搬運過程中。與此同時，正是因為設備本身具有柔性輸送的特質，長距離變步距物料運輸中組合也較為合理。

圖3 桁架模組4軸驅動簡介

3.2 安全設計與控制

正是基于桁架機械手在自動制造生產線中應用的需求，要落實規范化設計和控制環節，保證其安全性和可靠性，避免隱患因素留存對設備后續作業產生的影響，維持可控化管理的同時，提升統籌管理效果。一方面，要開展安全門、到位校正（視覺+檢測）。首先，帶鎖安全門按照安全門和自動搬運系統互鎖處理模式完成工作，實現無人自動運行，有人停止運行，全閉環控制，絕對保證安全運行。其次，配置視覺攝像頭，以保證系統運行至對應位置后，視覺識別二次校正配合檢測開關，確保配對精確。最后，開展實時性到位檢測，利用Y軸前進方向二次校正信號。另一方面，要想從根本上提高安全運行質量，就要積極整合柔性運輸模式，真正意義上推進自動加工線自動化和智能化和諧發展的進程，利用信息流系統對生產過程予以安全管控，維持良好的運行效能，聯動物流控制計算機、單元控制計算機、數控機床、信息傳輸網絡單元等，形成統一的安全操作模式，共同作用下優化自動化制造生產線的整體水平。

3.3 設備維護措施分析

相較于人工作業，機械手能在較長周期范圍內重復動作，不僅能減少人工成本，還能優化生產效率。為了保證桁架機械手應用質量效果，要踐行規范化設備維護保養管控機制，從根本上發揮高科技自動生產設備的應用優勢，以便于工業制造等相關工作都能順利落實。

（1）安全關閉設備。在關閉能源供應狀態下，執行5個基礎安全關閉電源的流程，保證所有供應源均處于合理化供給控制狀態。首先，關閉總開關，實現桁架機械手全面關斷。其次，要檢查是否依舊存在電壓參數，并利用全面接地連接處理。最后，遮蓋臨近的帶電部件，待工作結束后按照相反的順序重新取消關斷過程。

（2）要對組件進行常規化維護管理，按照標準化流程開展部件的維護養護工作，避免日常維護管理不到位造成的影響，維持良好的應用處理模式，并且，要按照規定的流程和順序執行相關工作，嚴格遵守規定進行力矩擰緊作業。

（3）結束保養工作后要對整個桁架機械手進行檢查和管理，評估執行工作區域是否依舊保持接地連接狀態，并注重檢查各個零部件的緊固效果和通過性，以便于能完整執行相關工作，若是存在異物，則將其從工作區域移開，正確安裝防護措施。

（4）要按照規定要求清潔桁架組件，要依據每天的運行時間和具體使用的生產材料、使用環境情況判定清潔時間，必要時要進行組件的清潔并完成灰塵的吸附處理。

4 結語

總而言之，制造產業升級轉型發展背景下，桁架機械手的應用范圍也在擴大，要積極整合安全設計內容、設備維護措施以及關鍵參數處理等工作，為柔性加工自動化可持續發展奠定堅實基礎。