浅谈桁架机械手对工厂自动化改造升级的意义

柏智超 李伶

摘 要：桁架机械手作为工业机器人的一种，由于其结构简单、成本投入相比偏低，产出明显，是未来工厂自动化升级改造的主要对象。

关键词：桁架机械手;工厂自动化;改造升级

桁架机械手是一种建立在空间笛卡尔直角坐标系系统基础上，对工件进行工位调整、搬运，或实现工件的轨迹运动等功能的全自动工业设备。其控制核心通过工业控制器（如：PLC，运动控制，单片机等）实现，通过控制器对各种输入信号（各种传感器，按钮等）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，根据实际工况及加工工艺调整机械手完成相应操作，以此实现一整套的全自动作业流程。【1】

机械手首先在美国开始研制，其在国外有较完善的运用。经过几十年的发展，现在世界知名的桁架机械手厂家有威猛机械手WITTMANN、库卡机械手KUKA、有信机械手Yushin、哈模机械手HARMO、星塔机械手STAR等厂家，这些厂家的机械手在专业领域有着丰厚的技术积累。目前，中国使用的工业机器人中 40%左右为桁架机器人，桁架机器人是中国工业机器人市场上销量最大的机器人类型。伴随着汽车领域近几年的热潮，桁架机器人必将迎来更大的市场机遇。

目前，中国制造业普遍处于供应链中下游，整体利润偏低，因此对成本变化比较敏感。面对成本增长，尤其是劳动力成本的快速上涨，越来越多的企业正在进行或考虑“机器换人”。但面对初期投入过大的问题，又有很多企业望而却步，投入桁架机械手会对自身产能有多大的提高，一次性投资这么多对企业有没有回报，多长时间有回报，这些都是企业带头人首先关注的事情。

以作者实际工作遇到的情况来举例说明，我公司承接某曲轴厂产线产能升级项目，原人工制造曲轴数量为每天60-70根，操作工8人，升级成桁架机械手自动搬运产线后，每天产量提高到140-150根，且机床操作工数量减少到4人，按华北地区来说，一个数控机床操作人员的平均月工资5000～6000元，如果使用300万左右的桁架机器人代替工人，按月薪5000元，一年6万计算，原单条产线人工费用为48万，升级为桁架机械手后人工费用减少为24万，由于产量翻倍，再加上地方政府政策扶持，2-3年左右可基本收回投资。

桁架机器人作为工业机器人的一类，自身同样具备工业机器人的优良特性：可以24小时连续工作，故障发生率低，精度高，容易维护，且易于管理。使用专业的桁架机械手能极大提高企业的劳动生产率，实现省力化的劳动作业。因此，“机器换人”对制造企业来说，尽管一次性投入较高，但就长远而言，企业成本节约效果明显，且极大缓解了制造企业面临的人员问题，从而提升企业的竞争力。

现如今桁架机械手在工厂生产的各方面发挥着至关紧要的作用，而未来桁架机械手必然会实现产品优化升级从而实现智能化、小型化和多样化的转变，这也是时代发展下对桁架机械手的要求决定的。

随着我国人口红利消失，劳动力人数进入下行通道，制造业工人成本持续增加。根据历史数据，机器人投资回收期强相关于机器人使用密度，密度越高，自动化渗透率越高。从国家统计局数据来看，生产工人年薪持续上涨。【2】

在社科院发布的《蓝皮书》指出我国在自2020年后十年劳动年龄人口将年均减少790万人，未来降幅将继续增加。预计2021年3C电子制造业机器人投资回收期将缩短到1年，自动化率持续提高。【2】

由此可见在不远的未来，桁架机器人等智能自动化设备将更多的出现在工厂中，甚至是千家万户。

参考文献：

[1]邱桂艳.桁架机械手电气与控制系统设计[D].沈陽：东北大学，2018.

[2]赵杰等.中国工业机器人产业发展特点[R].中国机器人产业发展白皮书（2020年）.中国机电一体化技术应用协会.2020：50-51.