浅谈工业4.0自动化中的桁架机器人

齐玉军

沈阳禄禧机器人 辽宁沈阳 110000

1 工业4.0简介

提到工业自动化首先我们就会想到工业4．0，工业4．0最初是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。

2 目前中国的自动化

目前我们中国的工业自动化能实现完全自动化的工厂特别少，目前新松机器人在厂区内建设了一个无人化工厂，目前是中国自动化程度最高的工厂，但是只适用于试验，没有正式生产。目前正式生产的自动化程度高的企业是车企，比如辽宁沈阳的中德工业园里的宝马车厂，自动化程度能达到将近90%。一些经济发展的很多因素导致中国企业走向完全自动化还有很长的路要走[1]。

3 桁架机械手介绍

自动化非标设备是桁架机械手，桁架机械手最初起源是我们引进德国的桁架机械手的技术，最初是专门用在机床上下料的配套设备，基本结构是铝型材框架作为主体，齿轮齿条或者同步带作为传动部分，伺服电机作为驱动部分，直线轨道和光轴作为输送载体。这种设备的特点是工作区域大，价格低，工作节拍快，所以用他代替了很多其他的设备，代替了工业六轴机器人。

图1 铝型材模组种类

4 重载桁架机械手介绍

目前我主要做的桁架大多数都是重载桁架机械手，大多数都用在了钢厂和军工厂，还有一些重的产品加工产，目前实施过的有1．5吨负载的，对于重载的桁架机械手来说问题就很多了。手爪基体都是钢结构的，由于目前工业要求的工作范围也比较广泛，所以目前X轴长度也是比较长，出于成本运输和加工能力的考虑，我们超过7m的钢梁都基本采用分段加工并拼接，因为我们设备最后的精度都是±0．2mm左右的，所以拼接我们基本都采用法兰面对接后，由导轨和齿条的安装基准面去调整两根连接梁的对接点后配钻销孔定位。直线轨道也是分段拼接，拼接点拼接采用的是C型架子定位安装，齿条采用自制安装胎具压齿规进行安装[2]。

5 重载桁架机械手安装

首先要在地面进行单根模组的部装，每根模组由钢构基体和齿条加直线轨道组成，在地面每根模组装配完成后要把整根X轴模组调平调齐，调平调齐后要把每段连接梁的法兰面的定位销孔配好，然后把连接面的螺钉和顶丝都拧紧，这样把每根X轴都调好后，拆掉中间断梁的地方，准备组立整套桁架机械手。组立前，先要在地面进行划线找点，然后开始立立柱，在立立柱的同时要用激光水平仪对立柱的水平和垂直度进行监测，接着立好四个立柱，把横梁搭上，这样桁架机械手第一个C型框可以成型了，桁架就稳定了，这样继续安装下面的横梁，两段X梁都搭完后，要进行整体的调平，调平后把两根X梁连接法兰和立柱连接面都拧紧，然后人工拽Y梁从X梁一端拉到另一端，如没有卡滞顺畅的情况下继续进行装Z轴。如有卡滞需要重新调X轴的水平。由于Z轴负载太大，如果采用纯老思路来设计的话，Z轴的驱动电机，减速机，齿轮齿条都要选用很大的型号，成本会大大的增加，而且项目的安全性也存在很大的风险，所以要找到一种能配重减轻负担的产品（氮气液压平衡杠），选用的配重必须是不能有动力，Z轴向上向下的时候配重要一直有向上的拉力，而且考虑到项目的整体安全性，平衡杠在Z轴的一侧，另外一侧要配有防止平衡杠发生意外损坏后Z轴坠落的安全元器件，我们经常配用的是气动锁紧轴装置。因为行业的跨距，原来氮气平衡杠只应用过到机床上面，没有应用过到桁架机械手上面。有了这个应用，所有的重载桁架所面临的问题就可以迎刃而解了[3]。

6 结语

在工业 4． 0 的时代背景下，随着经济的发展， 我国的科学技术水平得到巨大的提升。在对工业机器人进行广泛应用的过程中，机器人的质量是一个重要的因素，其需要达到一定的科学技术水平，这是对科学技术的检验。在以后的发展过程中将不会再出现大量繁重的手工劳动，工业机器人将取代这一系列手工劳动，大幅度提升工作的效率。基于此，笔者认为，工业 4． 0 的时代背景的工业机器人中的桁架机器人将会受到社会的广泛欢迎，也会给人类带来更大的效益，对我国的发展是不可或缺的。