文 献 综 述

1.课题研究的背景和意义

随着机械产业对齿条需求的逐渐增多，为了提升企业的竞争能力并满足市场需求，齿条生产企业急切希望提高生产力，这种情况下自动化生产成为提高生产力的首选，要实现自动化生产，如何自动搬运是主要的问题，这里的搬运设备根据其特点被称为桁架机械手，是工业机器人的一种。在多年的发展过程中，桁架机械手已经广泛应用于汽车加工生产、码垛、机械制造、化工、数码电子等行业中，特别是在高温、高压、粉尘等不利于人类健康的环境下，尤其需要使用桁架机械手代替人类工作。在这样的背景下，很多国家意识到了桁架机械手的存在价值，并加大了人力财力的投入来进行研制开发，目前在国外已经有负载可达的桁架机械手被研制开发出来。但在齿条这种质量比较大的中大型工件的重载搬运需求时，国内传统的桁架机械手不可能达到要求，只能使用国外机械手，但成本很高。所以，研究可承受重载荷的桁架机械手尤其是稳定可靠、控制简单、运行迅速的桁架机械手十分有必要。

2.桁架机械手的结构和工作原理

桁架机械手由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。直角坐标型机械手其主体部分通常采用龙门式结构，由y向横梁与导轨、z向滑枕、十字滑座、立柱、过渡连接板和基座等部分组成，z向的直线运动皆为交流伺服电动机通过蜗轮减速器驱动齿轮与y向横梁、z向滑枕上固定的齿条作滚动， 驱动移动部件沿导轨快速运动。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（各种传感器，按钮等）信号的分析处理，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，以此实现一整套的全自动作业流程。桁架式机械手由于传动精度高、结构简单、载荷大、稳定性好，性价比高，操作简单，被广泛用于齿轮齿条加工、汽车装配线、缸体等生产线。

3.国外桁架机械手的研究状况

在发达国家工业体系中的机床制造商目前十分看重由高速加工中心和桁架机械手组成的敏捷柔性生产系统，通过桁架机械手在高空中输送零件，把被加工零件从一台机床输送到另一台机床上，这种桁架机械手兼有工序间运输和自动上下料等辅助功能。有输送快捷、精准、柔性，结构相对简捷，便于组合等优点。工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的,始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。日本是工业机械手发展最快运用最多的国家。德国BAHR公司是世界著名的机器人供应商之一，能够生产多种规格的的桁架机械手，BAHR的桁架机械手负载范围大，速度快，但定位精度不高。德国米勒万佳顿公司开发出的冲床上下料桁架机械手，其输送效率非常高，而且结构也简单。美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimate-Vic-arm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于输送零件,定位误差可达到1mm。ABB 公司生产的 IRB120 型六自由度工业机器人，其工具中心点（TCP）的最大速度达 6.2m/s, 最大加速度 28m/, 重复定位精度#177;0.01mm。

4.国内桁架机械手的发展概况

我国工业机械手的研究与开发起步较晚，比欧美要晚 30年左右，起步于上世纪 70 年代， 1972 年我国第一台机械手在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机械手。国内机械手的应用大多在汽车产业在齿轮行业并不成熟。桁架机械手在柔性加工自动线的技术水平和档次较国外的差距还很明显，国外采用桁架机械手输送的柔性加工自动线较为普遍，而国内却为数不多，国内目前机械市场所采用的带桁架机械手输送的柔性加工自动线大多从国外进口。如无锡柴油发动机厂的缸体缸盖柔性加工自动线由德国GROB公司总承包，输送采用空中桁架机械手和机动滚道自动线输送。大连机床集团生产的DKX017缸体加工柔性自动线。加工两种缸体，分别为四缸和六缸，其输送采用空中桁架机械手和自动线两端为机动滚道等形式。桁架机械手两个，一个上料，一个下料。它的成功，标志着我国国产由桁架机输送的柔性加工自动线开始向国际水准迈进。如今，国内巨一等一些桁架机械手生产厂家的涌出，为国产柔性加工自动线带来了希望，进一步缩小了与国外在生产桁架机械手方面的差距。2008年国家知识产权公布了两项发明专利：自动上下料机械手和全自动送料数控机械手表现了国内对于机械手的重视性。常州金石有限公司的D系列机器人属于重型桁架机器人系列，最大负载能力超过4吨，重复定位精度在#177;0.03mm到#177;0.1mm之间，已经达到了国外桁架机械手的重复精度标准。

5.小结