近些年，随着我国基础劳动力市场价格持续提升，自动化生产技术获得稳定的发展。数控机床设备市场销售环境以及部分中小规模机械生产加工制造企业，对自动化加工生产技术设备的需求数量持续增加。部分具备单一化的机械加工制造产品，或数量众多的简单化地成批次机械加工制造产品，对自动化加工生产技术设备的依赖程度持续提升。
在针对上述机械加工制造产品开展的生产加工制造过程中，对自动化技术设备形态的引入运用，能有效缩减经济成本投入，改善并提升生产加工技术环节的推进效率。桁架式机械手广泛应用于自动化生产线集成中，代替人工上下料，降低劳动力成本、提高生产效率和生产质量等。
桁架机械手
桁架机械手是一种建立在直角X，Y，Z三坐标系统基础上，对工件进行工位调整，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（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。
桁架机械手的结构组成
1.主体
桁架机械手的主体部分，多为龙门式结构，主要由基座、十字滑座、过渡连接板、z向滑枕、y向横梁、立柱以及导轨等组成。交流伺服电动机借助蜗轮减速器来驱动齿轮与z向滑枕、y向横梁上固定的齿条进行滑动，从而实现在z向上的直线运动，并驱动z向滑枕、十字滑座等质量较轻的移动部件沿着导轨进行快速运动。滑枕多为铝合金拉制型材，横梁多为方钢型材，将齿条、导轨安装在横梁上，通过导轨与滚轮的接触，使得桁架机械手悬挂在横梁上。
2.控制系统
对于桁架机械手来说，其控制核心主要通过各种工业控制器来得以实现，如单片机、运动控制或者是PLC等。借助控制器，对按钮、各种传感器等提供的输入信号进行分析处理，经过相应逻辑判断之后，对指示灯、电动驱动器或继电器等各种输出元件下达执行命令，使桁架机械手完成X轴、Y轴、Z轴的联合运动，从而实现一整套作业流程的全自动化。控制系统的有效运算，是实现桁架机械手高效运行的重要前提。
驱动部件
3.驱动系统
桁架机械手的各部分，均设有执行机构，可以是手指，也可以是手臂，主要负责确定物料的抓取角度、装夹物料。同时，也要具备驱动机构，来带动分结构的运动，目前桁架机械手的常见驱动方式主要包括电动式驱动、气动式驱动、液压式驱动等多种方式。
直线运动组件
桁架结构
机床上使用的桁架机械手对其可靠性，效率等要求较高。桁架机械手主要由立柱部件，横梁部件，驱动部件，直线运动部件，润滑部件，控制部件等部分组成。
1.立柱组件
立柱组件主要是对整个结构起到一个支撑的作用，确保整个桁架不论在什么工况下都可以稳定工作，并且不发生振动和噪声，一般的单机自动化设备都是使用双立柱结构作为支撑。像一些小一点的工件或者安装和使用空间受到限制的地方，也可以使用单立柱结构作为支撑。一般多机连线都是使用2n-1个立柱结构的方式用来固定。立柱结构主要使用钢结构，也存在一些特别的结构使用铝合金作为其制作材料。
2.横梁组件
横梁作为整个工件传输的通道，一般也使用钢或铝合金材料制作。一些小规格的零件则使用铝合金材料做成的立柱较多。但是对于大、中型结构的零件还是多采用钢结构作为主要制作材料。
钢结构材料其主要优点是刚性好，并且生产制作成本比较低。但铝合金横梁近年来也应用越来越广泛，主要优势在于其结构质量特别轻，方便安装与托运。刚性好，而且其外形美观，可以适用于大批量生产。虽然其优点突出，但其价格较高也是影响了其使用范围，其性价比并不是特别高。
3.驱动部件
桁架结构一般都使用伺服电机搭配齿轮减速箱或带传动的驱动方式，目前大多数的桁架速度在60-170m/min的速度下，所以使用一般的丝杠传动方式很难满足桁架部件的速度要求。但是大多数的生产商还是使用电机搭配齿轮齿条的工作方式，这样设计具有传动精度高等优点。一般传动精度可以达到0.06mm。
如果设备对传动精度的要求不是特别高，也可以使用同步带搭配伺服电机的方式，这种传动方式更适合应用在中小型设备上。其优点在于结构设计简单，使用维护方便，成本要求较低等优点。其精度一般可以达到0.09mm，但是也存在同步带断带等安全问题。
4.直线运动部件
桁架通常使用线性导轨或V形导轨系统。如果将直线导轨用作高于120m/min的高速桁架，则存在滑块脱落的风险。因此，在高速桁架领域中，近年来出现了V形导向系统，该系统取代了传统的线性导向器。新推出的V形导向系统比线性导向器具有更多优势。主要有以下几个方面：
（1）可以实现高线速度。它采用V型辊+V型导轨的驱动方式，V型辊在V型导轨上滚动，很容易实现高速传输，速度可以达到600M/min。
（2）具有很强的防尘能力。在传动过程中，V形轮中心的轴承不会直接接触导轨的表面。这样可以防止灰尘进入滚动体。此外，在传动过程中，V形轮会刮擦V形导轨以清除灰尘。
（3）为了减少组装的难度，V形导向系统通常使用对应于4个滑块的4组V形轮。V形轮和V形引导件之间的接触对应于球和线性引导件之间的接触。这大大降低了对安装基准面的要求。特别适合排长队的场合。
（4）维护成本低。如果在使用过程中损坏了V形轮，则可以在不拆卸导轨的情况下单独进行更换，从而节省了时间和精力。可以根据需要随时调整预紧力。始终确保桁架的平稳运行。
5.润滑部件
桁架机械手一般行程都比较长，而且速度较高。采用稀油润滑效果差，而且对环境污染大。通常都采用油脂润滑或者480号高粘度润滑油。用自动润滑泵定期对导轨进行润滑。
6.控制部件
桁架机械手臂成功与否的要点在于其可靠性。为了提高部件的可靠性并降低故障率，通常通过航空连接器连接电气部件。这样就可以防止焊接时，焊接不准确带来的稳定性影响。同时，系统需要采取安全措施，例如整个系统安装保险，限位设计，零位开关和零返回延迟开关。
机械手的原理
桁架机械手臂多以主体、控制系统、驱动系统三大部分组成，根据机械手臂的结构形式可以将其分布在平面直角坐标系上，控制桁架机械手臂在坐标系上进行移动。在这个过程中，主要通过龙门式结构进行设计，将整体结构分为z轴竖梁、y轴横梁、立柱、基座以及过度连接板几个部分。桁架机械手在z轴上的水平运动由伺服电动机进行控制，为了减轻自身质量，通常采用铝合金材质的导轨，以减少滑道摩擦力。
驱动系统
对机械机床桁架机械手臂的驱动方式主要分为两种，即移动性以及回转性。区别上述两种驱动方式主要是通过手指的方式进行区分，根据机械抓手夹持方式可以将其分成内外两种。
首先是气动驱动方式，这种方式是通过电磁阀实现对机械抓手的控制，再利用气流调节阀门对机械抓手的运动速度进行调节，此种驱动方式的成本较低，主要原因在于得到气体的成本较低。
电动驱动方式：由于机械机床在使用的过程中也需电力支承，而该驱动方式也需要利用电机对驱动系统进行供电，因此电动驱动方式是现阶段使用最为频繁的机械手臂驱动方式，其能够完全实现对手臂运行对速度的控制。
液压驱动方式：这种方式主要是通过液压系统对机械手臂进行控制，其最大的优势在于能够实现对运行位置的连续控制，传动时所表现出的刚度也较大。液压驱动方式一般以液压马达作为动力输出源，其内部驱动元件的特点以及使用位置如下表所示。
液压驱动系统内部元件特点及使用位置
桁架机械手的意义
1.采用高强度结构钢，整体强度高，不易振动摇晃。直线导轨和齿轮齿条运动机构，承载能力极强，刚性极佳。
2.安装调整要求低，相比于繁杂的关节机器人，结构设计便于人员理解、操作简单、维护方便。
3.便于维护，导轨如果有损伤，螺栓连接方式，更换方便。
4.可配置为全闭环系统，即会实时检测机械手控制系统发出指令和实际位置是否一致（如非全闭环、齿轮损坏等实际不移动不准确，而控制系统无法感知），Z轴检测到往下掉时可机械锁止，防止发生安全事故。
5.性价比高，相对于同等负重的关节机器人，桁架机械手的造价成本更低。
6.桁架机械手一般架在设备上方，不占用地面空间，更利于车间规划和作业的便利性。
参考资料
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