摘要：本文主要介紹直角坐標機器人與關節式機器人相結合后新式六軸混合型機器人的特性，以及在實際機床上下料生產中的應用。
關鍵字：直角坐標機器人關節機器人混合型機器人機床上下料機器人

前言：現今在很多零件的數控加工過程中，要把第一工序加工完的零件先取下，然后以剛加工完面作為定位基準在同一工作臺的另一工裝上或另一加工中心上完成第二工序加工。通常要把零件翻轉和旋轉一定角度后，再平移裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個零件的全部加工。有時多個加工中心是在一字擺放，有時為省空間而面對面擺放或二種擺放的任意組合。有的加工用同一種機床，也有用不同類型機床完成整個零件的加工。這時零件從一個工裝到另一個工裝上裝卡時，必須被翻轉和旋轉。在被翻轉和旋轉的同時，其位置也要變化。這時傳統的方式是把一個六軸關節機器人安裝在大型直線運動軌道上。整個機器人系統或安裝在地面上或安裝在空中，占用大量空間，而且成本很高。所以沈陽萊茵機器人有限公司根據客戶實際需求定制研發出一系列新結構形式的六軸混合型機器人。這些新特性來自我們的經驗及認識，有其局限性，不充分，僅供朋友們學習參考，下面就結合兩個應用來介紹新結構形式的混合型六軸機器人。

一、混合型六軸機器人介紹

1、混合機器人的組成

如圖1所示六自由度混合機器人由基于直角坐標機器人的三個直線運動軸和關節機器人的末端三個轉動軸組成。三個直線運動軸分別定義為X軸，Y軸和Z軸，可以是圖1中懸臂式三軸直角坐標機器人，也可以是龍門式三軸直角坐標機器人。在Z軸下端的三個轉動軸是從上向下以此是旋轉軸A軸,擺動軸B軸和B軸末端再帶動一個旋轉軸C軸。通常C軸的末端裝機器人手爪。三個轉動軸可以選擇兩種結構形式，一軸是由圖1所示的三個伺服電機在一起，安裝在Z軸下端。令一種是三個伺服電機直接安裝在對應的減速機上，這樣運動位置精度更高。根據實際需要，混合型機器人的直線運動軸也可以是二維的XY軸結構或XZ軸結構，也可以是龍門式結構。其各個直線運動軸的行程及承載能力可以按要求去做。

圖1是一個典型的由懸臂式三維直角坐標機器人和三個旋轉軸組成的混合式六軸機器人。圖1中在最末端的旋轉軸上安裝有手抓。

2、混合型機器人的特點

1）超大工作空間

具有直角坐標機器人的大行程，大跨度的優點。比如拼裝后X軸可達到100m，Y軸20m；總之可以按要求組合成所需工作空間的大型機器人。

2）靈活的組合形式

混合型機器人的直線運動軸也可以是二維的XY軸結構或XZ軸結構，也可以是龍門式結構。根據每個直線運動軸的行程及承載能力還可以是多根組合來保證各個軸不變形，有足夠的強度。最末端的三個旋轉軸也可以選擇為兩個旋轉軸。總之混合型機器人完全可以設計成所以的結構形式及工作行程。

3）超大負載能力

直角坐標型的龍門框架結構，承載能力強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很多。抓取物體的能力主要受三個末端旋轉軸的限制。目前配合手爪后可以抓取的物體重量是：50公斤，100公斤和200公斤三種型號。

4）高定位精度

通常單根直線運動軸的重復定位精度0.05mm，而絲杠驅動型和精密齒輪齒條驅動型可達0.01mm，甚至更高。還可以加位置反饋信號，比如磁珊來提高定位精度。最后綜合精度取決于末端的三個旋轉軸。但最后末端的重復定位精度高于同類的關節機器人。

5）安裝調式簡單

混合型機器人是模塊化結構，在裝配廠全部預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。不需要非常專業人員調式，簡單安裝，調式和以后服務費用低。

6）控制系統相對簡單

混合型機器人是直角坐標和柱坐標的組合，不僅好理解，控制系統也簡單。編程方便，開發。不需要特殊的專用高檔控制系統。

7）后期維護費用低

不需要非常專業人員調式，簡單安裝，調式和后期維護費用低。而關節機器人的編程和操控必須由供應商通過專業培訓才能完成（廠家軟件編程費用300元/小時），而且特殊軟件需要收費。

8）性價比高：無論首次購買，還是后期服務費用都低于關節型機器人。

二、在排氣管加工中的應用

如圖2所示，在立加的一個工作臺上有兩個工裝，分別以不同的方位裝夾兩個排氣管。這樣在一個工作臺上就可以對排氣管的不同位置進行加工。難點在于要先把B工件取下，然后再把A工件取下后經兩個方向的旋轉放置到B工裝上。把從前一加工中心的排氣管抓取放置到工裝A上。這里另外一個難點是兩個排氣管四周的空間小，給上下料增加難度。

圖2：一個工作臺上帶有兩個完全不同方位的工裝

為了提高效率采用如圖3所示，用一臺六軸混合機器人給四臺立加全自動上下料。根據這些要求，沈陽萊茵機器人有限公司為其量體裁衣設計生產了兩套大行程大負載的6D混合式機器人。

圖3：一臺六自由度混合型機器人給四臺立加上下料

整套設備組成：

1、X軸：采用Roboworker品牌的一根加強型RSL300直線運動單元，齒輪齒條傳動，其有效行程12米。RSL300安裝到機器人支架上。
2、Y軸：采用X軸同樣的直線運動單元，其有效行程500mm。
3、Z軸：作為上下運動軸，它是一根獨立的RSL300直線運動單元，Z軸安裝到Y軸一端，隨XY同時水平運動，但可獨立上下運動，其有效行程1.4m，額定提升力300公斤。
4、3個旋轉軸：采用精密減速機和伺服電機，可以任意角度旋轉。
5、手爪：主要由Festo氣缸帶動手指運動。
6、下料傳送帶一條，上料工作臺一個，桁架和防護。
7、控制系統1臺；

三、從工裝A到工裝B的工作過程

本項目中最大的難點之一是如何把工裝A上的排氣管取下，經A軸和C軸的各自轉動及B軸的擺動后裝到工裝B上。這里還有考慮機床內部空間對手爪運動軌跡及空間的限制。

具體工作過程是先用手爪從A工裝抓取工件，然后順著A工裝方向取下排氣管。排氣管離開A工裝后，被按到B工位的方向。然后手爪按B工裝的導向柱把排氣管安裝到B工裝上。圖4給出了這一簡單過程。

圖4：左上圖表示從工裝A上抓住排氣管。右上圖表示把排氣管取下后升高及轉動。左下圖表示排氣管被調整到與工裝B要求的方向。右下圖表示把排氣管按55.8度方向裝到工裝B上。

四、結論

對于這類加工中心上下料任務采用傳統的直角坐標機器人是無法完成的。就算在Z軸上加兩個旋轉軸也沒法完成工件的方位變化。而采用軌道加關節式機器人可以完成這類任務，但其占地空間大，采購和維護成本非常高。而沈陽萊茵機器人有限公司開發的這張混合型六自由度機器人結合了直角坐標機器人和關節機器人的優點，非常適合這類上下料任務。此為混合型六軸機器人還非常適合冷沖上下料，大型零件的焊接和切割等復雜任務。目前我公司已開發幾款混合型直角坐標機器人，它們有非常廣闊的應用前期。