七轴机器人和机械手在冲压生产线中的比较

文/石海达,刘敬伟,刘俊锋·上汽通用五菱汽车股份有限公司

七轴机器人和机械手在冲压生产线中的比较

文/石海达,刘敬伟,刘俊锋·上汽通用五菱汽车股份有限公司

冲压生产线上的自动化搬运设备是决定生产节拍和产能的重要因素。正确分析各种自动化设备的结构特点、有针对性地选择不同结构类型的自动化设备，能够使企业获得最佳的经济效益，并使企业的冲压自动化生产线更趋安全和高效。

在冲压自动化生产中，不管是机器人还是机械手搬运设备都被统称为自动化设备。最早投入冲压生产线使用的自动化设备是六轴机器人，随着各厂家对冲压生产线节拍的要求日益提高，搬运速度更快的机械手开始逐渐崭露头角，但机械手存在价格高、设备稳定性稍差的缺点，这样又促进了七轴机器人的诞生。七轴机器人兼具机器人价格低和机械手速度高的优点。

目前广泛使用的机器人为六轴机器人，即该机器人总共有6个可动的旋转轴。为了提高机器人的搬运速度，在第5轴和第6轴的关节上又添加了一个附加的第7轴，专门用于零件在压力机间的高速搬运。七轴机器人有电气七轴和机械七轴之分。机械手也是目前国内企业使用比较广泛的搬运设备，总共有4个转动轴，在压力机间来回摆动进行零件的搬运。

本文将就七轴机器人和机械手在性能参数、投资成本、安装方式、可靠性、柔性、可操作性和可维修性等几个主要方面进行描述和对比，希望能够帮助企业在以后建造出性价比更高的冲压生产线。下文所涉及的节拍均是净节拍和理论值，生产线为断续模式，机械手为单臂机械手，七轴机器人为电气七轴机器人。

性能参数

性能参数是各生产企业在项目前期需要着重考虑的一个参数，因为它直接影响到前期的投资和后期的产能，进而影响整个工厂的运营和管理。在自动化设备的性能参数里主要有设备所能达到的节拍、柔性、运动轨迹、对压力机的间距要求等，机械手与七轴机器人性能参数的对比如表1所示。

投资成本

依据笔者的工作经验，一条普通的国内压力机自动化生产线，一条机械手和一条七轴机器人生产线投资成本分别是2000万元和1500万元（该数据仅作为本文的参考对比，不作为实际项目投资的价格参考）。

安装方式

自动化结构确定下来后，接下来的事情就是现场安装了。七轴机器人和机械手的现场安装方式明显不同，具体的对比如表2所示。

从表2中可以看出，就对地面的要求而言，机械手的适应能力更强。且现在的厂房建造是为了方便设备的吊装和后期的维护，建造较多的是钢盖板的地面。但在受压力机振动影响方面，机器人的优势更大。因为机械手钢梁与压力机的立柱的连接几乎是刚性连接，虽然中间有缓冲装置，但缓冲效果有限，所以压力机的振动和前后晃动对机械手的影响十分严重，在振动大时，肉眼即可清楚地看到机械手本体的晃动。

表1 机械手与七轴机器人性能参数对比

表2 机械手与七轴机器人的安装方式对比

设备的可靠性

可靠性应该说是设备最重要的参数之一。当设备可靠性无法保证时，投资成本、性能参数等都无足轻重了。

本公司的一个生产基地有两条六轴机器人自动化线和一条机械手生产线。机械手生产线于2012年投入生产，两条六轴机器人生产线分别于2006年和2009年投入生产。从使用情况来看，机器人设备的可靠性要远高于机械手。机械手设备的停线指标每个月都超出规定，其故障率是六轴机器人的5～10倍。但笔者所在公司的另一个生产基地，机械手的可靠性又比较高，和机器人不相上下。

七轴机器人生产线在国内还不多，所以无法客观地对七轴机器人的可靠性做出确切评价。但可以肯定的是，六轴机器人是一个很成熟的产品，七轴是作为六轴的一个附加轴，如果有问题，最多也就是第七轴会有不稳定的表现。

设备柔性

设备的柔性即自动化设备适应现场的生产零件变动、压力机设备安装尺寸公差、模具的结构变化等情况自动化设备所具有的应变能力。鉴于七轴机器人和机械手二者的安装方式和各自本身机械结构、工作方式的限制，机械手的柔性远低于七轴机器人。机械手在前、后压力机间只能做往返的直线运动，对前、后压力机的定位、模具的定位要求很高，要求前后压力机的对中性为2mm，如果压力机或模具错误精度大于2mm，机械手将无法准确取到料或者无法准确把料放到位。机器人则不存在这样的问题，由于机器人前六轴的柔性化，可随意调整机器人的姿态和取、放料的位置，无论压力机或模具的错误是2mm还是2cm，都可以通过调整机器人的取、放料位置来适应。

可操作性和可维修性

设备安装好后，将交付业主使用。接下来面对的便是设备的操作和维修。对于设备的操作，主要体现在新零件的调试和日常的操作上。机器人和机械手的操作都是通过一个手持器式样的设备进行操作，在各种模式下对设备进行单轴或多轴的联动操作，使设备满足操作者所需要的要求。从笔者使用体验而言，可操作性上机器人和机械手是相同的。对于设备的维修，主要是维修人员对设备的维修简便性及技术掌握上，七轴机器人和机械手在可维修性上各有优劣，无法用统一的标准来衡量。

结束语

在中、小零件的生产领域，多工位压力机的存在使得自动化设备可能无用武之地。无论是七轴机器人，还是各种各样的机械手或多工位压力机，企业在项目初期进行设备选用时，要结合自身零件的特点、现场安装条件、投资成本等各种条件进行综合考虑，最好的自动化设备就是最适合的设备。