数控机床的帮手——桁架机械手到底有多复杂？

桁架机械手是一种非常简易的机械臂，它是建立在直角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，以此实现完整的全自动作业流程，可以代替人工完成最基础的上下料，运输等工作。如下

图所示，桁架机械手的基本组成。

机械手由结构框架、X轴组件、Y轴组件、Z轴组件、工装夹具以及控制柜六部分组成。其中：1、结构框架 主要由立柱等结构件组成，其作用是将各轴架空至一定高度，多

由铝型材或方管，矩形管，圆管等焊接件构成；2、X轴组件、Y轴组件、Z轴组件 三个运动组件为桁架机械手的核心组件，其定义规则遵循笛卡尔坐标系。各轴组件通常由

结构件、导向件、传动件、传感器检测元件以及机械限位组件等五部分组成。1）结构件通常由铝型材或方管，矩形管，槽钢，工字钢等结构组成，其作用是作为导向件、

传动件等组件的安装底座，同时也是机械手负载的主要承担者。2）导向件常用有直线导轨，v型滚轮导轨，U型滚轮导轨，方型导轨以及燕尾槽等常用导向结构，其具体运

用需根据实际使用工况以及定位精度决定。3）传动件通常有电动，气动，液压三种类型，其中电动有齿轮齿条结构，滚珠丝杠结构，同步带传动，链条传统以及钢丝绳传

动等。4）传感器检测元件通常两端采用行程开关作为电限位，当移动组件移动至两端限位开关处时，需要对机构进行锁死，防止其超程；此外还有原点传感器以及位置反

馈传感器。5）机械限位组其作用是在电限位行程之外的刚性限位，俗称死限位。3、工装夹具 根据工件形状大小材质等有不同形式，如：真空吸盘吸取，卡盘夹取，托取

或针式夹具插取等形式。4、控制柜 其相当于桁架机械手的大脑作用，通过工业控制器，采集各传感器或按钮的输入信号，来发送指令给个执行元件按既定动作去执行。

它的特点是，高效，稳定，高强度，高精度，性价比高，操作简单。

桁架机械臂各轴以极高的速度直线运行，可用伺服电机快速响应，定位精度可以达到0.02mm，相比关节机器人，其负载重量更大，制作成本更低，适合中国制造的基本国

情。并且基于直角坐标系，其运动参数简单，操作简易。

在成本上，2016年国产的功能简单的2轴4轴工业机器人还在十万左右，6轴的十五万左右一台，2018年工业机械臂已经靠近五万人民币。而现在，一台拥有全进口配件的机

械臂，五万不到就可以代替人工做高强度的工作了。根据我国十二五规划，要实现低工资标准年均成长13%以上，职工工资成长15%以上的目标，各种企业都会面临一笔

巨大的人工费用支出。所以在各个工业上，机器代替人工的趋势已经大势所趋了。