牛头型机械手可行性分析报告汇总.doc

项目可行性研究报告

项 目 代 号：
项 目 名 称：牛头型机械手SNHMX-XXXXWN
实 施 单 位：机器人事业部
项目责任人：郭宏宾

西安航天精密机电研究所机器人事业部
编制日期： 2014 年 12 月 XX日
目 录
1项目的意义和必要性
1.1 项目概述
1.2项目的必要性
1.3 项目建设的意义
2项目国内外发展现状及趋势
2.1项目国内外发展现状分析
2.2项目发展趋势分析
3项目技术方案
3.1 技术方案
3.2 关键技术及其解决方案
3.3主要研制人员
4项目市场前景及竞争优势分析
4.1项目市场前景分析
4.2项目竞争优势分析
5项目主要研发内容、研发周期及经费概算
5.1发展思路
5.2研发目标
5.3主要研发内容及研发周期
5.5经费概算
6项目风险评估及应对措施

1项目的意义和必要性
1.1 项目概述
目前航天赛能机械手共有49种型号，涵盖了注塑机械手行业的大部分机型，但缺少牛头型机械手。牛头型机械手具有三面开放特性，适合汽车件及家电外壳、物流栈板等大型件的取出。目前一些大企业的招标中包括牛头型机械手，如果缺少牛头型机械手，我们将失去某些大订单的竞标资格。
“牛头式”，顾名思义就是类似牛头刨床的结构。牛头式机械手的手臂组件和引拔梁直接连接在一起，引拔方向同时运动。手臂组件的正面及两个侧面没有阻挡，属开放式结构，适合汽车件及家电外壳、物流栈板等大型件的取出。长度、宽度较大的产品取出时不受影响，可以避免现有框架式结构的不足。当然牛头式机械手是不可能做成双臂满足三板模的要求。
引拔梁连同手臂同时运动强度好于框架式结构单侧悬臂运动，这样可以将引拔梁的位置进行调整，横跨于横走梁的中间，这样就可以将机械手整体起吊。

图1 牛头机型结构示意图

1.2项目的必要性
该项目的研制能购弥补我所现有机械手中在牛头型机械手中的空白，为我所机械手进军汽车件及家电外壳、物流栈板等大型件的取出打下基础，同时能够为我所争取更多的订单提供一定的前提保证。

1.3 项目建设的意义
该项目可认为是机械手相关产品发展的探索，如果此项目运行比较成功，除了为我所（厂）带来一定的利润外，还将为机械手产品线的扩展应用打下良好的基础。

2项目国内外发展现状及趋势
日系品牌的机械手厂家没有牛头型机械手，而欧系品牌、台湾品牌的机械手厂家都有牛头型机械手。目前国内和我们赛能品牌形成主要竞争力的有精锐、伟力、天行等厂家，而这些厂家都已有牛头机型；例如，精锐的SC系列、伟力的ECW系列、天行的TN系列。应用于400-4000T的各型塑料射出成型机，上下行程可达3000mm，最大荷重可达100Kg（含成品与治具）,取出时间1.5S，全循环时间12S，这些都是我们现有机型所无法达到和比拟的。应用于快速取出或是多样的取出应用，特別是长形状的产品如汽車保险杠、门饰条等，确实牛头机有很大的优势。

威猛一共有5个系列共11种型号的牛头型机械手：

表1
系列
紧凑型
单截中型
双截中型
大型
高速
型号
W821
W823
W831
W832
W833
W843
W853
W873
W821 UHS
W832 UHS
W833 UHS
横行距离MAX mm
4000
4000
5000
5000
5000
6000
6000
10000
4000
5000
5000
上下行程
mm
1200
（单截）
1200
（双截）
1400
1600
1800
2600
3000
3000
3600
1200
（单截）
1600
（单截）
1400
（双截）
引拔行程
mm
550
550
800
900
900
1200
1500
2000
2000
500
900
900
引拔行程MAX
mm
775
820
1025
1190
1290
1625
2040
2800
790
1190
1290
最大载荷
（含治具）kg
10
10
10
20
15
35
75
125
60
3
7
5
手臂材质
铝型材
铝型材
铝型材
铝型材
铝型材
铝型材
薄壁钢
薄壁钢
铝型材
铝型材
铝型材
手臂上下驱动方式
同步带
同步带
同步带
同步带
齿轮
齿条
齿轮
齿条
齿轮
齿条
齿轮
齿条
齿轮
齿条
齿轮
齿条
齿轮
齿条

精锐一共有2个系列共15种型号的牛头型机械手：
表2
系列
SC快速机
SC
型号
SC750G
SC950G
SC750W
SC950W
SC900
SC1100
SC1300
SC900D
SC1100D
SC1300D
SC1500D
SC1700D
SC2000D
SC2500D
SC3000D
横走行程mm
1020
1200
1020
1200
1710
1950
2130
1710
1950
2130
2190
2310
2490
3010
3010
上下行程mm
750
950
750
950
900
1100
1300
900
1100
1300
1500
1700
2000
2500
3025
引拔行程mm
352
470
352
472
360
480
600
360
480
600
950
1190
1430
1550
1970
最大载荷
（含治具）kg
3
3
3
3
12
12
12
12
12
12
30
30
30
50
50
手臂
结构形式
单截
夹具
单截
夹具
单截
倒角
单截
倒角
单截
倒角
单截
倒角
单截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角
双截
倒角

2.2项目发展趋势分析
本项目运作成功的话不仅可以给所（厂）带来一定的利润，而且也为机械手产品的发展打下良好的基础。

3项目技术方案
3.1 技术方案
⑴结构设计
充分体现模块化设计理念，手臂组件、引拔部件、横走部件、气路箱组件、电控箱组件、以及线缆传输组件均可单独分块装配，易于规模化生产也便于售后服务。
⑵电气设计
在原有PLC控制系统基础上，根据用户反馈信息进行完善设计，使系统更为可靠稳定，操作简便。

3.2 关键技术及其解决方案
3.2.1 基体支撑部件的设计
1、现有大型机结构分析
横走部分采用型钢结构，双直线导轨，高质量齿条传动；高刚性、高速度、精确定位。
引拔部分采用双梁式框架结构，优质的铝合金型材加高质量的直线导轨，满足高度精确定位的要求。
主臂部分采用双截倍速结构，高刚度、高强度的铝合金型材和优质的直线导轨，使得取件快速、稳定、可靠。

图2 现有结构示意图

2、现有结构特点
现有结构特点体现在引拔部分。引拔部分采用的是双框架式结构，优点是可以搭载副臂应对三板模的成品取出；而副臂在满足水口取出时，可以配置伺服电机或气缸以满足不同要求。
而不足之处在于手臂组件必须装配于引拔梁的框架之内，也就是说手臂的正面以及两个侧面都有引拔梁阻挡，这种情况下，框架式结构的机械手在取长度和宽度尺寸较大的零件时就会受到一定的限制。比如：长度较大的产品在模内取出时，必须距离引拔梁一定的距离（大于产品长度的一半）才可以在模内旋转；如果取出的零件在宽度和厚度方向的尺寸较大时，产品取出时会受到安全门及引拔梁的限制。另外框架式机械手的引拔部分也是单侧悬臂梁不适宜取重量过大的零件，而且引拔梁始终旋与横梁的一侧，包装运输时必须将引拔部件和横走部件拆开分别包装。
根据在特殊应用中现有大型机的不足，我们设计了牛头型机械手的具体方案如下：
1、手臂组件
手臂组件可沿用目前大型机的结构双截倍速形式，去掉现有大型机周围的框架，如图3所示。

图3 手臂组件
2.引拔梁及引拔部件
引拔梁直接与手臂组件通过两旁板相连，如图4所示。
手臂组件
引拔梁
手臂上下电机
旁板

图4 引拔梁与手臂组件
3、横走部件
横走部件可沿用现有大型机的横走部件，如图5所示。
横走电机
横梁

图5 横走部件

4、整体结构
整体结构如图6所示，所有传动部件采用斜齿轮传动，增加润滑系统。

图6 整体结构

3.2.2 传动系统设计
伺服系列机型传动系统，横行部件采用同步带传动、手臂上下及引拔前后采用齿轮齿条传动。

3.2.3气路设计
气路元器件全部采用日本SMC品牌，保证了机械手长寿命运行。气压驱动系统包括气源处理、气缸、电磁阀、真空发生器和调速元件。
气路入口设置过滤减压阀以控制气压，净化气源；夹具气缸用于实现机械手的夹、放等基本取物动作；调速阀用于调节气流速度，以实现对动作频率的控制；电磁阀分别用于各执行元件的动作控制。

3.2.4 控制系统设计
控制系统依旧采用PLC控制。由于目前系统较为成熟且经用户使用验证，考虑在不增加投入情况下使现有系统更加稳定可靠。
硬件部分：
1）采用模块化设计，自行设计通用接口，方便产品的升级和改型；
2）电路板设计中尽可能采用贴片元件，减小电路板空间占有量；
3）加入了硬件保护功能模块，可靠性高；
4）人机界面外形采用定做的手操盒，内置键盘板、手控板和液晶显示模块，成本低廉，其外形小巧方便，易于操作。
软件设计流程根据液晶显示的菜单及人机互动的过程来进行。要完成的功能：
1）键盘扫描和键盘读取
2）液晶菜单显示
3）机械手动作控制
4）机械手状态检测
5）机械手急停处理
6）在线修改和保存工艺流程
7）自诊断和故障报警
8）安全性约束

3.3主要研制人员

表3
序号
姓名
职称
专业
1
郭宏宾
高工
结构设计
2
曹青梅
工程师
结构设计
3
符磊
助理工程师
结构设计
4
高峥
研究员
控制系统
5
师垚
助理工程师
电器设计

4项目市场前景及竞争优势分析
4.1项目市场前景分析
牛头型机械手是欧系品牌、台湾品牌专门针对汽车件及家电外壳、物流栈板等大型件开发的高端产品，手臂安装在引拔梁的末端，工作时手臂与引拔梁一体运动，取大件时可以避免与引拔梁碰撞，不用浪费额外的上下行程。基于牛头机相对我所现有大型机的种种优势，建议我所投入研制牛头型机械手，这将能够使得我所机械手进军汽车件及家电外壳、物流栈板等大型注塑件领域，增强我所机械手在市场上的竞争力。

4.2项目竞争优势分析
目前世界上生产注塑专用机械手的品牌主要有：欧美的威猛（奥地利）、库卡（德国）；日本的有信、哈模、星塔；中国台湾的精锐、天行；中国香港的富井；国产的有宁波伟力。
我们与国外的产品在性能及外观上都还有一定的差距，但我们有自身的优势：军工企业背景、有利的金融环境、有利的品牌形象、众多的人力资源、公众对科研院所的信任。
建议我们的产品定位为中高端产品。由于我们产品上第三方采购的元器件皆为世界一流厂商的高品质商品，只要我们合理使用，并充分发挥其功能与性能，再加上不断提高控制系统稳定性和可靠性，相信产品在性能上会有很大的提升，并占领一定市场。

5项目主要研发内容、研发周期及经费概算
5.1发展思路
为了能更好的建立起一条长线产品，以支撑民品产业的发展；同时注塑专用机械手经过几个批次的生产，基本拥有装配工艺流程控制的意识，产品质量和生产效率也逐步提升。初步具备了小批量生产能力，为规模化、产业化生产制造奠定基础。以现有机械手为基础充分调研目前市场中的主流牛头型机械手产品，以模块化为设计理念研制牛头型机械手SNHMX-XXXXWN，在该机械型成熟的基础上发展其他型号的牛头型机械手，以行程拥有主打标准机型、稳定成熟的货架产品。

5.2研发目标
产品技术状态稳定、性能可靠。

5.3主要研发内容及研发周期
表4
序号
任务阶段及名称
开始时间
完成时间
责任部门
责任人
完成形式
1
开发总历程
2014年12月5日
2015年10月1日
研发部
李汉舟
报告、实物、图纸
2
方案阶段
市场调研
2014年12月5日
2014年12月12日
市场部
曹义东
《市场调研报告》
机型确定
2014年12月15日
2014年12月17日
曹义东
《需求分析报告》
立项
2014年12月18日
2014年12月19日
产业化处、研发部
彭雅芳、郭宏宾
《立项申请书》
立项评审
2014年12月19日
2014年12月19日
彭雅芳、郭宏宾
《评审证明书》
产品策划
2014年12月22日
2014年12月26日
研发部
郭宏宾
《产品实现策划报告》
任务制定
2014年12月29日
2014年12月29日
机器人事业部
李风雷
《任务书》
输入资料确定
2014年12月30日
2014年12月30日
研发部
郭宏宾
设计输入资料
输入评审
2014年12月31日
2014年12月31日
郭宏宾
《设计输入评审证明书》
制定方案
2015年1月1日
2015年1月15日
郭宏宾
《方案论证报告》
方案确定
2015年1月16日
2015年1月16日
郭宏宾
《评审证明书》
技术说明
2015年1月19日
2015年1月23日
郭宏宾
《技术条件》
3
设计阶段
引拔图纸初步设计
2015年1月26日
2015年2月17日
曹青梅
图纸
横行图纸初步设计
2015年1月26日
2015年2月17日
符磊
图纸
电器图纸初步设计
2015年1月26日
2015年2月17日
师垚
图纸
控制系统
2015年1月26日
2015年2月17日
高峥
图纸、《调试说明》
工业设计
2015年1月26日
2015年2月17日
步云
图纸
审图
2015年2月26日
2015年3月1日
符磊、曹青梅、高峥、师垚
图纸
修订
2015年3月2日
2015年3月4日
符磊、曹青梅、高峥、师垚
图纸
审批、上传
2015年3月5日
2015年3月11日
郭宏宾
图纸
设计输出评审
2015年3月12日
2015年3月13日
郭宏宾
《设计输出评审证明书》
归档
2015年3月16日
2015年3月18日
符磊、曹青梅、高峥、师垚
图纸
4
外协加工、外购
技术交底
2015年3月18日
2015年3月19日
综合管理部
张强

加工
2015年3月18日
2015年4月30日
李富强
实物
外购
2015年3月18日
2015年4月30日
刘丽蓉
实物
5
装配调试
装配
2015年5月1日
2015年5月12日
制造部
杨晓春
实物
装配工艺制定
2015年5月12日
2015年5月17日
杨晓春
《工艺总方案》
调试
2015年5月18日
2015年5月21日
杨晓春
实物
6
实验
试验计划
2015年3月18日
2015年3月29日
研发部
郭宏宾
《试验大纲》
实施试验
2015年5月22日
2015年6月30日
郭宏宾
《试验报告》
7
再完善
样机评审
2015年7月1日
2015年7月1日
郭宏宾
《评审证明书》
再修改
2015年7月2日
2015年7月12日
符磊、曹青梅、高峥、师垚
图纸、文档
优化总结
2015年7月13日
2015年7月25日
郭宏宾
《研制总结报告》
资料归档
2015年7月26日
2015年7月31日
郭宏宾
图纸、文档
8
用户验证
所内用户验证
2015年8月1日
2015年9月1日
研发部
郭宏宾
《所内注塑机机械手使用履历表》
所外用户验证
2015年9月2日
2015年10月1日
市场部
曹义东
《用户验证意见》

5.5经费概算

成本费用预算
1
外部采购
10万
2
外协加工
8万
3
安装调试
5万
4
调研、差旅、专家指导
9万
5
不可预见费用
5万
6
设备费
8万
7
合计
45万

6项目风险评估及应对措施
1）、技术方面
由于牛头型机械手为我所从零开始研制，存在很多未知的技术难题与盲点，如前期方案可能有考虑不到的地方，这会给整个项目带来很大的风险。需要前期的试验尽量做的充分，以将方案实施中带来的损失降到最低。
2）、市场方面
现在有竞争对手加入，已经进行过试机，会给我们进入客户现场带来一定的风险。我们需要有市场人员进一步和客户取得联系和建立良好的关系，必要时可以请客户来参观以增强信心，稳固市场。
3）、生产方面
外协件的加工，外购件的采购其周期要求按节点完成，否则会给项目的完成带来一定的风险。前期试验外协件可以加工可以适当简化，外购件也可以在试验阶段采用价格低廉的产品。