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W821W823W831W832W833W843W853W873W821 UHSW832 UHSW833 UHS横行距离MAX mm400040005000500050006000600010000400050005000上下行程mm1200（单截）1200（双截）14001600180026003000300036001200（单截）1600（单截）1400（双截）引拔行程mm5505508009009001200150020002000500900900引拔行程MAXmm77582010251190129016252040280079011901290最大载荷（含治具）kg1010102015357512560375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SC750GSC950GSC750WSC950WSC900SC1100SC1300SC900DSC1100DSC1300DSC1500DSC1700DSC2000DSC2500DSC3000D横走行程mm102012001020120017101950213017101950213021902310249030103010上下行程mm750950750950900110013009001100130015001700200025003025引拔行程mm3524703524723604806003604806009501190143015501970最大载荷（含治具）kg33331212121212123030305050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。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。