激光切割上下料桁架机械手作为工业自动化领域的核心设备，其工作过程融合了精密机械设计、多轴运动控制与智能感知技术，形成了一套完整的自动化闭环系统。其核心功能在于通过机械结构与控制系统的协同，实现激光切割生产线上料、切割、下料的全流程无人化操作。

机械结构与运动基础

桁架机械手以直角坐标系（X、Y、Z）为运动框架，通过桁架式结构将横梁、立柱与导轨集成，形成高刚性的支撑平台。X轴通常沿地面轨道延伸，覆盖整个加工区域；Y轴垂直于X轴，提供垂直方向的升降运动；Z轴则安装于横梁上，实现水平方向的横向移动。部分机型还配备旋转轴（R轴），用于调整工件姿态，满足异形工件的加工需求。

运动执行机构由伺服电机驱动，通过齿轮齿条或滚珠丝杠传动，将旋转运动转化为直线运动。伺服电机采用闭环控制，结合编码器反馈，实现±0.02mm的定位精度与毫秒级响应速度。例如，在Z轴升降过程中，电机通过减速器降低转速、提升扭矩，确保重型工件搬运时的稳定性；而X轴水平移动则通过优化加速度曲线，避免因惯性导致工件滑落。

控制系统与逻辑流程

机械手的控制核心为工业控制器，其通过接收上位机指令与传感器反馈，动态调整运动参数。工作流程可分为以下阶段：

1. 初始定位与状态确认

   
   

   机械手复位至原点位置，等待激光切割机发送工位就绪信号。此时，视觉系统启动，对物料堆垛进行三维扫描，识别工件类型、尺寸及位置偏差。若工件存在倾斜或堆叠，系统通过算法计算最优抓取点，并调整机械手姿态以适应非标工况。

2. 上料执行

   
   

   根据视觉反馈数据，机械手沿X轴移动至物料上方，Z轴下降至抓取高度。抓手类型根据工件特性动态切换：对于金属板材，采用电磁铁吸附；对于异形工件，则切换为气动夹爪或多指灵巧手。抓取过程中，力传感器实时监测夹持力，防止因过度挤压导致工件变形。上料完成后，机械手将工件搬运至激光切割机工作台，通过定位销或真空吸附固定，确保切割精度。

3. 切割过程监控

   
   

   工件就位后，机械手退至安全区域，激光切割机启动加工。此时，机械手进入待机状态，但控制系统持续监测切割进度与设备状态。若切割过程中发生异常，系统立即暂停加工，并触发报警机制，等待人工干预。

4. 下料与成品处理

   
   

   切割完成后，机械手重新进入工作区，通过视觉系统识别成品与废料位置。对于成品，机械手将其搬运至成品运输线；废料则转移至废料箱，实现自动分离。下料过程中，系统根据成品尺寸调整抓手开合尺寸，避免划伤表面。若成品需进一步加工，机械手可将其搬运至后续工位，形成连续化生产线。

感知与安全机制

为确保运行稳定性，机械手集成多类传感器：

• 位置传感器：通过编码器或激光测距仪实时反馈轴位置，防止超程或碰撞；

• 力传感器：监测抓取力与接触压力，避免工件损坏或抓手打滑；

• 视觉传感器：用于工件识别、定位与缺陷检测，提升上下料精度；

• 安全光幕：在机械手运动范围内形成防护区域，当人员或障碍物进入时，立即触发急停。

此外，系统采用双回路供电与气源备份设计，即使意外断电或断气，机械手仍能通过刹车装置保持当前位置，防止工件坠落或设备损坏。

协同与扩展性

桁架机械手通过工业互联网协议与激光切割机、AGV小车、立体料库等设备互联，实现生产数据的实时共享。例如，当料库缺料时，系统自动向WMS仓储管理系统发送补料请求；当切割程序变更时，机械手动态调整抓取策略以适应新工件尺寸。其模块化设计支持按需扩展轴数或抓手类型，满足不同生产场景的需求。