以板材加工过程中用于板材搬运的机械手为研究对象，分析了该机械手的本体结构。机械手采用气动真空吸盘作为机械手的末端执行器，有4 个自由度。详细阐述了其末端执行器关键参数的设计计算。实践证明，该机械手能完成满足生产线的要求。

0、引言

　　随着工业生产规模的不断扩大，生产线的自动化水平须大力提高，特别是在高温、重载、大噪声等恶劣的工作环境中，人工操作劳动强度大，易发生安全事故^[1]。某公司的板材生产线上，板材经熔化后压铸成形，再进行粗切割， 切割后需把板材搬运到指定框架中。因工件重、形状大，所以人工搬运效率低，所需员工多，且易发生碰撞，影响板材的后续加工。所设计的工业机械手采用真空吸盘作为机械手的末端执行器， 利用真空吸附方式抓取工件，可自动搬运板材^[2]。

1、机械手结构

1.1、结构要求

　　该机械手的作用是将粗切割后的板材(约10kg)从工作台上搬运到堆放架内，要求叠放有序，不能碰撞。结构上要求能实现X、Y、Z 三个方向的移动，且Z 轴能旋转，结合实际生产线情况，真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为机械手要达到以下要求^[3]：

　　(1)分上升下降系统、横移系统、抓放系统几个系统; 　　(2)生降单位规划：虚线行驶生降，主要采用滚珠蜗杆传送，用虚线行驶光杆市场导向，内外生降车速速度快50mm/s，生降日程条件0～1 800mm，比较大承受力力1 000N; 　　(3)横移单位设计方案：X、Y 好几个走向横移，利用滚珠滚珠丝杆和微信同步带齿轮变速箱，运动时速明显50mm/s，运动行程安排标准0～3 500mm，明显牵引带力1 000N; 　　(4)抓放平台开发：选取气动平衡方式开展轴类的抓放，总比较大吸咐力250N。

1.2、总体结构

　　该实业厂家手由之架、胳膊和手爪成分，4 个恣意度分別为：X、Y、Z 五个趋势的转移和Z 轴飞速转动，图1 为规划的的厂家手总体布局布局结构类型图。总体布局布局规划的思想体系为：X、Y、Z 五个趋势分为步进驱使器微信同步电机驱使，完成梯形丝杆、微信同步带、轮系等厂家公司做好接间转动，尾部运行器为汽动吸盘手爪，可完成转变吸盘具体位置实行不相同款式工件的的抓放。

图1 机械厂手示意向图

1.3、传动过程

　　以把工件从位置1 搬运到位置2 为例， 机械手从原点位置开始，X 轴伺服电机运转带动装在输出轴上的同步带一起旋转， 经同步带传动带动与X 轴平行的轴旋转，从而驱动机械手工作平台在X 轴方向移动，紧接着Y 轴伺服电机运转带动机械手平台在Y 轴方向移动， 然后Z 轴伺服电机运转带动手爪下移从位置1 抓取工件;手爪上升沿X 方向后退，Y 轴伺服电机运转带动机械手平台在Y 轴方向移动到达位置2 上方，Z 轴伺服电机运转带动手爪下移放工件^[4]。

1.4、机械手参数

　　表1 为气动弹簧吸盘式工农业机械设备手的运作。 表1 机械设备制造手技术指标

2、吸附装置设计

2.1、真空吸盘原理

　　如图2 所示， 首先将真空吸盘通过接管与真空设备(如真空发生器等)接通，然后与待提升物如玻璃、纸张等接触，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压，从而将待提升物吸牢，即可开始搬送待提升物。当待提升物搬送到目的地时，平稳地充气进真空吸盘内，使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压， 真空吸盘就脱离待提升物， 从而完成了提升搬送重物的任务^[5]。

图2 吸盘作业的基本原理图

2.2、真空吸盘直径计算

　　被搬运物体的重量决定吸盘的大小和数量， 根据生产线作业要求，吸盘工作时为水平吊状态，吸盘直径参数的计算公式如下^[6]：

　　式中D - 吸盘的按理来说截面积，mm；m - 需吸轴类零件重量，kg；t - 人身安全指数(程度吊t≥4，垂直面吊t≥8)；p - 吸盘内的高压气度，MPa；n - 吸盘数据。

　　生产线上需搬运工件的重约100N， 吸盘工作时为水平吊，t 取4，真空度p 取0.06MPa，如单个吸盘吸附n取1，代入式(1)中计算，得：

D≥92.16mm 　　这是因为合理要选择的厚度宽度范围内在50mm 之内，综合考虑合理工件表面的外观，在需求还要的必要条件下，吸盘宽度应负概率小，故而新增吸盘用户n，取n=16，代入式(1)中计算，得： D′≥23.04mm 　　切合吸盘厚度准则取值表，取D=25mm。

2.3、真空吸盘提升力计算

　　依据吸盘发展力的统计工式：

　　式中W - 吸盘提高了力，N；T - 安全管理标准值(在取T 为1)；S - 吸股票盘面积，cm2。

　　以规格为D =10mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm 为例， 根据公式(2) 分别计算出它们在-400mmHg、-500mmHg 和-600mmHg 真空度下的提升力，计算结果如表2 所示。

表2 吸盘含量升高力(N)

　　实际情况下报告应用时，[W]=WT(3)式中[W]为许用优化力，只能根据技术值，平安性高结果一半取2.5，如今取D=25mm 的吸盘展开许用优化力的检则计算出的的，在真空度度更加低的情况下报告下(-400mmHg)，将表1中的结果26.7N 代入式(3)，计算出的的得[W]=10.68N。机手共16 个吸盘，总许用优化力为170.88N>100N，由此而知必得，在有保障平安性高的情况下报告下，构思计算出的的所得到数据源能保证优化待搬运工工件的。

3、结束语

　　通过对工业机械手本体机构的关键零部件进行设计计算， 并将该气动吸盘式工业机械手在实际生产线上进行调试运行后^[7]，证实机械手能对工件进行自动抓放动作，且在抓放过程中不发生碰撞，实践证明使用该机械手后，企业现场工作人员数量降低了50%，在降低了劳动力成本的同时提高了生产率。

参考价值文献

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　　 [3] 候博,阎明印,王世杰.芯片搬运机械手设计[J].机械设计与制造,2011,(10):35-36.

　　 [4] 张海英.基于PLC 的注塑机机械手控制系统设计[J].机械工程师,2011,(11):72-73.

　　 [5] 钟文,阎秋生,潘继生,等.圆片提升机的结构设计[J].机电工程技术,2011,40(7):60-62.

　　 [6] 张兴国,倪远征,张磊.禽蛋吸运分级机械手设计及研究[J].制造业自动化,2011,33(7):1-4.

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