基于PLC的气动真空吸盘式工业机械手设计

2021-08-17

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。

  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。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。

  气动真空吸盘机械手结构

  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,机械手要达到以下要求:

  (1)分升降机构、横移机构、抓放机构三个机构;

  (2)升降机构设计:直线升降,采用滚珠丝杠传动,用直线光杆导向,上下升降速度最快50mm/s,升降行程范围0~1800mm,最大承载力1 000N;

  (3)横移机构设计:X、Y 两个方向横移,采用滚珠丝杠和同步带传动,移动速度最大50mm/s,移动行程范围0~3500mm,最大承载力1 000N;

  (4)抓放机构设计:采用气动方式进行工件的抓放,总最大吸附力250N。

  总体结构

  该工业机械手由支架、手臂和手爪组成,4 个自由度分别为:X、Y、Z 三个方向的移动和Z 轴旋转, 为设计的机械手总体结构图。总体设计思想为:X、Y、Z 三个方向采用伺服电机驱动,通过丝杠、同步带、轮系等机械机构进行间接传动,末端执行器为气动吸盘手爪,可通过改变吸盘位置实现不同形状工件的抓放。

  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。