介紹自行研制的一種用于專用設備上的自動上、下料機械手，論述真空吸盤技術的應用、吸盤材料的選擇、吸力的計算、真空度、真空泵等的選擇，以及自動程序和機械手的自動化搬運過程。

　　近年來，隨著寶鈦股份有限公司生產規模的不斷擴大，引進了多臺進口先進設備。由真空吸盤成的搬運機械手在一組由意大利引進的板材砂光機自動上、下料機械手中得到應用。此搬運機械手占地空間小，搬運大面積的鈦板靈活可靠，整套裝置采用全自動操作，工作效率高。為了提高產品質量，擴大生產規模，同時針對原進口設備存在氣壓不足時吸盤脫開板料不暢等缺點，2006年初我們在原設備的基礎上，自行研制成功了由真空吸盤組成的搬運機械手。

1、機械手搬運鈦板材的規格

　　厚0.8～6 mm；長2000～3050 mm；寬900～1000 mm；最大質量85 kg。

2、機械手機械構造及其工作過程

　　真空系統主要由真空泵、真空吸盤、真空軟輸管、電磁換向閥、真空開關、真空過濾器等組成。吸盤支架主要由一個型鋼框架、兩根鋁型材以及安裝其上的兩排共16個真空吸盤組成。升降系統由電機、減速機、傳動鏈帶動吸盤支架實現上升和下降。機械手結構見圖1。

　　旋轉系統依靠立柱及底座上的電機、減速機、傳動齒輪帶動吸盤支架旋轉。

　　兩臺機械手分左、右一字排在主機一側。一臺機械手將鈦板從料架上提起，旋轉180°，放下，進入主機輥道；另一臺機械手從輥道上提起鈦板，旋轉180°，落下，將鈦板放在另一料架上，為主機上、下料的搬運。

1. 升降系統　2. 吸盤支架　3. 旋轉系統　4. 底座

圖1　機械手總裝配圖

3、真空吸盤的選擇計算

3.1、真空度的選擇

　　就搬運技術而言，采用低真空即可滿足要求。通常，低真空的壓力范圍為100 Pa～1標準大氣壓。對于搬運金屬與塑料等具有氣密性表面的材料，真空度通常在50000～80000Pa之間，若采用高于100Pa的中高真空則不甚經濟。由于吸盤吸附板料所需時間較長，同時考慮到安全因素，故選用抽氣流量較真空發生器大很多的真空泵。

3.2、真空吸盤的選擇

　　此設備首先須確定真空吸盤，經多方查詢，未找到合適的國產吸盤，國內一些廠家生產的吸盤只能用于吸附紙張、塑料薄膜等輕軟物品，故選用德國產真空吸盤。而材料選定為丁晴橡膠，主要考慮到其價格低廉，且適用于搬運平面較為光滑的工件。根據吸盤選用樣本，計算吸盤所承受的總力F：

F=m×(g+a/μ) ×s (1)

　　式中　F—理論最大吸力,N；m —鈦板質量,kg；g —重力加速度,m/s2；a —提升系統的加速度,m/s2；μ—摩擦系數,0.2～0.5；s —安全系數,1.5～2。

F = 85 ×(918 + 5/ 014) ×2 = 3791 N

　　對照樣本計算吸盤所能承受的力之大小，PFYN95型吸盤在真空度60kPa 時，單個吸盤所能承受的力為350 N，根據結構布局，選用16 個吸盤，總力為516 kN。

4、機械手自動控制程序

　　自動控制程序選用西門子公司生產的S7-200型程控器。機械手開始工作時，首先打開真空泵。上料過程如下：

　　(1) 吸盤支架帶動兩排吸盤快速下降，可調光電開關檢測到板料后，慢速下降至50mm，吸盤觸及板料，同時，吸盤支架觸碰限位開關；

　　(2) 兩位三通電磁閥開始動作，使吸盤接入真空，時間約1～2s，當真空開關檢測到真空值為60～80 kPa(吸盤樣本參數) 時，確認板料已被吸牢；

　　(3) 快速提升，觸碰第一個限位開關，吸盤轉為慢速運動，觸碰第二個限位開關(此時約提升200 mm)，到位停止；

　　(4) 快速旋轉，觸碰第一個限位開關，吸盤轉為慢速運動，觸碰第二個限位開關,到位(共轉180°)停止；

　　(5) 快速下降，觸碰第一個限位開關，吸盤轉為慢速運動，觸碰第二個限位開關,到位(約下降200mm)停止；

　　(6) 電磁換向閥換向，放大氣，吸盤從板料上脫開，落在主機輥道上，輥道上的光電開關發出信號；

　　(7) 吸盤支架帶動吸盤快速上升，慢速到位(約200 mm高)；

　　(8) 快速、慢速旋轉180°、停止。至此,一次自動上料動作完成。

　　編程可以實現循環重復上料，亦可由人工控制，單次自動隨機上料，亦或點動，使吸盤支架停在任意位置。在上升、下降、旋轉等限位開關的后位置，均裝有一個報警限位開關，作為防止到位停止失靈時的備用開關。

　　下料時，機械手的動作程序與上料時相類似，不同之處為起始位置是從主機輥道上取料，最終將料放在料架上。

5、結論

　　此搬動機械手的研制成功，節約了進口設備資金，并針對舊的進口設備進行改進，更加適用于生產實際情況。原進口設備上的兩位三通電磁換向閥有兩個工位，一位接真空，一位接壓縮空氣，需要設有儲氣罐及連接的輸氣管路，氣壓不足時會使吸盤脫開板料不暢。新研制的搬運機械手省去了儲氣罐及連接管路，直接排大氣，完全滿足生產要求，同時更便于設備的制造。

　　此搬運機械手的不足之處為：提升吸盤支架所選用的減速機機型扭矩不夠，不能頻繁點動吸盤支架上升、下降,需要間隔5～7s；若間隔時間過少，點動時抱閘將失靈。這些問題都有待于今后進一步改進。