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      復合式真空吸盤配夾爪抓取方式

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-10 15:17:57    瀏覽次數:38    評論:0
      導讀

      0 前言隨著企業生產自動化程度逐步提高,能夠極大提高生產效率,解放生產力的碼垛機器人應用越來越廣泛,與之配套的碼垛機器人末端抓取裝置也發展迅速,形成了多種類型[1]。但是現有抓取裝置多為剛性抓取式手爪,易損壞抓取物,且夾取位置受限,只能多面夾取側面或底面,這樣在被抓取物為不規則箱體時,則抓取困難,通用性

      0 前言

      隨著企業生產自動化程度逐步提高,能夠極大提高生產效率,解放生產力的碼垛機器人應用越來越廣泛,與之配套的碼垛機器人末端抓取裝置也發展迅速,形成了多種類型[1]。但是現有抓取裝置多為剛性抓取式手爪,易損壞抓取物,且夾取位置受限,只能多面夾取側面或底面,這樣在被抓取物為不規則箱體時,則抓取困難,通用性差[2]。同時,放置被抓取物的碼垛托盤多由人工擺放,或采用專用裝置自動放置,提高了生產成本,降低了轉運碼垛效率?;谏鲜銮闆r,深圳鼎達信設計了一種真空吸盤式多功能抓取裝置,不僅能抓取箱類、袋類包裝(包裝材質致密不透氣)、板材及桶類包裝,還可通過不更換抓取裝置實現自動碼放托盤,可以滿足現代企業生產的高效通用性需求。

      1 技術參數與方案設計

      常見的產品包裝形式主要有箱類包裝、袋類包裝以及桶類包裝[3],深圳鼎達信根據市場流通的常見包裝物情況,列出所設計多功能抓取裝置需適用的包裝物規格如表1所示。

      由于需碼放的包裝物品種多樣,單靠夾持或抓取方式無法滿足使用需求,且剛性接觸易損壞包裝物,因此所設計的多功能抓取裝置采用真空吸盤來吸取碼放包裝物。真空吸盤一般是由橡膠材料等軟性材料所制造,吸取或者放下不會對包裝物造成任何損傷[4]。此外不管被吸物體是什么材料做的,只要能密封,不漏氣,表面致密光滑,結構牢固可靠,均能使用,通用性很強,能夠滿足箱類、袋類、桶類以及板材的碼放需求[5]。真空吸盤所需的真空一般有以下兩種方式產生:一是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供,這需要一套獨立的真空設備,成本較高;二是由壓縮空氣通過真空發生器所產生的二次真空來提供,經濟方便[6]??紤]到一般自動化生產場所大都具有壓縮空氣,或在不具有壓縮空氣的情況下投資建立一套壓縮空氣發生裝置的成本較建立一套真空設備的成本更低,因此采取第2種方式產生真空,這只需要在多功能抓取裝置上配置一套由壓縮空氣發生真空的裝置。

      表1 包裝物規格

      對于托盤的碼放,我們可以利用托盤上的叉孔,通過勾爪插入托盤叉孔后的抓放動作來實現碼放托盤。但是,由于托盤尺寸相比于需碼放的包裝物來說一般較大,為了適應托盤尺寸,可將真空吸盤分區陣列,可一次性吸取多件包裝物。

      多功能抓取裝置作為碼垛機器人的末端執行件,是自動化碼垛系統的一部分。自動化碼垛系統能夠通過光電傳感器或視覺識別系統自動識別需碼垛物料的類型[7],并從控制器中調用相應程序驅動碼垛機器人及末端執行件對箱類包裝、袋類包裝以及桶類包裝采取相應動作。

      綜合上述分析,提出了一種綜合真空吸盤以及托盤勾爪抓取方案的多功能抓取裝置,此真空吸盤式多功能抓取裝置能夠滿足不更換末端執行件即可實現不同類型包裝物以及托盤的碼放需求。

      2 結構組成及工作原理

      在上述方案分析與設計的基礎上,對真空吸盤式多功能抓取裝置進行了詳細的結構設計,并采用Solidworks三維軟件建立了圖1所示的真空吸盤式多功能抓取裝置三維模型。

      圖1 真空吸盤式多功能抓取裝置三維模型

      1-安裝框架 2-托盤勾爪 3-托盤夾取動作氣缸 4-電磁閥組 5-壓力開關 6-TCVM真空發生器 7-NSD納米吸具吸盤組件 8-位置檢測氣缸 9-連接法蘭 10-托盤勾爪組件 11-MB波紋真空吸盤組件

      結合真空吸盤式多功能抓取裝置的三維結構圖對其結構組成及工作原理進行詳細說明。

      2.1 結構組成

      該真空吸盤式多功能抓取裝置主要由主體框架、真空系統及其附件、托盤夾取系統及其附件等組成。

      2.1.1 主體框架

      主體框架是由一組鋁型材通過角鋁連接件連接組成的十字形安裝框架,并通過連接法蘭可與碼垛機器人末端相連,使真空吸盤式多功能抓取裝置成為碼垛機器人末端執行器。

      2.1.2 真空系統及其附件

      真空吸盤式多功能抓取裝置設有兩組真空波紋吸盤吸取裝置,每組共有12個真空吸盤組件,均勻分布安裝在兩個吸盤組件安裝板上。吸盤組件安裝板通過連接板固定在主體框架上,其中連接板上面設有四組安裝孔,從而可以改變安裝位置以實現調節兩組真空波紋吸盤吸取裝置之間的距離,適應不同尺寸的包裝物。

      兩組真空波紋吸盤吸取裝置共分為3個區域控制(如圖2所示),相對應的真空發生及氣動控制裝置由3個真空發生器、3個壓力開關以及6個電磁閥組成,每個分區有8組吸盤組件,可根據待碼包裝物的尺寸選擇真空吸盤啟用區域。真空發生及氣動控制裝置安裝在主體框架上,真空發生器用于產生真空吸盤所需的負壓,壓力開關5用于真空系統泄漏時,確保真空系統的安全可靠工作[8]。當真空壓力設定尚未實現,開關處于關閉狀態;真空壓力達到設定值時,開關工作,表示吸盤表面密封良好,碼垛機器人可以動作[9]。電磁閥組控制真空吸盤吸放以及托盤夾取動作氣缸的動作。

      圖2 吸盤分區示意圖

      2.1.3 托盤夾取系統及其附件

      兩組托盤夾取裝置通過安裝板對稱安裝在主體框架上,每組托盤夾取裝置由一對托盤勾爪、一個曲柄軸、一個連接軸以及一個動作氣缸組成。動作氣缸的氣缸桿與曲柄軸連接,在電磁閥的控制下帶動曲柄軸轉動實現兩個托盤勾爪的勾取和放松動作。另外,4個托盤勾爪上各附有尼龍護套,以提高托盤勾爪抓取碼垛托盤時的摩擦力并防止損壞托盤。

      為了在抓取碼放托盤時保護真空吸盤不被托盤損壞,真空吸盤式多功能抓取裝置還設有托盤位置檢測裝置,由位置檢測氣缸、擋板組成。位置檢測氣缸內附磁石,外附感應開關,通過設置感應開關位置以保證碼垛托盤與真空吸盤之間存在安全距離。

      2.2 工作原理

      真空吸盤式多功能抓取裝置在工作前,可先根據待吸取物尺寸調節兩組真空波紋吸盤吸取裝置之間距離,再根據碼垛托盤尺寸,通過調節4個軸固定座以及4個脹緊套來調節托盤勾爪之間的距離。動作氣缸驅動4個托盤勾爪張開,待位置檢測氣缸確定托盤與真空吸盤距離合適時,動作氣缸驅動四個托盤勾爪夾取碼垛托盤,之后碼垛機器人將碼垛托盤放置在預設的碼垛區域,動作氣缸驅動托盤勾爪收回,以防止托盤勾爪影響吸取包裝物。

      在吸取待碼包裝物時,碼垛機器人帶動真空吸盤式多功能抓取裝置下移,使真空吸盤接觸待吸取物上表面并產生一定壓縮量,吸盤與待碼包裝物表面密封,此時真空發生器工作產生負壓。當壓力開關檢測氣動回路壓力達到預先設置值時,表明吸盤表面接觸密封良好,真空吸盤緊緊吸住待碼包裝物,碼垛機器人動作,將待碼包裝物轉運到碼垛托盤上并進行碼垛。通過控制電磁閥換向可使正壓氣源連通所有真空吸盤破壞真空,令真空吸盤式多功能抓取裝置放下被吸取物。往復動作即可實現產品轉運碼垛。

      3 氣動系統設計

      根據真空吸盤式多功能抓取裝置的工作原理可設計出如圖3所示的氣動系統原理圖。

      圖3 氣動系統原理圖

      真空吸盤式多功能抓取裝置氣動系統由兩部分組成,一是真空吸盤系統,二是動作氣缸系統。動作氣缸系統中,托盤勾爪動作氣缸的安裝位置可調,且托盤勾爪在勾起托盤時氣缸受力較小,故可綜合考慮缸徑及行程進行選型;托盤位置檢測氣缸的設計要點為氣缸行程,需滿足檢測托盤位置保護吸盤的功能需求,可綜合考慮真空吸盤式多功能抓取裝置的結構尺寸進行選型設計,在此不再贅述。

      真空系統中,主要部件為真空吸盤及真空發生器,二者選型成功與否直接關系到真空吸盤式多功能抓取裝置能否實現其預定功能,故對真空吸盤及真空發生器進行詳細設計。

      真空吸盤是通過吸盤與工件之間的密閉空間內形成一定的真空度,使吸盤內外形成一定的壓力差,實現吸盤吸起工件的[10]。所設計的真空吸盤式多功能抓取裝置共24個真空吸盤分為3組,根據表1包裝物規格表,極限工況下,需滿足單組8個吸盤能吸起20kg包裝物,即每個吸盤需具有能吸起2.5kg重量的吸力。吸盤所產生的吸附力為:

      (1)

      式中 F——吸附力/N p——吸盤內真空度(相對壓力)/kPa A——吸盤的有效吸附面積/cm2f——安全系數

      真空度p與吸盤有效吸附面積A分別是真空發生器與真空吸盤選型的關鍵參數,二者共同影響吸盤吸附力的產生,可先確定其中一個參數再對另一參數進行計算[11]??紤]真空吸盤式多功能抓取裝置的結構尺寸,采用直徑為5cm的真空吸盤,通常吸盤的有效吸附面積取吸盤面積的80%。真空吸盤內的真空度一般設定為真空發生器最大真空度的63%至95%,這里取80%。安全系數隨使用條件而異,水平吸取時,f≥4,垂直吸取時,f≥8,這里安全系數取4[12]。

      由式(1)可計算出所需真空發生器需產生的最大真空度為:

      根據上述計算結果,即可根據廠商產品資料對真空吸盤及真空發生器進行選型。所設計的真空吸盤式多功能抓取裝置選用Vuototecnica品牌的真空組件,真空吸盤型號:08 50 30 MA,真空發生器型號:M18 SSX(在5bar供給壓力下,最大真空度可達85 kPa),真空壓力開關型號:12 20 10P。

      4 結束語

      針對現代企業生產多品種、自動化、通用性的需求,設計并制作了一種真空吸盤式多功能抓取裝置,該抓取裝置采用結構簡單、可靠性高、使用壽命長的氣壓驅動,利用真空吸盤以及托盤抓取機構能夠實現紙箱類、紙盒類、袋類、桶類、板材、托盤等包裝物的吸取、搬運和碼放等動作。與傳統抓取裝置相比,該碼垛機器人多功能抓取裝置具有通用性強、不易損壞被抓取物、轉運效率高、結構合理、方便安裝和調節、成本經濟等優點,能適應現代化生產需求,為碼垛轉運提供了一個新的解決途徑,具有較好的應用前景。

      參考文獻:

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      (文/小編)
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