一种智能真空吸盘装置的设计

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1、一种智能真空吸盘装置的设计甄久军杨战民王晓勇宋海潮南京工舰业技丞学膣机械IS学院南京H职业技术学电气工程学院为丫使真空吸盘更好的适应自动线柔性化生产、快速化调整、网络化控制的需求,本文研发了一种吸盘与控制系统模块化、网络化结构的智能真空吸盘装置。本设计把通用吸盘与微控制器技术、气动技术、通信技术相结合，通过整体方案设计、气动回路设计、控制系统设计、机械结构设计，完成了整个智能真空吸盘装置的开发。与传统装置比较，新装置有以下特征：（1）系统能实吋控制产生真空的压缩空气供给，实现了节能、降噪；（2）装

2、置可在现场编程组态，既能独立工作，又能与其他智能单元通信，实现了真空吸盘控制的网络化、柔性化与精细化。新研制的智能真空吸盘装置获得了国家授权发明专利，对从新途径发展中国制造业具有重要意义。关键词：智能;真空吸盘;真空发生器;单片机;通常需要按照生产线功能确定吸盘构架和控制系统。0前，产品的更新换代速度很快，需要不断调整生产线的工艺和装备来适疲产品的升级。但应用通用真空吸盘气动系统的生产线如果调整，需要对整个控制硬件进行重新设计组合，升级周期长、成本高。1智能真空吸盘装置总体设计1.1方案分析为丫提

3、高真空吸盘气动系统的柔性化，智能真空吸盘装置应运而生m。在方案设计时主要考虑以下两个方面的问题。一是产品的智能化。把传统吸盘与微控制器结合，形成吸盘与控制模块化、网络化结构。智能吸盘既能在现场编程组态，独立工作，又能与其他智能单元（智能吸盘单元或裨能直线气动单元m）通信，组成柔性搬运、装配系统。二是产品的环保性。传统吸盘在工作时，压缩空气需要一直通过真空发生器，持续产生负压，保持吸盘真空，造成了能源浪费与噪音污染。智能真空吸盘装置工作时，有压力传感器实时检测负压压力。当吸盘吸力不足吋，会由微控制器

4、控制压缩空气进入真空发生器，继续产生负压。当达到所需负压时，停止压缩空气供给。另外，负压压力可以由上位机通过网络控制微控制器实时调控。因此，相对于传统真空吸盘气动系统，具有节约能源、噪音小、适用性强等特点。1.2方案设计系统设计成模块化、网络化结构，既可以在使用人吸盘吋，成一体化结构，密封防爆，也可以在使用小吸盘时，控制系统与吸盘分开，便于安装；同时，各智能装置之间还要便于通信组态。因此，智能真空吸盘装置设计成通用吸盘加控制盒结构，方案如图1所示。图1系统方案图Fig.1Schematicillu

5、strationofthedesignofthesmartvacu-umchuck虚线框为控制盒，控制盒内包括通信模块、控制电路板、真空发生器、三组六位四通集成阀、压力传感器等，控制盒体固定在真空吸盘上。三组六位四通集成阀根据SCM的信号实时控制产生真空的压缩空气供给，并控制真空发生器产生的负压空气到达真空吸盘，实现真空吸盘对工件的抓放。压力传感器实吋检测吸盘的真空度，并反馈给SCM，形成控制系统对吸盘的闭环控制，并实现丫节能降噪。2气动系统设计设定抓取物料模型为长、宽边长大于等于100mm，工件

6、质量5kg。2.1吸盘的选择确定真空吸盘直径，计算公式如下式屮，D为吸盘直径（mm）;W为物料重量（N）;t为安全系数，水平t彡4;p为吸盘内的真空度（MPa）,p=（63%〜95%）pv;pv^l真空发生器最大真空度；n为吸盘数量，此处取1。代入模型重量到式（1）得:通常取吸盘的有效吸附面积为吸盘面积的80%左右，所以取吸盘直径为80mm。2.2真空发生器选择本装置通过真空发生器产生真空，其结构简单，体积小，无可动机械部件，计算安装方便。真空达到所需值的时间t和解除真空的时间之和称为该吸盘的切换

7、周期，周期短则效率高。设吸盘内的压力从大气压降到真空度63%pv的到达时间为T,，真空度达到95%pvX的到达时间为T2,T2=3T1o式中:V为吸盘以及吸盘到真空发生器之间配管的容积（L）为通过真空发生器的平均吸入流量~和通过配管的平均吸入流量如中的小者（L/min）;qk为工件吸着时的漏气量（L/min）。又因为式中，D为吸盘直径（mm）岀为吸盘内空间高度（m）;d为配管内径（mm）;L为从真空发生器到吸盘的配管长度（m）。取H=0.01m，d=6mm,L=0.5m,由式（3）计算得V=0.0

8、64Lo取p/p、=0.7，查表得到达时间t=1.2Tb设抓取工件时间t=ls，则T^t/1.2=0.833s,漏气量取5L/min,则由式（2）得吸入流量9胃=（2〜3）qv=19.2L/min,所以选定最大吸入流量比qvmax更大的真空发生器，型号为Z1110D，喷嘴口径1mm，供气门和真空门直径6mm，最大吸入流量24L/min。则平均吸入流量实际真空达到时间为由于本装置在解除真空时，采用真空吸盘脉冲式进入压缩空气加实时压力检测的方案，所以解除真空的时间既短乂不会使工件加速掉