半导体芯片气动搬运机械手设计（全套完整有CAD）

另外，为便于控制各动作的速度，各气路安装了可调单向节流阀进行调速。

机械手的气动原理如图.所示。

滑台气缸的选用根据任务要求，滑台气缸使机械手完成方向移动，行程为，由于此滑台气缸作为机械手底座，所以还需要承受定的重量。

故选用双活塞滑台驱动单元如图。

该型号双活塞滑台驱动单元有以下优点.扭转刚度极大，可承受较大作用力.活塞杆间距较大，承载能力强.内含滑动轴承或循环滚珠，轴承导向装置旋转气缸的选用根据任务要求，旋转气缸完成方向旋转运动顺逆，由于此机械手只有两个工位，且相互成，没有分度要求，故选用生产的系列双活塞摆动气缸。

如图选型计算过程如下经计算该旋转气缸需要承受悬臂气缸，升降气缸，真空发生器吸盘以及芯片的所有重量之和，总计约。

安全系数为。

故得静态垂直于法兰盘的轴向压力，。

假设安装悬臂时悬臂气缸重心不与法兰盘中心轴线重合，作用点距离法兰盘中心轴线。

又查表得气缸的缸盖最大尺寸为，得活塞杆轴线中心高为.，即径向力作用距离.。

初选型号为把带入图表查询得静远大于，动大于，所以，轴向推力满足设计需要。

把.带入图表查询曲线，得，静远大于动远大于，所以，径向力满足设计需要。

悬臂气缸的选用根据任务要求，悬臂气缸使机械手完成方向移动，行程为，由于此悬臂气缸作为机械手悬臂，所以还需要考虑悬臂端承受的重量按计算。

通过公司提供的模拟仿真选型软件系统选型，得出双作用标准气缸满足任务要求。

该型号双作用标准气缸有以下优点.现代化的设计和结构比普通标准气缸节省空间达，从而使系统结构更加紧凑。

.接近传感器平齐安装在传感器槽内。

方面无需额外的安装组件，另方面可防止传感器受到机械损坏。

.型材上的沟槽使传感器不凸出来.可以使用传感器沟槽盖保护传感器电缆和防止灰尘进入槽内。

下图是假设气缸行程，负载，气源压力，无附加轴向力和摩擦力的情况下，通过仿真选型软件计算出的结果。

气动控制元件在气压传动系统中，气动控制元件是控制和调节压缩空气的压力流量和方向的各类控制阀，其作用是保证气动执行元件如气缸气马达等按设计的程序正常地进行工作。

气压控制阀按作用可分为压力控制阀流量控制阀和方向控制阀。

图.气动执行元件气动执行元件包括气缸和气马达。

气缸气缸是气动系统的执行元件之。

除几种特殊气缸外，普通气缸其种类及结构形式与液压缸基本相同。

目前最常选用的是标准气缸图，其结构和参数都已系列化标准化通用化。

系列为无缓冲普通气缸系列为有缓冲普通气缸。

其它几种较为典型的特殊气缸有气液阻尼缸薄膜式气缸和冲击式气缸等。

.气液阻尼缸普通气缸工作时，由于气体的压缩性，当外部载荷变化较大时，会产生“爬行”或“自走”现象，使气缸的工作不稳定。

为了使气缸运动平稳，普遍采用气液阻尼缸。

气液阻尼缸是由气缸和油缸组合而成。

利用油液的不可压缩性和控制油液排量来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。

它将油缸和气缸串联成个整体，两个活塞固定在根活塞杆上。

.薄膜式气缸薄膜式气缸是种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆做往复直线运动的气缸。

它由缸体膜片膜盘和活塞杆等主要零件组成。

其功能类似于活塞式气缸，它分单作用式和双作用式两种。

薄膜式气缸的膜片可以做成盘形膜片和平膜片两种形式。

膜片形式为夹织物橡胶钢片或磷青铜片。

常用的是夹织物橡胶，橡胶的厚度为，有时也可用。

金属式膜片只用于行程较小的薄膜式气缸中。

薄膜式气缸和活塞式气缸相比较，具有结构简单紧凑制造容易成本低维修方便寿命长泄漏小效率高的优点。

但是膜片的变形量有限，故其行程短般不超过，且气缸活塞杆上的输出力随着行程的加大而减小。

.冲击气缸冲击气缸是种体积小结构简单易于制造耗气功率小但能产生相当大的冲击力的种特殊气缸。

与普通气缸相比，冲击气缸的结构特点是增加了个具有定容积的蓄能腔和喷嘴。

气马达气马达也是气动执行元件的种。

它的作用相当于电动机或液压马达。

即输出力矩，拖动机构作旋转运动。

气马达按结构形式可分为叶片式气马达活塞式气马达和齿轮式气马达等。

最为常见的是活塞式气马达图和叶片式气马达。

叶片式气马达制造简单结构紧凑，但低速运动转矩小低速性能不好，适由于中低功率的机械，目前在矿山及风动工具中应用普遍。

的气动机械手。

该机械手要实现芯片的抓取释放搬运等动作，要求结构合理，动作准确迅速。

本课题采用日本三菱公司的系列，对机械手的上下左右回转以及芯片吸取运动进行自动化控制。

我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作，来配合和实现生产上的要求。

由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师同学能够给予批评指正并予以解决。

机械手基本结构与控制任务.机械手的主要部件及运动根据任务要求，气动机械手实现的是搬运芯片，可以看成无负载零负载，因此设计气动系统的硬件结构时只需注意机械手本身的强度，以及当悬臂缸伸出到最大位置时，支架底座能否承受该转距而不倾倒。

如图.，待搬运芯片放置于工位的传送托盘上，气动机械手的初始位置如图，要实现将芯片从工位搬运至工位，对机械手的自由度提出定的要求。

根据任务要求，机械手要实现方向与方向的运动绕方向的旋转，同时在抓取过程中要实现手臂的升降和吸放光盘的过程。

所以确定该机械手是个自由度的机械手。

图.任务要求假设要实现将芯片从工位搬至工位，开始时机械手处于初始位置，即要实现动作如下图所示图.气缸动作图.机械手的结构及技术参数列表气动机械手的结构.真空吸盘.真空发生器.升降缸与真空发生器的连接法兰.升降缸.伸缩缸与旋转气缸的连接法兰.旋转气缸.旋转气缸与铝合金型材立柱的连接法兰.铝合金型材立柱.角铁.底座气动机械手的技术参数列表用途搬运半导体芯片二设计技术参数.自由度数个自由度.座标型式圆柱座标.最大工作半径.手臂最大中心高.手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围机械手气动系统设计要实现上述机械手控制动作，机械手的控制部分包括气动与控制部分。

其动作是靠气动装置来完成的。

.气压传动的组成及工作原理气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的门技术。

气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。

气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是气源装置获得压缩空气的装置。

其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能气源装置的组成.空气压缩机气源部分空气压缩机是气动系统的动力源，它将电动机输出的机械能转换成气压能输送给气动系统。

本设计采用的是活塞式低压空压机。

是种容积式空气压缩机，是通过机件的运动，使密封容积发生周期性大小的变化，从而完成对空气的吸入和压缩过程。

.气源净化处理装置控制元件用来控制压缩空气的压力流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。

它包括各种压力控制阀流量控制阀和方向控制阀等执行元件气动执行元件是以压缩空气为动力源，将气体的压力能再转换为机械能的装置，用来实现既定的工况动作。

包括气缸气马达摆动马达辅助元件是保证压缩空气的净化元件的润滑元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器油雾气管接头及消声器等。

气源装置及辅件气压传动系统中的气源装置是为气动系统提供满足定质量要求的压缩空气，它是气压传动系统的重要组成部分。

至年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。

年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。

在年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。

年代进入气动集成化微型化的时代。

年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这概念产生，气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。

气动机械手作为机械手的种，它具有结构简单重量轻动作迅速平稳可靠节能和不污染环境等优点而被广泛应用。

气动机械手强调模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术可重复编程等，气动伺服系统实现任意位置上的精确定位，在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。

年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院•教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人“阿基里斯”六脚勘探员，是气动技术控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”。

个脚中的每个脚都有个自由度，个直线气缸把脚提起放下，个摆动马达控制脚伸展退回运动，另个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。

由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。

电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部腰部手能与人类样弯曲运动，并且有良好的柔韧性。

在幕后操纵人员的操作下或通过自身的编程控制能与人进行对话，或作自我介绍等。

电子气动机器人集电子技术气动技术和人工智能为体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度，具有在足够工作空间的适应性高精度和快速灵敏的反应能力。

由于气压传动系统使用安全可靠，可以在高温震动易燃易爆多尘埃强磁辐射等恶劣环境下工作”。

而气动机械手作为机械手的种，它具有结构简单重量轻动作迅速平稳可靠节能和不污染环境容易实现无级调速易实现过载保护易实现复杂的动作等优点。

所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业半导体及家电行业化肥和化工，食品和药品的包装精密仪器和军事工业等。

现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。

车身在每个工序的移动车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位点焊机焊头的快速接近减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。

高频率的点焊力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之。

在彩电冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不形状不同的气缸气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将般气爪很难抓起的显像管纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。

气动机械手用于对食品行业的粉状粒状块状物料的自动计量包装用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。

如酒油漆灌装气动机械手自动加盖安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。

此外，气动系统气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。

如气动自动调节病床，机器人，外科手术机器人等由于气动机械手有结构简单易实现调速易实现过载保护易实现复杂的动作气源使用方便不污染环境动作灵活可靠工作安全可靠，适用于需要模拟人的重复动作场合以及恶劣的工作环境中等诸多独特的优点，因而在冲压加工注塑机床下料仪表电子汽车航空及自动化生产线中有着广阔的应用前景。

本文设计了种基于控制的四自由度的气动机械手，用于半导体芯片自动化生产线中用于搬运英寸芯片的气动机械手，该气动机械手由气控真