710 液晶面板模組移栽機結構設計【全套19張CAD圖+文獻翻譯+說明書】,全套19張CAD圖+文獻翻譯+說明書,710,液晶面板模組移栽機結構設計【全套19張CAD圖+文獻翻譯+說明書】,液晶面板,模組,移栽,結構設計,全套,19,cad,文獻,翻譯,說明書,仿單 外文翻譯 Design and Development of a Competitive Low-Cost Robot Arm with Four Degrees of Freedom 一個具有競爭力的低成本的四自由度機械人手臂的設計與開發(fā) 摘 要 這項工作的主要重點是設計，開發(fā)和實施具有競爭力的機器人手臂具有增強控制和粗短的成本。機器人手臂的設計采用四自由度和才華來完成精確簡單的任務，如光材料處理，這將被整合到了作為一個助理為工業(yè)勞動力的移動平臺。機器人手臂上配有數(shù)個伺服電機的臂之間做鏈接和執(zhí)行的手臂動作。伺服電機編碼器包括使沒有控制器實施?？刂莆覀兪褂肔abVIEW ，它執(zhí)行逆運動學計算和串行通信的適當?shù)慕嵌龋砸粋€微控制器，驅動伺服電機，修改的位置，速度和加速度的能力的機器人。機器人手臂的測試和驗證，進行和結果表明，正常工作。關鍵詞：機器人手臂，低成本，設計，驗證，四自由度，伺服電機， Arduino的的機器人控制， Labview的機器人控制 目 錄 1引言 1 2機械設計 1 3機械手逆運動 6 4最終選擇效應 6 5機械手的控制 7 5.1逆運動學控制 8 5.2 手動 9 6測試和驗證 10 7結果與討論 11 7.1伺服電機運動范圍 11 7.2 電流消耗 12 7.3 最大負載 12 7.4 最終位置 12 8 結論 13 參考文獻 14 1引言 機器人實際上是定義為研究，設計和使用機器人系統(tǒng)的制造[1]。機器人通常用于執(zhí)行不安全的，危險的，高度重復的，和單調(diào)的任務。它們具有許多不同的功能，如材料處理，組裝，電弧焊接，電阻焊接，機床的裝載和卸載功能，刷涂，噴涂等。主要有兩種不同類型的機器人：一個服務機器人以及工業(yè)機器人。服務機器人是機器人，工作半或完全自主地去履行服務，有用的福祉人類和設備，但不包括生產(chǎn)操作[2] 。工業(yè)用機器人，在另一方面，被正式通過ISO定義的自動控制和多用途可編程操縱器在三個或更多個軸[3]。工業(yè)機器人是移動的材料，零件，工具，或通過可變的程式動作的專門設備來執(zhí)行各種任務。工業(yè)機器人系統(tǒng)不僅包括工業(yè)機器人，但也能夠執(zhí)行其任務以及測序或監(jiān)視通信接口需要對機器人的任何設備和/或傳感器。2007年全球市場增長了3％，約114,000新安裝的工業(yè)機器人。截至2007年底，全國共有大約一萬個工業(yè)機器人的使用，估計有50,000服務機器人用于工業(yè)用途比較[3] 。由于增加使用工業(yè)機器人手臂，演變到該主題開始試圖模仿人類動作的細節(jié)模式。例如一組學生在韓國做創(chuàng)新的設計，為舞蹈的手，舉重，中國書法和顏色分類機械臂考慮[4] 。另一組工程師在美國開發(fā)八個自由度機械臂。該機器人是能夠把握多個對象與很多從筆形狀的一球，也模擬人類的手[5]。在空間上，航天飛機遙控器系統(tǒng)，被稱為SSRMS或Canadarm ，其繼任者是例子多度已經(jīng)用來執(zhí)行各種使用專門部署熱潮的任務，例如航天飛機的檢查自由機械臂有攝像頭和連接在末端執(zhí)行器和衛(wèi)星的部署和檢索演習從貨艙航天飛機傳感器[6] 。 在墨西哥，科學家們已經(jīng)上了軌道設計和發(fā)展許多機器人的手臂，墨西哥政府估計，在墨西哥有在不同的工業(yè)應用中使用了大約11,000機械臂。不過，專家認為，機器人手臂的最高點，不僅質(zhì)量更高，而且準確，可重復性和粗短的成本。 大多數(shù)機器人都設置了一個操作的示教和重復技術。在這種模式下，一個訓練有素的操作者（編程器）通常使用的便攜式控制裝置（示教）手動教機器人的任務。在這些編程會話機器人的速度很慢。 目前的工作是一個兩階段的項目，這需要一個移動機器人能夠運送工具從存儲室到工業(yè)單元的一部分。在這個階段中的項目，該項目開展了在科技，墨西哥蒙特雷大學，主要的重點是設計， 制定和實施了工業(yè)機器人手臂粗短的成本，準確和優(yōu)越的控制。這個機器人手臂的設計采用四自由度和才華來完成簡單的任務，如光隊友里亞爾處理，這將被整合到移動平臺的形式，作為一個助理為工業(yè)勞動力。 2機械設計 機器人手臂的機械設計是基于一個機器人操作器具有類似功能的一個人的手臂[6-8]。這樣的操縱器的鏈接是由關節(jié)，允許旋轉運動和操縱器的鏈接被認為形成一個運動鏈連接。機械手的運動鏈的業(yè)務最終被稱為末端效應器或臂端的 - 工具，它是類似于人的手。圖1顯示了自由體圖的機器人手臂的機械設計。 圖1 機械手的自由體圖 如圖所示，端部執(zhí)行器不包括在設計，因為市售的夾持器被使用。這是因為端部執(zhí)行器是系統(tǒng)中最復雜的部分之一，并且，反過來，這是很容易和經(jīng)濟地使用商業(yè)化生產(chǎn)它。 圖2示出了機器人手臂的工作區(qū)域。 圖2 機械手工作區(qū)域圖 這是一個機器人臂具有四個自由度（DOF 4）的典型的工作空間。機械設計僅限于4自由度，主要是因為，這樣的設計允許大部分必要的運動，并保持 成本和機器人競爭的復雜性。因此，關節(jié)的旋轉運動被限制，其中旋轉的肩完成圍繞兩個軸和周圍只有一個在肘和手腕上，參見圖1。 機器人手臂的關節(jié)通常是由驅動的電氣馬達。伺服電動機被選擇，因為它們包括編碼器，它可以自動提供反饋給電動機并相應地調(diào)整位置。但是， 這些電動機的缺點是轉動范圍小于180?跨度，從而大大減小了臂和可能的位置到達該區(qū)域的[9]。的基礎上，選定了伺服電機的資格 由結構和可能的負載所需的最大扭矩。在目前的研究中，用于構造的材料是丙烯酸樹脂。 圖3示出用于負載計算的力的圖。的計算均只對具有最大負荷關節(jié)，由于其他關節(jié)將具有相同的電機，即電機可以移動的鏈接沒有問題。計算考慮了權重 的電動機，約50克，除電機在關節(jié)B的重量，因為它是通過鏈接的BA。圖4示出了力示意圖上鏈路CB，它包含接頭（B和C）具有最高的負載（攜帶了該書的DC和ED）和計算如下進行。 圖3 機械手負載分布圖 圖4 CB段負載分布圖 用于扭矩計算的值： WD= 0.011千克（體重鏈接的DE） WC= 0.030千克（體重鏈接的CD） WB= 0.030千克（體重鏈路的CB） L = 1千克（負載） CM = Dm為0.050公斤（重電機） LBC為0.14米（公元前鏈路的長度） 液晶顯示屏為0.14米（鏈接的CD長度） 斯α= 0.05米（LINK DE的長度） 執(zhí)行力之和在Y軸，用負載，如圖4中，并求解CY和CB，見方程（1） - （4）。同樣，執(zhí)行的時刻周圍的點C的總和，式（5），和點B，方程 化（6），以獲得在C和B，等式（7）和（8），分別在轉矩。 （6） （7） （8） 該被選擇的基礎上，計算在伺服馬達，是Hextronik HX12K ，其具有280盎司/英寸的扭矩。該電動機被推薦，因為它比任何其他電機與同樣規(guī)格便宜得多。由于我們需要更大的扭矩在關節(jié)B，見公式（8） ，我們使用兩個電動機在點B處，以符合扭矩要求;然而，一個馬達是不夠的其它關節(jié)。采用兩臺電機的合資B比使用一個大電機560盎司/英寸便宜得多。 圖 5 伺服電機 可以在圖5中示出，其他有關的特征是，它們可以轉動60度，在130毫秒和它們有各自47.9克的重量。一旦被定義為機器人手臂和電機的初始尺寸，設計進行了使用SolidWorks平臺;設計應仔細考慮丙烯酸類片材的厚度和該塊將被彼此連接的方式。用于使機器人的聚丙烯酸酯片材是1/8厚度和該薄片的選擇，因為它更容易加工和更輕的重量以良好的抗性。在設計過程中，我們面臨著由于強烈的加盟薄亞克力部分的方式有些困難。它是需要工具來燒，并加入丙烯酸零件和未提供的和球隊認為機械結基于螺釘和螺母會比其他的替代品，如膠如多強。為了做到這一點，一個小的特征，設計這允許緊固用螺母，螺栓，而不必在薄的丙烯酸層的螺絲。這個過程的結果是在圖6所示立體設計。 圖 6 機械手3D模型 按照設計的結束，每個部分被印在滿刻度的硬紙板，然后我們核實了所有尺寸和組件的接口。反過來，我們建立了機器人手臂的第一個原型。接著，上述機器人手臂的部件從使用圓鋸和皮膚的工具的聚丙烯酸酯片材進行機械加工。的詳細說明在各部分被做在一個專業(yè)工場因為機器人手臂的部分太小，這并不是一件容易的實現(xiàn)這種小而準確的切割。在組裝機器人部件的電機，幾個問題彈出。有報道說，沒有抵抗所述緊固，并且，反過來，可能會破裂的臨界點;因此，在這些點援軍進行了審議。機器人手臂的最終結果示于圖7。 圖 7 機械手總體裝配圖 3機械手逆運動 為了驗證機械臂的定位準確，逆運動學計算進行。這樣的計算來獲得每個電機從通過使用直角坐標系， 圖 8 坐標系 如圖8所示的位置上的角度各電動機將具有特定功能：位于A結合的位置的馬達，在y的最終元件軸，馬達B和C的位置在x和z軸的最后一個元件。該問題已經(jīng)通過使用xz平面簡化，如圖9在其下面的已知值被定義在[9] ：LAB ：前臂長度。LBC ：臂長。Z：在z軸上的位置。X：在x軸的位置。Y：在y軸的位置。利用三角關系，如圖9所示， θ2和θ1可以得到，如在方程（9）可見，（10）的馬達角度。 圖9 XZ平面 馬達B將使用θ1和馬達C被打算用θ2。的角度為馬達A的計算公式為EEN在等式（11）。通過這些計算，伺服電機的角度得到，從而他們采取的行動，整個結構移動到特定位置。 4最終選擇效應 端部執(zhí)行器可能是該系統(tǒng)的最重要和最復雜的部分之一。明顯的，它是非常容易和經(jīng)濟地使用商業(yè)人比構建它。端部執(zhí)行器主要是根據(jù)應用和機器人臂完成的任務而變化;它可以是氣動，電動或液壓。由于我們的機器人手臂是基于在電力系統(tǒng)中，我們可以選擇末端效應器的電基礎。此外，本系統(tǒng)的主要應用是處理，因此，我們的末端執(zhí)行器的推薦類型是一個夾持器，如圖10。 圖 10 夾持器與伺服 5機械手的控制 該機器人手臂能自動或手動控制。在手動模式下，訓練有素的操作人員（程序員）通常使用的便攜式控制裝置（示教）教一個機器人做手工任務。在機器人的速度這些編程會話是緩慢的。在目前的工作中，我們所包圍的兩種模式。一個微控制器，一個驅動器和一個臺電腦化用戶界面：三個層次的呈現(xiàn)機器人手臂的控制基本上由。該系統(tǒng)具有獨特的特點，允許靈活的編程和控制方法，它是利用逆實施運動學;此外它也可以在全手動模式下實現(xiàn)。控制的電子設計示于圖11。 圖11 控制器的電子方案 用微控制器是一個的Atmega 368 ，它有一個名為“ Arduino的”發(fā)展規(guī)劃板，如圖12 。 圖12 Arduino的微控制器板 圖13 伺服控制器驅動器 編程語言非常類似于C ，但包括幾個庫，幫助在I / O端口，定時器的控制和串行通信。該微控制器被選中因為它具有低的價格，這是很容易重新編程，該編程語言是簡單的，并且中斷可用于這個特定的芯片。所使用的驅動程序是一個六通道微大師伺服控制器板。它支持三種控制方式： USB直接連接到一臺計算機， TTL串口與嵌入式系統(tǒng)，如Arduino的微控制器和內(nèi)部腳本中使用自包含和主機無需控制器的應用。這個控制器，如圖13所示，包括位置和內(nèi)置的速度和加速度控器0.25微秒分辨率 用戶界面取決于所使用的控制方法，即，逆運動學或全手動模式。在下文中，每個接口描述： 5.1逆運動學控制 在這種控制方法中，用戶輸入的坐標系統(tǒng)中的位置，其中夾爪應。至于后果，接口與LabVIEW通過一個可視化的用戶生成的，如圖14 圖14 Labview的用戶界面 程序將自動執(zhí)行逆運動學的計算，以得到每個電機應具有的角度，然后發(fā)送一個命令要么到微控制器，或直接將機器人移動到指定的位置的驅動器。通信是通過RS- 232協(xié)議進行。在下文中，您可能會看到Labview的用戶界面的輸入和輸出。LabVIEW的用戶界面輸入：X軸位置。y軸的位置。Z軸位置。夾持器打開。叼紙牙攻角。串行端口。LabVIEW的用戶界面輸出是： 電機A角。 電機B1角度。 電機B2角度。 電機?角。 攻角。 姿勢角度 這樣的輸出變量進行處理，并通過適當?shù)姆绞桨l(fā)送的，這樣的信息可以在一個正確的方式來解釋。該輸出是通過其連通于控制器串行端口發(fā)送。當按鈕“移動”被點擊時，一個過程將發(fā)生，如圖15 圖15 程序流程 在圖15中，隨著這個動作，所述機器人臂將根據(jù)所輸入的值改變其位置。此外，它有一個待機按鈕，停止該通信控制器。 這種方法的主要優(yōu)點是，它使用移動的有效方法，并提供進一步的功能，可以實現(xiàn)，比如位置和順序學習。的缺點，另一方面，是使 具有有效的角度逆運動學計算之后可能的位置是非常有限的，因為伺服電機有180?一個約束。 5.2 手動 這種類型的控制是我們的系統(tǒng)，在特定的位置有用多了一種選擇。在強制的情況下持倉逆運動學模式不能計算其有效的角度，我們可以用手動控制來代替。 基本上，手動控制包括一系列模擬輸入，諸如電位器，一種是與這將解釋該值并發(fā)送一個命令到伺服驅動器的微控制器相連。為了實現(xiàn)這一點，一個控制板，如圖16 圖16 電位器板 應該被構建為一個接口與用戶的工作?？赡軐崿F(xiàn)包括教學功能，使微控制器存儲在內(nèi)存中，并通過鍵盤或系列交換機，我們可能還記得這些職位的職位。 6測試和驗證 若干測試是驗證該機器人臂和它的組件。測驗涉及的特定元件和整個系統(tǒng)的，如圖17所示。 圖17 機械手測試 微控制器測試是由軟件發(fā)送不同的命令給單片機，檢查這是連接到開啟或關閉取決于命令伺服電機的輸出發(fā)生變化。伺服電動機分別通過發(fā)送不同的直接脈沖到每個伺服電動機和驗證移動到合適的位置的響應之后進行測試。我們使用的標記知道在哪里的初始位置是和最終電機的位置是通過與微控制器發(fā)送信號，并且，反過來，它是由伺服解釋和比較，由編碼器提供的信號，從而在旋轉到所需的位置來確定。在測試過程中，伺服電動機是因為不正確的極化的不一致性與機器人臂系統(tǒng)。 伺服電機驅動器中使用LabVIEW軟件發(fā)送命令到發(fā)送的特定命令其中有一臺電機連接根據(jù)稱道改變位置的驅動微控制器也測試。要注意到，在這一點很重要開始一個項目的不同的伺服電機驅動器被選中，但與他們和微控制器之間的通信幾個問題都存在。所以，我們選擇一個驅動器，允許數(shù)據(jù)被直接從計算機發(fā)送到它與只有一個USB線，所以，微控制器將僅在箱子的使用實現(xiàn)手動控制。其他測試，以驗證整個系統(tǒng)的功能， 圖 18 機器人手臂的動作 如顯示在圖18中通過引入在LabVIEW界面中的特定位置和測量，以驗證一個參考點和最后點之間的距離發(fā)生了那些測試：該從逆正確變換到正運動學，指定的角度和馬達的轉動之間的關系。機器人手臂的測試和驗證是需要細長時間，因為需要幾次迭代的任務之一。在我們的測試中，很多問題出現(xiàn)的：錯誤的角度計算，電機的錯誤校正，問題與物理角度和位置測量，因為這是沒有預料過載燒毀伺服電機之一。 7結果與討論 7.1伺服電機運動范圍 伺服電機的極限得到規(guī)范，因為這種類型的電機都包含有小于180度的跨度。實際范圍為所有電機被發(fā)現(xiàn)是在范圍125 - 142度，如表1所示的這清楚地表明，機器人手臂的實際操作是從機架的情況下不同。 表1 電機角的范圍 電動機 角度范圍 電機A 130? 電機B1 135? 電機B2 140? 電機? 142? 電機攻擊角度 125? 7.2 電流消耗 消耗電流取決于負載和機器人臂的運動的類型。在目前的研究中，有4個級別的電流消耗為： ? 低（從0到200 mA）。這種消費發(fā)生時，機器人處于靜止狀態(tài)（不運動的情況下）。 正常（從200到500 mA）。這件事發(fā)生時，機器人手臂移動與能力去目標沒有很大的扭矩需求。 高（500 mA到900毫安）。達到按賬面負載的開頭這個范圍。通過克服的慣性載荷的初始瞬間，在正常范圍內(nèi)發(fā)生的地方。 過電流（超過900 MA）。負荷太重，電機不能動彈。為在此條件下被用于多于一分鐘，將馬達燒毀，也就是說，它是不可能使用的任何多 7.3 最大負載 這些結果是用不同的權重得到的;一袋玉米被用于與規(guī)模來決定包的體重。結果進行了使用機器人手臂拿起袋子，并將其移動到特定位置。表2presents的電流消耗袋玉米的不同權重。從表2中可以看出，該機器人可在負載沒有問題的移動超過50克以下。在負載60克，機器人手臂開始有困難，并通過80克后發(fā)生嚴重的情況，其中憤怒可逆的損害可發(fā)生在馬達。 7.4 最終位置 結果表明，該機器人臂的精度移動至不同的重量（<50克），結果列于表3 ，如圖所示，在機器人手臂能夠執(zhí)行移動到指定的位置。然而，這種移動不平滑，有時馬達沒有足夠的力，尤其是當負載很重。此外，一些問題可能會由于同步兩個底部的電機。兩個電機的步驟是不重合而引起的丙烯酸部位張力，這在箱子被過多會破壞的部分。 表2 負載與電流消耗 空載 電流損耗 20克 低 40克 正常 50克 正常 60克 高 80克 過流 100克 過流 表3 精度上的所有軸 軸 精度（ + / - ） × 1厘米 ? 2厘米 ? 1厘米 8 結論 本文介紹了機器人手臂，具有天賦太一，plish簡單的任務，如光材料處理的設計，開發(fā)和實施。機器人手臂的設計和建造從那里伺服電機被用來進行武器之間的聯(lián)系和執(zhí)行的手臂動作亞克力材質(zhì)。伺服電機編碼器包括使沒有控制器實施;然而，電機的轉動范圍小于180°范圍，從而大大減小了臂和可能的位置到達該區(qū)域。機器人手臂的設計，因為這是有限的四個自由度設計允許大多數(shù)必要的運動和保持成本和機器人競爭的復雜性。末端執(zhí)行器是不包括在設計，因為市售的夾持器使用，因為它是更容易和經(jīng)濟地使用商業(yè)1比生成它。在設計過程中，我們面臨著由于強烈的加盟薄亞克力部分的方式有些困難。根據(jù)螺釘和螺母的機械連接點被使用，并且，為了實現(xiàn)這一點，一個小的特征，設計這使與緊固螺母螺栓，而無需在薄亞克力層螺旋。到控制的機器人手臂，三種方法被執(zhí)行：一個微控制器，一個驅動器，和一個基于計算機的用戶界面。該系統(tǒng)具有獨特的特點，允許在編程和控制方法的靈活性，它利用逆運動學實施;是 - 兩側也有可能是在全手動模式下實現(xiàn)。這個機器人手臂是與他人的對比作為多比現(xiàn)有機器人手臂更便宜，還可以控制所有從一臺計算機的動作，使用Labview的接口。數(shù)進行測試，以驗證上述機器人手臂其中睪丸不但涉及特定元素和整個系統(tǒng);在不同的操作條件下的結果顯示信任的機器人手臂呈現(xiàn)的。 參考文獻 [ 1 ]操作型工業(yè)機器人 - 詞匯，國際標準化組織標準8373 ，1994 . 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Groover and M.Weiss，“工業(yè)機器人,可編程的技術應用“MC-格勞山，墨西哥D.F.，1989 15 液晶面板模組移栽機結構設計 摘 要 隨著工業(yè)自動化、微電子技術、傳感器技術、控制技術和機械制造工藝水平的快速發(fā)展，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。工業(yè)機械手是近代自動控制領域出現(xiàn)的一項新技術，并已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中一個重要組成部分。這種新技術發(fā)展很快，并逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓及氣壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。本文簡要敘述機械手的應用，并重點闡述了在液晶面板生產(chǎn)過程中，用于將液晶面板模組從一段生產(chǎn)線移送到另一條生產(chǎn)線的液晶面板模組移栽機的結構設計。 首先，文章介紹了機械手在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用，并簡要介紹了工業(yè)機械手的設計理論和方法。其次，比較全面的討論了運用移栽機完成面板移送工作的機械手結構設計，確定了該移栽機的傳動方式，完成旋轉機械手臂和夾緊部件的結構設計，以及各零部件的選用。最后，完成對各零部件的建模工作，并建立移栽機整體裝配體，完成各零件工程圖以及裝配圖的繪制工作。 關鍵詞：機械手 、液晶面板模組 、移栽機 、旋轉手臂 、夾緊部件 ABSTRACT With the rapid development of industrial automation, microelectronic technology, sensor technology, control technology and mechanical manufacturing technics，robot plays more and more important roles in industrial applications. The industry manipulator is a new technology which in the modern automatic control domain , and already has became a important component in the modern machine manufacture production system. This new technology has developed rapidly, and becomes an emerging discipline- manipulator project gradually. The manipulator involves to mechanics, mechanics, the electric appliance hydraulic pressure and the barometric pressure technology, the automatic control technology, the sensor technology and the computer technology and so on scientific field, is an interdisciplinary comprehensive technology. This paper describes the application of robot, and focuses on the structure design of LCD panel module transplanting machine, which is used in LCD panel production process to transfer the liquid crystal panel module from one production line to another. Firstly, the article introduces the applications of robot in the industrial production process, and briefly introduced the industrial robot design theory and methods. Secondly, a more comprehensive discussion of the structural design of transplanting machine using to transfer the LCD panel module is proposed, and then determine the transmission mode of the transplanting machine, complete structural design of the machinery rotating arm and the clamping parts and Select all the standard components. Finally, to complete modeling work of all parts, establish the whole assembly of the transplanting machine, and complete drawing works of engineering drawings and assembly drawings of all machine parts. Key words : Robot; LCD panel module; Transplanting machine; Rotating arm; Clamping parts 目 錄 1 緒論 1 1.1工業(yè)機械手簡介 1 1.2機械手的組成和分類 1 1.2.1機械手的組成 1 1.2.2機械手的分類 2 1.3工業(yè)機械手主要參數(shù) 3 1.3.1基本參數(shù) 3 1.3.2規(guī)格參數(shù) 4 1.3.3其他參數(shù) 4 2 方案設計 5 2.1設計任務和要求 5 2.1.1設計任務 5 2.1.2設計要求 5 2.2運動方案設計 5 2.3移栽機械手旋轉臂的整體運動方案 7 3 機械手設計 8 3.1設計要求 8 3.2手臂機構方案設計 8 3.3帶輪 9 3.3.1一級帶輪計算 9 3.3.2二級帶輪計算 10 3.4外殼 12 3.4.1外殼的結構設計 12 3.4.2外殼尺寸的確定 12 3.5軸 12 3.5.1主軸的設計 12 3.5.2第二級軸的設計 13 3.5.3第三級軸的設計 14 3.6抓取機構 15 3.6.1抓取機構方案設計 15 3.6.2抓取部件的方案設計 15 3.6.3抓取結構設計 16 4 Solidworks建模 20 4.1機械臂外殼建模 20 4.2氣流負壓抓取機構建模 20 4.3擺動頭部建模 21 4.4整體裝配體建模 22 4.5零部件工程圖繪制 22 總 結 23 參考文獻 24 致 謝 25 1 緒論 1.1工業(yè)機械手簡介 機械手是模仿著人手的部分動作，按照給定的程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。工業(yè)機械手由操作機、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種模仿人的操作，可實現(xiàn)自動控制、重復編程、能在三維空間內(nèi)完成各種作業(yè)的機電一體化的自動化生產(chǎn)設備。適用于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高，勞動條件改善和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著非常重要的作用。 機械手結構形式開始比較簡單，通用性不高，是主機附屬的專用機械手。隨著技術的發(fā)展，研制成功了能夠獨立按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。通用工業(yè)機械手能比較快的改變工作程序，適應性比較強，它在不停變換生產(chǎn)品種的批量生產(chǎn)中廣泛引用。 1.2機械手的組成和分類 1.2.1機械手的組成 機械手主要由驅動系統(tǒng)、執(zhí)行機構、位置檢測裝置以及控制系統(tǒng)等所組成。各系統(tǒng)之間關系如方框圖1所示。 圖1 機械手的組成方框圖 1.執(zhí)行機構 包括手腕、手部、手臂和立柱等部件，還有的還增設行走機構。 2.驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是提供工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、輔助裝置和控制調(diào)節(jié)裝置組成。常用驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動等。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手控制系統(tǒng)一般是由程序控制系統(tǒng)及電氣定位或者是機械擋塊定位系統(tǒng)組成。 4.位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行的機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行的機構的實際位置反饋到控制系統(tǒng)，并與設定位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行位置調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定的位置。 1.2.2機械手的分類 機械手的種類比較多，關于分類的問題，目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的分類標準，因此暫按使用范圍、驅動方式及控制系統(tǒng)等進行分類。 (一)按用途分 機械手按用途分類可分為專用機械手和通用機械手兩類: 1.專用機械手 專用機械手是附屬于主機的、具有固定程序的而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有的動作比較少、工作對象比較單一、結構簡單、使用可靠等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手等。 2.通用機械手 通用機械手是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。規(guī)格性能的范圍內(nèi)，其動作的程序是可變的，通過調(diào)整可在不同的場合下使用，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是獨立的。工作范圍大、定位精度較高、通用性較強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的批量自動化的生產(chǎn)。 (二)按驅動方式分 1.液壓傳動機械手 液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。主要特點：抓重的重量可達到幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊等。但密封裝置的要求嚴格，液壓油的泄漏對機械手工作性能有很大影響，并且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手通用性擴大，但電液伺服閥的制造精度要求比較高，油液過濾的要求嚴格，價格昂貴。 2.氣壓傳動機械手 氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是：介質(zhì)來源方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但由于空氣具有可壓縮特性，工作速度穩(wěn)定性較差，沖擊大，且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，同樣抓重條件下比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中工作。 3.機械傳動機械手 機械傳動機械手由機械傳動機構驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械提供的。它的主要特點：運動準確可靠，動作頻率較大，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。 4.電力傳動機械手 電力傳動機械手是有特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的機械手，因不需要中間轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多用，但是有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1.點位控制 它的運動為點到點之間的移動，只能控制運動過程中點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)復雜性。目前使用的專用機械手和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2.連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為任意連續(xù)曲線，其特點是設定的點是無限的，整個移動的過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍較廣，但是電氣控制系統(tǒng)復雜。這類機械手一般采用小型計算機進行控制。 1.3工業(yè)機械手主要參數(shù) 工業(yè)機械手的主要參數(shù)可分為基本參數(shù)、規(guī)格參數(shù)、其他參數(shù)。 1.3.1基本參數(shù) A.抓重（或稱臂力） 工業(yè)機械手的抓重是指機械手的手臂所能抓取物件的最大重量，它是機械手主要參數(shù)之一。 B.自由度 機械機械手的自由度標志著工業(yè)機械手所具有的功能大小，自由度越大，機械手的動作越靈活，適應度越強，但是結構越復雜。一般通用機械手有5-6個自由度即可以滿足使用的要求，專用機械手有1-2個自由度即可以滿足使用的要求。機械手自由度及坐標形式，應該根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際和工藝的要求而定。 C.運動速度 工業(yè)機械手的運動速度是指工業(yè)機械手在全程范圍的平均運行速度，它反映了機械手使用效率與生產(chǎn)水平。機械手的運動速度越高，則使用效率越高，生產(chǎn)水平越高；但是速度越高，機械手在運動過程中啟動和制動的沖擊和振動也比較大，對機械手定位精度的影響也越大。一般情況下，機械手的運動速度應根據(jù)生產(chǎn)的節(jié)拍，生產(chǎn)過程中的平穩(wěn)性要求和定位精度的要求而定。 D.形成范圍 機械手手臂運動形成范圍與機械手的抓重、驅動方式、運動速度等多方面因素有關。通用機械手手臂回轉的行程盡可能大些，使機械手具有較大的通用性。因此，通用的機械手手臂回轉范圍均大于180度。機械手手臂伸縮行程范圍和工作半徑應適應，若過大，則手臂偏重力矩和轉動慣量都將增大，剛度降低，振動增加，定位精度難以保證。目前應用的工業(yè)機械手的行程范圍大多數(shù)相當于人坐著或站著操作的范圍。 E.位置精度 位置精度是衡量機械手工作質(zhì)量的一項重要的指標，包括位置的設定精度和重復的定位精度。一般所說的位置精度是指重復定位精度。 位置精度的高低取決于位置控制方式和機械手運動部件本身的精度及剛度，此外還與機械手的抓重和運動速度等因素有關。 F.程序編制方式及存儲容量 這兩項技術指標是用來說明機械手的控制性能，它們包括控制方式、程序編制方法及存儲方法。存儲容量的大小表明機械手作業(yè)能力的復雜程度和改變程序時的適應能力和通用程度。存儲容量大，則表明機械手的適應性強，通用性高，從事復雜作業(yè)的能力強。 1.3.2規(guī)格參數(shù) 機械手的標牌上標出來或列表說明的主要參數(shù)有以下幾項： 抓重（必要時注明限定運動速度下的抓重） 自由度和坐標形式 手指夾持范圍和握力 定位方式、定位精度 程序編制方式及存儲容量 重量等 1.3.3其他參數(shù) 機械手有關的其他配套裝置參數(shù)，如驅動源參數(shù)、控制柜參數(shù)等。 2 方案設計 2.1設計任務和要求 2.1.1設計任務 在液晶顯示器組裝生產(chǎn)線體上，液晶顯示面板的移送是一個關鍵問題。在一條組裝生產(chǎn)線體上，液晶面板需經(jīng)過以下生產(chǎn)工序：ACF Bonding →PCB Bonding→背光板投入→B/A貼附→T/C組裝→Cable連接→Aging老化→畫異檢查→外觀檢查→內(nèi)/外包裝。在T/C組裝與Cable連接之間，液晶顯示面板需要從一段生產(chǎn)線體跨越至令一段生產(chǎn)線體，以滿足下一步的生產(chǎn)工序要求。此工序要求生產(chǎn)工人長時間停留在生產(chǎn)線中，并保證搬運顯示器面板速度適宜，節(jié)拍正確。 對于以上生產(chǎn)工序，使用普通人工勞動無疑會增加企業(yè)的人力成本，并且無法在任何時候保證生產(chǎn)節(jié)拍的吻合，而且，對于人工作業(yè)而言，這樣高強度高要求的工序不適合由人工完成。為此，本次設計將完成一套移栽機的結構設計，要求該移栽機能完成液晶顯示面板的搬運工作。移栽機要求結構簡單，能穩(wěn)定夾取面板，且夾緊力適當。 2.1.2設計要求 在液晶面板生產(chǎn)流水線上，根據(jù)面板的翻轉要求，會將生產(chǎn)分割成幾個不同的小段，以此完成各階段的組裝、測試工作。這些小段生產(chǎn)線之間具有高度差，一般為30cm到50cm。因此，需要完成將液晶面板從一段生產(chǎn)線移送到另一段生產(chǎn)線的工作。移栽機工作時，旋轉軸旋轉角度為180°，夾具旋轉角度為120°。 在移送過程中，移栽機夾取面板的壓力要適中，移送翻轉的角度不能超過一定限度。一般情況下，對于小型面板（15~23寸）而言，其重量較輕，面板厚度較小，因此，采用伺服電機前進與氣缸夾緊相結合的夾緊方式，可以有效提高夾緊行程及保證夾緊壓力。同時，為了保證液晶面板移送過程中動作平穩(wěn)，夾臂在移送過程中保證平動，在移栽機的機械臂內(nèi)，將采用輪徑相等的同步皮帶輪進行傳動。 2.2運動方案設計 如圖2所示，外殼固定在軸1上，可以隨著軸1的轉動而轉動，皮帶輪1 （同步輪）另外固定在基座上，固定不轉動；軸2固定在外殼上，與外殼沒有相對轉動；同步輪2安裝在軸2上，可以與軸2相對轉動。同步輪1與同步輪2通過梯形同步皮帶傳動。根據(jù)帶輪的運動以及幾何關系，可證明，在轉動的過程中，同步輪2與地球是沒有相對轉動的，即：如果在輪2上標記兩點A、B，則在轉動后，A→B方向是不變的。輪2相當于平動。所以，輪2相對軸2（也就是相對于外殼）轉過的角度與θ相等。 圖2 同步帶輪的平動 由于同步帶輪繞軸轉過角度與旋轉軸轉過的角度相等，為了保證平動關系以及考慮同步帶傳動的平穩(wěn)行，機械臂內(nèi)帶輪傳動選擇了兩級傳動。 圖3 采用兩級同步輪傳動 如圖3所示，皮帶輪1固定在軸1上，輪1與基座固定不動，軸1帶動整個外殼轉動時，軸2、軸3固定在外殼上，帶動輪1-2，輪2-1，輪2-2轉動，由以上論述可知，三個輪均為平動。 2.3移栽機械手旋轉臂的整體運動方案 機械旋轉臂的整體運動方案設計如圖3所示。當外殼在軸1的帶動下旋轉180°后，通過多級皮帶傳動，最終實現(xiàn)擺動輪架的平動，并使輪4繞軸4轉動120°，實現(xiàn)翻轉功能，將液晶面板模組移送到正確位置。 圖4 機械旋轉臂的整體設計方案 移栽機的整體動作流程如下： 1.液晶面板流入到移栽機夾緊頭部下，生產(chǎn)線上安裝的傳感器感應到物件發(fā)出信號； 2.抓取機構接收傳感器信號，同時，氣動回路電磁閥通電，抓取氣管進氣，吸盤開始抓?。? 3.吸盤吸取后，吸盤上的傳感器感應并發(fā)出信號，旋轉臂接收信號并旋轉； 4.旋轉到達形成位置，感應旋轉角度的傳感器發(fā)出信號，旋轉動作停止； 5.松開面板模組后，旋轉臂回程，等待下一個面板流入； 移栽機機械手滿足了液晶顯示生產(chǎn)企業(yè)的需要，其優(yōu)點主要有： 機械手能持久、耐勞、可把人從繁重的、枯燥無味的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。人在連續(xù)長時間工作后，總會感覺到疲勞和厭倦，而機械手只要注意維護和檢修，即可勝任長時間的單調(diào)重復勞動。 由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作才錯誤。從而明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 3 機械手設計 3.1設計要求 手臂部件是機械手主要的執(zhí)行部分，其作用是支撐手腕及抓取機構，其中包括被抓取的工件或工具。其他一些裝置傳動機構或驅動裝置有時也安裝在手臂上。機身則是直接支撐和帶動手臂部件，并實現(xiàn)手臂的回轉、升降等運動。因此，手臂的送放運動越多，機身的結構和受力狀況也越復雜。設計時應注意以下幾個問題： 1.剛度 剛度是指手臂和機身在外力的作用下抵抗變形的能力。由于機械手的手臂一般都要懸伸，包括水平或垂直懸伸，因此手臂和機身的剛度十分重要。手臂懸伸量越大，剛度越差，且剛度隨懸伸的距離變化而變化，因而懸伸量對機械手運動性能、位置精度和負荷能力都有較大的影響。為提高手臂的剛度，除盡量縮短手臂懸伸量外，還應合理地選擇手臂截面形狀，合理地確定手壁壁厚和材質(zhì)，及合理地布置受力構件的位置和方向。 2.精度 機械手的精度最終反映在手部的位置精度上，很大程度上取決于手臂和機身的精度。影響精度的因素較多，主要有手臂和機身的剛度、手部和腕部的連接剛度，定位裝置的精度等。 3.平穩(wěn)性 手臂和機身的質(zhì)量、運動速度和負荷較大，因而產(chǎn)生的沖擊和振動也比較大。因此，它們的工作平穩(wěn)性非常重要，直接影響機械手的工作質(zhì)量和壽命，設計時應予以足夠的重視。設計時除力求結構合理、緊湊、重量輕、慣性力小外，還應采取有效的緩沖措施，以便于吸收沖擊能量，提高機械手的工作平穩(wěn)性。 4.其他要求 對于一些特殊條件下工作的機械手，設計時還應滿足其他的特殊要求。例如，高溫條件下工作時，應考慮熱輻射影響，腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下工作時，應考慮防腐蝕措施；多用途作用環(huán)境下工作時，應考慮控制、檢測、維修等等。 3.2手臂機構方案設計 根據(jù)圖4，可以在主視圖和俯視圖中畫出皮帶輪外徑、安裝帶輪中心線和帶輪寬度，如圖5所示。各尺寸值如表1所示。 圖5 移栽機內(nèi)部同步帶輪與外殼之間的相對距離 表1 移栽機外殼的位置尺寸 代號 名稱 數(shù)值（mm) Δ1 帶輪至外殼外邊緣距離 8 Δ2 帶輪頂圓與外殼的內(nèi)壁的距離 7 Δ3 帶輪端面與外殼的內(nèi)壁的距離 8 Δ4 帶輪端面與外殼的內(nèi)壁的距離 10 3.3帶輪 根據(jù)運動方案，在移栽機傳動過程中，共有2組同步帶輪運動。其中，第一組中兩帶輪的輪徑相等；第二組帶輪中，根據(jù)前面論述，當輪2與外殼相對皮帶轉過180°后，輪3相對軸3相對轉過120°。因此，第一級皮帶傳動的傳動比為1：1；第二級皮帶傳動比為3：2。即： 移栽機工作過程中，由第一級軸帶動外殼轉動，由于移栽機旋轉臂擺動角速度較低，且考慮夾取的面板質(zhì)量較小，因此，初步估計同步帶傳動過程中，工作功率約為P=300W，運動過程中載荷變化較小，因此，取值為1.6。 3.3.1一級帶輪計算 1.計算功率 =300X1.6=0.48Kw 2. 選定帶型 根據(jù)功率、速度，由參考文獻選用A型 3.計算帶輪直徑和驗算帶速 (1) 計算小帶輪基準直徑 根據(jù)參考文獻，初選小帶輪的基準直徑為=80mm。 (2) 驗算帶速 由于機械手的旋轉的不大，速度遠小于30m/s，故帶速合適。 (3) 計算大帶輪基準直徑 根據(jù)公式，計算大帶輪的基準直徑 4. 帶輪外徑的計算 根據(jù)基準直徑，查參考文獻，得出帶輪的外徑為85.5mm 5.確定中心距a和基準長度 根據(jù)公式計算帶的中心距 ，初定中心距 根據(jù)公式計算帶的基準長度 由參考文獻選帶的基準長度 根據(jù)公式計算實際中心距a 中心距變化范圍為。 6. 驗算帶輪的包角 7. 計算帶的根數(shù)z (1) 計算單根帶的額定功率 由和，查參考文獻查得 據(jù)，和A型帶，查參考文獻得 查參考文獻得 (2) 計算V帶的根數(shù) 取1根V帶. 8. 帶輪機構的圖見附圖 3.3.2二級帶輪計算 1.計算功率 =300X1.6=0.48Kw 2.選定帶型 根據(jù)功率、速度，由參考文獻選用A型 3.計算帶輪直徑和驗算帶速 (1) 計算小帶輪基準直徑 根據(jù)參考文獻，初選小帶輪的基準直徑為=75mm。 (2) 驗算帶速 由于機械手的旋轉的不大，速度遠小于30m/s，故帶速合適。 (3) 計算大帶輪基準直徑 根據(jù)公式，計算大帶輪的基準直徑 根據(jù)參考文獻，圓整為112mm。 4.帶輪外徑計算 根據(jù)基準直徑，查參考文獻，得出帶輪的外徑為80.5mm 5.確定中心距a及基準長度 根據(jù)公式計算帶的中心距 ，初定中心距 根據(jù)公式計算帶的基準長度 由參考文獻選帶的基準長度 根據(jù)公式計算實際中心距a 中心距變化范圍為。 6.驗算包角 7.計算根數(shù)z (1) 計算單根帶的額定功率 由和，查參考文獻查得 據(jù)，和A型帶，查參考文獻得 查參考文獻得 （2）計算V帶的根數(shù) 取1根V帶. 8.帶輪機構的圖見附圖。 3.4外殼 3.4.1外殼的結構設計 根據(jù)圖5，外殼機構如圖6。根據(jù)外殼的形狀，零件毛坯為鑄造件，材料為HT200 圖6 外殼結構圖 3.4.2外殼尺寸的確定 L2為機械手伸長量，根據(jù)設計要求，L2=400，機械手總臂長L1=520mm，L3=190mm，初定L4=205mm，L5=85mm，h1=50mm，h2=22mm，h3=30mm，h4=15mm,壁厚ξ=8mm，R=12.5mm，D1=90mm,D2=120mm,D3=D2=90mm。 3.5軸 3.5.1主軸的設計 為了滿足軸上零件的定位、緊固及拆卸方便，軸一般設置成階梯狀，各段有不同的直徑。主軸的結構如圖7所示。 圖7 主軸的結構 1）確定軸的最小直徑 按《機械設計》中式（15－2）初步計算軸的最小直徑，選取軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機械設計》表15-3，取于是得 式中： P----軸的輸入功率； n----軸的等效轉速， 對于傳遞轉矩為主的轉軸，計算時可忽略彎矩，按照扭矩強度條件確定軸直徑，根據(jù)實際實際情況，軸主要受扭矩作用，擺動工作。因此，根據(jù) 此軸段配合齒輪，其的孔徑d=35mm。因此，軸與齒輪連接部分的軸徑。 2) 軸承的選擇與確定各段軸尺寸 齒輪寬度為16mm,,定位軸肩，故取h=5mm,查標準GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號為6008，d=40mm，，因此，確定該部份軸徑，軸肩部用于固定軸承內(nèi)圈，按照所選軸承內(nèi)圈尺寸mm，確定軸肩處軸徑，軸肩固定帶輪，軸徑，。 根據(jù)圓柱形軸伸標準，，，。根據(jù)外殼的尺寸，計算得，，。 由于實際運用中，主軸受扭矩作用對主軸影響很小，主軸材料選用40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，其 因此，根據(jù)經(jīng)驗可知，所選主軸軸徑是能滿足工作要求的，故對該軸不做強度校核。 3.5.2第二級軸的設計 第二級軸主要起中轉作用，在皮帶傳動過程中，為了防止皮帶的攢動，保證帶輪在運動過程中的平穩(wěn)，這里選擇2級傳動縮短中心距及皮帶長度。在設計過程中，第二級軸固定在外殼壁上不動，它與皮帶輪之間發(fā)生相對轉動。 1）軸的結構 為了保證皮帶輪在軸上能正確定位，且保證軸承的定位。第二級軸的裝配圖如圖8所示。 圖8 第二級軸的結構設計 考慮到該處軸所受的彎矩不大，且所受扭矩可以忽略不計，因此，根據(jù)經(jīng)驗確定該處軸徑最小值為25mm，故。一端用于固定軸與外殼，另一端利用擋圈固定軸承內(nèi)圈。 2）軸承的選用及軸徑的確定 軸承的選用依據(jù)軸徑及所受力的類型而定，查標準GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號為6005，d=25mm，da=30mm，軸肩部分用于固定軸承內(nèi)圈，按照所選軸承內(nèi)圈尺寸da=30mm，確定軸肩處軸徑，。根據(jù)外殼的尺寸，計算得，，。此處軸承均采用酯潤滑，故未采用密封圈。 3.5.3第三級軸的設計 第三級軸主要用于固定擺動盤以及帶輪。由以上論述中可知，在運動過程中需要保證擺動盤的平動（相對于外殼擺動）。這就要求擺動盤必須與帶輪固定在一起，且在擺動盤中需裝配軸承 1）軸的結構設計 為了保證皮帶輪在軸上能正確定位，且保證軸承的定位。第三級軸的裝配圖如圖9所示。 圖9 第三級軸的結構設計 如上圖所示，根據(jù)設計要求，將軸的一端設計成法蘭盤形狀，并通過螺釘固定在軸架上，此時，軸保持與外殼保持相對不動，通過選擇深溝球軸承支撐帶輪與擺動盤，并將帶輪與擺動盤運用螺栓連接起來，從而實現(xiàn)帶輪與擺動保持相對不動，而與外殼保持相對轉動的設計要求。 在傳動過程中，軸主要受徑向拉力，且該徑向拉力較小。而軸向方向幾乎不受力。因此，為了保證運動穩(wěn)定，這里選擇軸徑。軸肩部分的軸徑尺寸根據(jù)軸承型號確定。 2）軸承的選用及軸徑的確定 軸承的選用依據(jù)軸徑及所受力的類型而定，查標準GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號為6005，d=25mm，da=30mm，軸肩部分用于固定軸承內(nèi)圈，按照所選軸承內(nèi)圈尺寸da=30mm，確定軸肩處軸徑,處設計成法蘭盤形狀，其軸徑,。此處軸承均采用酯潤滑，故未采用密封圈。根據(jù)外殼的尺寸，計算得，。 此軸段同時起定位作用,.此處軸承均采用酯潤滑，故未采用密封圈。 3.6抓取機構 3.6.1抓取機構方案設計 抓取部件用于抓取顯示器模組。它由兩大部分組成：旋轉帶輪和抓取裝置。旋轉帶輪帶動抓取裝置進行翻轉運動。根據(jù)所要求的夾取的液晶顯示器面板尺寸要求，其行程變動較大，單獨靠氣缸桿是無法保證夾緊力的。因此，這里確定為負壓吸盤。抓取部件的結構如圖10所示。 圖10 抓取機構結構圖 如上圖所示，墊板通過螺栓與帶輪連接緊固。同時負壓吸盤機構也用螺釘緊固在墊板上，當帶輪轉動時，帶動抓取機構翻轉。吸盤上裝有感應器，用于判定氣缸夾緊是否到位。 3.6.2抓取部件的方案設計 為保證皮帶輪能方便快速夾取面板，并且在移動過程中，夾具能反向旋轉過一定角度。夾具頭部分采用了如下運動方案：當輪3在外部皮帶輪帶動下逆時針轉動時，帶動擺動輪架轉動（實際為平動）。所以，若視外殼為參考系，則轉動過程中，擺動輪架繞軸3轉動180°，同時帶動輪4繞軸4順時針轉過120°。如圖11所示。 圖11抓取頭部運動方案 3.6.3抓取結構設計 1.抓取機構的原理 機械手的抓取機構又稱手部或爪部，是用來抓取工件或握持工件的部件。隨著被抓取對象的形狀、大小、重量、材質(zhì)以及表面狀況的不同，抓取機構的結構也不同，按工作原理不同，抓取機構基本上可分為夾鉗式和吸附式兩類。 2.抓取機構的設計要求 1)具有足夠的夾緊力 2)手指間應具有一定的開閉角 3)保證工件的準確定位 4)具有足夠強度和剛度 5)考慮被抓取對象的要求 3.抓取機構的設計 1）抓取機構的選擇 液晶顯示面板為玻璃平板面板，表面平整光滑、無孔和無油；氣流負壓式手部具有結構簡單，重量輕，表面吸附力分布均勻，吸附效果好故采用吸附式抓取機構。按形成負壓或者真空的方法，氣流負壓式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。故本設計中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。 2）氣流負壓吸盤的工作原理 根據(jù)流體力學，氣體在穩(wěn)定的流動狀態(tài)下，單位時間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴每一個截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡單情況下，低流速截面的噴嘴應當具有大面積，而高流速截面的噴嘴應當具有小面積。所以，壓縮的空氣由噴嘴進口處A進入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當沿氣流流動方向截面收縮到最小處即臨界面積，流速達到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半，即。為使噴嘴出口處的壓力低于，必須在噴嘴的臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負壓。當在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。 圖12 噴射氣流原理圖 3）噴射式負壓吸盤結構 圖13所示為可調(diào)噴射式負壓吸盤的結構圖。為使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當?shù)拈g隙，以便將吸盤內(nèi)腔的氣體帶走。間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率;間隙太大時，離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動速度就越低，同時，從噴嘴套出口處反回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié)，以便噴嘴有效地工作。在圖13中，噴嘴5與噴嘴套6的相對位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙大小。 1.株膠吸盤 2.吸盤芯子 3.通氣螺釘 4.吸盤體 5.噴嘴 6.噴嘴套 圖13可調(diào)噴射式負壓吸盤結構 噴射器進口氣壓選定之后，可以查出真空壓力值和耗氣量。根據(jù)公式計算吸盤直徑。計算吸盤的直徑. 吸盤吸力的計算公式為: P= 式中:P——吸盤吸力(N)，本機械手的吸盤吸力為50N，故P=50N; D——吸盤直徑 (cm). N——分吸盤數(shù)量，本機械手吸盤數(shù)量為1; ——吸盤吸附工件在起動時的安全系數(shù)，在此取=1.5; ——工作情況系數(shù)。板料間有油膜存在則要求的吸附力大些；若裝有分料器,則吸附力就可小些。另外工件從模具取出時，也有摩擦力的作用。與此同時應考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產(chǎn)生慣性力的影響。因此，應根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)，一般可在(1～3)的范圍內(nèi)選取。在此，取 ； ——方位系數(shù)，吸盤垂直吸附時，則，f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤吸附金屬材料時，取戶0.5～0.8;當吸盤水平吸附時，取。 代入數(shù)據(jù)得: D=16.92 （cm） 4）噴嘴的有關結構尺寸 噴嘴的管道有關尺寸，如直徑和長度等對吸盤的吸力及工作的穩(wěn)定性均有直接的影響，為提高噴嘴的效率，噴嘴通道的長度不能太長，通道內(nèi)壁的光潔度應比較高，各通道截面過渡處不能出現(xiàn)渦流，否則氣流的速度會受到很大的阻礙。有關尺寸通常都是實驗來加以確定。目前應用的一種噴嘴結構如圖所示。吸盤用通氣螺釘固定在吸口上。D1直徑為1-1.8毫米，D2直徑為3-3.5毫米，壓縮空氣的壓力為5公斤/立方厘米，實驗證明吸盤直徑為40毫米，便有5-7公斤吸力；吸盤的直徑為60毫米，便有13-16公斤吸力。一般噴嘴的材料為青銅。 5）性能特點及控制回路 a.性能特點 由于噴射器無可動件，結構簡單，所以無故障。 由于氣流噴射器，體積小，重量輕又靠近吸盤，能滿足機械手移動靈活、輕量化的要求。 由于氣流為連續(xù)介質(zhì)，所以能獲得連續(xù)穩(wěn)定的真空度。 由于壓縮的空氣有無位直接控制，所以真空有無是瞬時完成的，這樣負壓吸盤能快速吸附物件，一旦氣流切換吸盤能快速強制脫離吸盤附件. 制造簡單，成本較低，許多場合可以代替小型機械式的真空泵。 許多自動包機中，由于主機經(jīng)常帶有氣源，使用負壓吸盤，可以節(jié)省不必要的結構和能源，氣流噴射器的真空度、好氣量與進口壓力之間的關系如圖 圖14 真空度、好氣量與進口壓力之間的關系 不同規(guī)格吸盤，理論吸力與真空度之間的關系如圖 圖15理論吸力與真空度之間的關系 b.控制回路 圖16控制回路圖 上圖所示為氣流負壓吸盤的一般控制回路圖，其中真空切換閥能在吸盤脫離吸附物件的瞬時破壞吸盤真空能力，以便快速脫離吸附件。 4 Solidworks建模 4.1機械臂外殼建模 外殼用于裝配傳動的同步帶輪、固定傳動軸，和擺動輪，并通過自身繞主軸的擺動，帶動其中的軸運動，并牽引同步帶輪繞中心不動輪轉動，實線同步運動。根據(jù)經(jīng)驗，確定移栽機外殼材料為HT200,并采用鑄造成型，其壁厚為8mm。 新建一個空白零件文件，點擊草圖繪制按鈕，繪制相應草圖后，選擇草圖拉伸工具至適當寬度。然后選擇拉伸切除工具完成機械臂內(nèi)腔的建立。在完成機械臂內(nèi)腔及各通孔后，選擇圓角工具和倒角工具對相應邊進行倒角或倒圓。完成以上工作后，需根據(jù)設計進行相應攻螺紋孔工作，選擇孔導向工具，在對應位置添加螺紋孔。重復以上工具應用，即可完成模型的建立。 圖17 外殼結構設計 4.2氣流負壓抓取機構建模 氣流負壓吸附式抓取機構是利用大氣壓強差來吸附工件而工作的。吸盤與工件接觸形成密封的內(nèi)腔，吸盤內(nèi)腔的大氣被排除而形成真空或負壓，外部大氣壓強大于內(nèi)腔壓強，工件緊緊地被吸附住。氣流負壓抓取機構如圖18所示。 圖18 氣流負壓抓取機構結構設計 4.3擺動頭部建模 外殼在擺動的過程中，需要帶動同步帶輪平動，從而由同步帶輪帶動擺動盤擺動，并由此實現(xiàn)將面板翻轉120°的目的。在設計過程中，由于擺動盤與外殼之間存在相對轉動，因此，對于掛在固定軸上面的擺動盤而言，其相對于外殼必須有一定的間隙，從而減小摩擦，另外，擺動還需與外殼內(nèi)的同步帶輪固定在一起。這里，我選擇使用六個不同的套筒套在螺釘上，以此保證螺釘?shù)逆i緊距離。其結構如圖19所示。 圖19 擺動頭的結構設計 如上圖所示，軸支架通過螺釘固定在外殼上，并通過上部的螺釘與軸固定在一起，因此，軸、外殼、帶輪是相對不動的。而擺動盤與帶輪固定在一起，并與外殼有相對轉動，從而實現(xiàn)平動。 4.4整體裝配體建模 完成各零部件建模之后，需完成裝配體的建立。裝配體裝配過程中，需主要考慮裝配的配合關系，建立相應的配合關系應注意以下幾點： 1）裝配的過程中應避免干涉。零部件建立相應的配合關系后，應運用軟件中干涉分析工具檢查裝配體是否存在干涉。 2）同軸關系建立應該避免與螺栓配合關系沖突。某些零部件的連接是依靠螺栓連接的，其配合關系應以螺栓配合為主。 圖20 整體裝配圖 4.5零部件工程圖繪制 Solidworks2008軟件中新建一個工程圖文檔，選擇合適的圖紙大小，點擊左邊“瀏覽”對話框，選擇需要生成的零部件工程圖的零件文檔；在左邊模型視圖中選擇適當?shù)囊晥D方向，并將視圖在合適的位置即可生成相應的工程圖。 選擇工具欄中的剖視圖工具，并在圖紙中劃取剖面線的位置，即可生成相應剖視圖。由于Solidworks2008生成的工程圖缺乏工程信息。因此，將生成的工程圖文件另存為Dwg格式文件，并運用AutoCAD編輯，完成裝配圖工程圖的繪制。 總 結 本次設計完成了對液晶顯示器面板模組移栽機（LCM移栽機）的結構設計工作。液晶顯示器生產(chǎn)企業(yè)是近年來發(fā)展非常快的企業(yè)，在液晶顯示器面板的組裝過程中，生產(chǎn)勞動過程枯燥無味、勞動時間長，因此，根據(jù)實際情況設計了這個面板模組移栽機，以此提高勞動生產(chǎn)率、降低工人勞動強度。在設計過程中，主要完成了以下工作: 收集關于機械手的設計資料，了解機械手在自動化生產(chǎn)企業(yè)中的運用情況。 分析液晶面板模組搬運過程的條件，提出總體設計方案，選擇適當傳動方式。 確定LCM移栽機需要滿足的運動要求，確定夾取方式。 完成移栽機機械臂的結構設計，選定相關標準件；完成夾取部件的結構設計。 建立移栽機的整體模型，繪制主要零部件的工程圖，繪制整體裝配圖。 設計過程中，最困難的部分是根據(jù)面板模組的翻轉要求確定設計方案，特別是夾取頭部的結構設計，需要滿足平動條件下帶輪翻轉120°，以達到翻轉要求。多次修改方案后，最終在同學的幫助下，最終確定了結構方案。 同步帶輪傳動，在保證移送運動的同時，實現(xiàn)了翻轉功能。這些對我以后的設計及工作具有極大的鼓勵和引導作用，也讓我將所學的專業(yè)知識又一次由理論變成了實際運用。然而，我同樣遇到了一些困難，設計過程也存在一些不足之處： 設計前無法確切了解液晶面板移栽機運動過程所需要的工程條件。對于夾緊力，翻轉角度等條件均由估算得出，未經(jīng)實際驗證。 移栽機的翻轉過程中，只針對運動過程提出設計的運動方案，對伺服電機、軸等尚未校核。 通過這次設計，提高了我分析和解決問題的能力，擴寬和深化了學過的知識，掌握了設計的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機身材料、國家標準、圖冊等工具書的能力。 參考文獻 [1] 曾繁玲. 一種PLC控制的工業(yè)機械手[M]. 常熟理工學院學報（自然科學），2008.4，22（4）：101-103. 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