710 液晶面板模組移栽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套19張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)】
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外文翻譯
Design and Development of a Competitive Low-Cost Robot Arm with Four Degrees of Freedom
一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的低成本的四自由度機(jī)械人手臂的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
摘 要
這項(xiàng)工作的主要重點(diǎn)是設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和實(shí)施具有競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人手臂具有增強(qiáng)控制和粗短的成本。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)采用四自由度和才華來(lái)完成精確簡(jiǎn)單的任務(wù)，如光材料處理，這將被整合到了作為一個(gè)助理為工業(yè)勞動(dòng)力的移動(dòng)平臺(tái)。機(jī)器人手臂上配有數(shù)個(gè)伺服電機(jī)的臂之間做鏈接和執(zhí)行的手臂動(dòng)作。伺服電機(jī)編碼器包括使沒(méi)有控制器實(shí)施。控制我們使用LabVIEW ，它執(zhí)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和串行通信的適當(dāng)?shù)慕嵌?，以一個(gè)微控制器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，修改的位置，速度和加速度的能力的機(jī)器人。機(jī)器人手臂的測(cè)試和驗(yàn)證，進(jìn)行和結(jié)果表明，正常工作。關(guān)鍵詞：機(jī)器人手臂，低成本，設(shè)計(jì)，驗(yàn)證，四自由度，伺服電機(jī)， Arduino的的機(jī)器人控制， Labview的機(jī)器人控制
目 錄
1引言 1
2機(jī)械設(shè)計(jì) 1
3機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng) 6
4最終選擇效應(yīng) 6
5機(jī)械手的控制 7
5.1逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制 8
5.2 手動(dòng) 9
6測(cè)試和驗(yàn)證 10
7結(jié)果與討論 11
7.1伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍 11
7.2 電流消耗 12
7.3 最大負(fù)載 12
7.4 最終位置 12
8 結(jié)論 13
參考文獻(xiàn) 14
1引言
機(jī)器人實(shí)際上是定義為研究，設(shè)計(jì)和使用機(jī)器人系統(tǒng)的制造[1]。機(jī)器人通常用于執(zhí)行不安全的，危險(xiǎn)的，高度重復(fù)的，和單調(diào)的任務(wù)。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(jī)床的裝載和卸載功能，刷涂，噴涂等。主要有兩種不同類(lèi)型的機(jī)器人：一個(gè)服務(wù)機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人，工作半或完全自主地去履行服務(wù)，有用的福祉人類(lèi)和設(shè)備，但不包括生產(chǎn)操作[2] 。工業(yè)用機(jī)器人，在另一方面，被正式通過(guò)ISO定義的自動(dòng)控制和多用途可編程操縱器在三個(gè)或更多個(gè)軸[3]。工業(yè)機(jī)器人是移動(dòng)的材料，零件，工具，或通過(guò)可變的程式動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)設(shè)備來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)不僅包括工業(yè)機(jī)器人，但也能夠執(zhí)行其任務(wù)以及測(cè)序或監(jiān)視通信接口需要對(duì)機(jī)器人的任何設(shè)備和/或傳感器。2007年全球市場(chǎng)增長(zhǎng)了3％，約114,000新安裝的工業(yè)機(jī)器人。截至2007年底，全國(guó)共有大約一萬(wàn)個(gè)工業(yè)機(jī)器人的使用，估計(jì)有50,000服務(wù)機(jī)器人用于工業(yè)用途比較[3] 。由于增加使用工業(yè)機(jī)器人手臂，演變到該主題開(kāi)始試圖模仿人類(lèi)動(dòng)作的細(xì)節(jié)模式。例如一組學(xué)生在韓國(guó)做創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，為舞蹈的手，舉重，中國(guó)書(shū)法和顏色分類(lèi)機(jī)械臂考慮[4] 。另一組工程師在美國(guó)開(kāi)發(fā)八個(gè)自由度機(jī)械臂。該機(jī)器人是能夠把握多個(gè)對(duì)象與很多從筆形狀的一球，也模擬人類(lèi)的手[5]。在空間上，航天飛機(jī)遙控器系統(tǒng)，被稱(chēng)為SSRMS或Canadarm ，其繼任者是例子多度已經(jīng)用來(lái)執(zhí)行各種使用專(zhuān)門(mén)部署熱潮的任務(wù)，例如航天飛機(jī)的檢查自由機(jī)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(xí)從貨艙航天飛機(jī)傳感器[6] 。
在墨西哥，科學(xué)家們已經(jīng)上了軌道設(shè)計(jì)和發(fā)展許多機(jī)器人的手臂，墨西哥政府估計(jì)，在墨西哥有在不同的工業(yè)應(yīng)用中使用了大約11,000機(jī)械臂。不過(guò)，專(zhuān)家認(rèn)為，機(jī)器人手臂的最高點(diǎn)，不僅質(zhì)量更高，而且準(zhǔn)確，可重復(fù)性和粗短的成本。 大多數(shù)機(jī)器人都設(shè)置了一個(gè)操作的示教和重復(fù)技術(shù)。在這種模式下，一個(gè)訓(xùn)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(dòng)教機(jī)器人的任務(wù)。在這些編程會(huì)話(huà)機(jī)器人的速度很慢。 目前的工作是一個(gè)兩階段的項(xiàng)目，這需要一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人能夠運(yùn)送工具從存儲(chǔ)室到工業(yè)單元的一部分。在這個(gè)階段中的項(xiàng)目，該項(xiàng)目開(kāi)展了在科技，墨西哥蒙特雷大學(xué)，主要的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)， 制定和實(shí)施了工業(yè)機(jī)器人手臂粗短的成本，準(zhǔn)確和優(yōu)越的控制。這個(gè)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)采用四自由度和才華來(lái)完成簡(jiǎn)單的任務(wù)，如光隊(duì)友里亞爾處理，這將被整合到移動(dòng)平臺(tái)的形式，作為一個(gè)助理為工業(yè)勞動(dòng)力。
2機(jī)械設(shè)計(jì)
機(jī)器人手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)是基于一個(gè)機(jī)器人操作器具有類(lèi)似功能的一個(gè)人的手臂[6-8]。這樣的操縱器的鏈接是由關(guān)節(jié)，允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和操縱器的鏈接被認(rèn)為形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈連接。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)鏈的業(yè)務(wù)最終被稱(chēng)為末端效應(yīng)器或臂端的 - 工具，它是類(lèi)似于人的手。圖1顯示了自由體圖的機(jī)器人手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)。
圖1 機(jī)械手的自由體圖
如圖所示，端部執(zhí)行器不包括在設(shè)計(jì)，因?yàn)槭惺鄣膴A持器被使用。這是因?yàn)槎瞬繄?zhí)行器是系統(tǒng)中最復(fù)雜的部分之一，并且，反過(guò)來(lái)，這是很容易和經(jīng)濟(jì)地使用商業(yè)化生產(chǎn)它。 圖2示出了機(jī)器人手臂的工作區(qū)域。
圖2 機(jī)械手工作區(qū)域圖
這是一個(gè)機(jī)器人臂具有四個(gè)自由度（DOF 4）的典型的工作空間。機(jī)械設(shè)計(jì)僅限于4自由度，主要是因?yàn)?，這樣的設(shè)計(jì)允許大部分必要的運(yùn)動(dòng)，并保持 成本和機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜性。因此，關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被限制，其中旋轉(zhuǎn)的肩完成圍繞兩個(gè)軸和周?chē)挥幸粋€(gè)在肘和手腕上，參見(jiàn)圖1。 機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)通常是由驅(qū)動(dòng)的電氣馬達(dá)。伺服電動(dòng)機(jī)被選擇，因?yàn)樗鼈儼ň幋a器，它可以自動(dòng)提供反饋給電動(dòng)機(jī)并相應(yīng)地調(diào)整位置。但是， 這些電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)范圍小于180?跨度，從而大大減小了臂和可能的位置到達(dá)該區(qū)域的[9]。的基礎(chǔ)上，選定了伺服電機(jī)的資格 由結(jié)構(gòu)和可能的負(fù)載所需的最大扭矩。在目前的研究中，用于構(gòu)造的材料是丙烯酸樹(shù)脂。 圖3示出用于負(fù)載計(jì)算的力的圖。的計(jì)算均只對(duì)具有最大負(fù)荷關(guān)節(jié)，由于其他關(guān)節(jié)將具有相同的電機(jī)，即電機(jī)可以移動(dòng)的鏈接沒(méi)有問(wèn)題。計(jì)算考慮了權(quán)重 的電動(dòng)機(jī)，約50克，除電機(jī)在關(guān)節(jié)B的重量，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)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(fù)載（攜帶了該書(shū)的DC和ED）和計(jì)算如下進(jìn)行。
圖3 機(jī)械手負(fù)載分布圖
圖4 CB段負(fù)載分布圖
用于扭矩計(jì)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(fù)載）
CM = Dm為0.050公斤（重電機(jī)）
LBC為0.14米（公元前鏈路的長(zhǎng)度）
液晶顯示屏為0.14米（鏈接的CD長(zhǎng)度）
斯α= 0.05米（LINK DE的長(zhǎng)度）
執(zhí)行力之和在Y軸，用負(fù)載，如圖4中，并求解CY和CB，見(jiàn)方程（1） - （4）。同樣，執(zhí)行的時(shí)刻周?chē)狞c(diǎn)C的總和，式（5），和點(diǎn)B，方程
化（6），以獲得在C和B，等式（7）和（8），分別在轉(zhuǎn)矩。
（6）
（7）
（8）
該被選擇的基礎(chǔ)上，計(jì)算在伺服馬達(dá)，是Hextronik HX12K ，其具有280盎司/英寸的扭矩。該電動(dòng)機(jī)被推薦，因?yàn)樗热魏纹渌姍C(jī)與同樣規(guī)格便宜得多。由于我們需要更大的扭矩在關(guān)節(jié)B，見(jiàn)公式（8） ，我們使用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)在點(diǎn)B處，以符合扭矩要求;然而，一個(gè)馬達(dá)是不夠的其它關(guān)節(jié)。采用兩臺(tái)電機(jī)的合資B比使用一個(gè)大電機(jī)560盎司/英寸便宜得多。
圖 5 伺服電機(jī)
可以在圖5中示出，其他有關(guān)的特征是，它們可以轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)器人手臂和電機(jī)的初始尺寸，設(shè)計(jì)進(jìn)行了使用SolidWorks平臺(tái);設(shè)計(jì)應(yīng)仔細(xì)考慮丙烯酸類(lèi)片材的厚度和該塊將被彼此連接的方式。用于使機(jī)器人的聚丙烯酸酯片材是1/8厚度和該薄片的選擇，因?yàn)樗菀准庸ず透p的重量以良好的抗性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們面臨著由于強(qiáng)烈的加盟薄亞克力部分的方式有些困難。它是需要工具來(lái)燒，并加入丙烯酸零件和未提供的和球隊(duì)認(rèn)為機(jī)械結(jié)基于螺釘和螺母會(huì)比其他的替代品，如膠如多強(qiáng)。為了做到這一點(diǎn)，一個(gè)小的特征，設(shè)計(jì)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(gè)過(guò)程的結(jié)果是在圖6所示立體設(shè)計(jì)。
圖 6 機(jī)械手3D模型
按照設(shè)計(jì)的結(jié)束，每個(gè)部分被印在滿(mǎn)刻度的硬紙板，然后我們核實(shí)了所有尺寸和組件的接口。反過(guò)來(lái)，我們建立了機(jī)器人手臂的第一個(gè)原型。接著，上述機(jī)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(jìn)行機(jī)械加工。的詳細(xì)說(shuō)明在各部分被做在一個(gè)專(zhuān)業(yè)工場(chǎng)因?yàn)闄C(jī)器人手臂的部分太小，這并不是一件容易的實(shí)現(xiàn)這種小而準(zhǔn)確的切割。在組裝機(jī)器人部件的電機(jī)，幾個(gè)問(wèn)題彈出。有報(bào)道說(shuō)，沒(méi)有抵抗所述緊固，并且，反過(guò)來(lái)，可能會(huì)破裂的臨界點(diǎn);因此，在這些點(diǎn)援軍進(jìn)行了審議。機(jī)器人手臂的最終結(jié)果示于圖7。
圖 7 機(jī)械手總體裝配圖
3機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)
為了驗(yàn)證機(jī)械臂的定位準(zhǔn)確，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算進(jìn)行。這樣的計(jì)算來(lái)獲得每個(gè)電機(jī)從通過(guò)使用直角坐標(biāo)系，
圖 8 坐標(biāo)系
如圖8所示的位置上的角度各電動(dòng)機(jī)將具有特定功能：位于A結(jié)合的位置的馬達(dá)，在y的最終元件軸，馬達(dá)B和C的位置在x和z軸的最后一個(gè)元件。該問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)使用xz平面簡(jiǎn)化，如圖9在其下面的已知值被定義在[9] ：LAB ：前臂長(zhǎng)度。LBC ：臂長(zhǎng)。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(guān)系，如圖9所示， θ2和θ1可以得到，如在方程（9）可見(jiàn)，（10）的馬達(dá)角度。
圖9 XZ平面
馬達(dá)B將使用θ1和馬達(dá)C被打算用θ2。的角度為馬達(dá)A的計(jì)算公式為EEN在等式（11）。通過(guò)這些計(jì)算，伺服電機(jī)的角度得到，從而他們采取的行動(dòng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)移動(dòng)到特定位置。
4最終選擇效應(yīng)
端部執(zhí)行器可能是該系統(tǒng)的最重要和最復(fù)雜的部分之一。明顯的，它是非常容易和經(jīng)濟(jì)地使用商業(yè)人比構(gòu)建它。端部執(zhí)行器主要是根據(jù)應(yīng)用和機(jī)器人臂完成的任務(wù)而變化;它可以是氣動(dòng)，電動(dòng)或液壓。由于我們的機(jī)器人手臂是基于在電力系統(tǒng)中，我們可以選擇末端效應(yīng)器的電基礎(chǔ)。此外，本系統(tǒng)的主要應(yīng)用是處理，因此，我們的末端執(zhí)行器的推薦類(lèi)型是一個(gè)夾持器，如圖10。
圖 10 夾持器與伺服
5機(jī)械手的控制
該機(jī)器人手臂能自動(dòng)或手動(dòng)控制。在手動(dòng)模式下，訓(xùn)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(gè)機(jī)器人做手工任務(wù)。在機(jī)器人的速度這些編程會(huì)話(huà)是緩慢的。在目前的工作中，我們所包圍的兩種模式。一個(gè)微控制器，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)臺(tái)電腦化用戶(hù)界面：三個(gè)層次的呈現(xiàn)機(jī)器人手臂的控制基本上由。該系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，允許靈活的編程和控制方法，它是利用逆實(shí)施運(yùn)動(dòng)學(xué);此外它也可以在全手動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)。控制的電子設(shè)計(jì)示于圖11。
圖11 控制器的電子方案
用微控制器是一個(gè)的Atmega 368 ，它有一個(gè)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(qū)動(dòng)器
編程語(yǔ)言非常類(lèi)似于C ，但包括幾個(gè)庫(kù)，幫助在I / O端口，定時(shí)器的控制和串行通信。該微控制器被選中因?yàn)樗哂械偷膬r(jià)格，這是很容易重新編程，該編程語(yǔ)言是簡(jiǎn)單的，并且中斷可用于這個(gè)特定的芯片。所使用的驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)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(tái)計(jì)算機(jī)， 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(jī)無(wú)需控制器的應(yīng)用。這個(gè)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(hù)界面取決于所使用的控制方法，即，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)或全手動(dòng)模式。在下文中，每個(gè)接口描述：
5.1逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制
在這種控制方法中，用戶(hù)輸入的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，其中夾爪應(yīng)。至于后果，接口與LabVIEW通過(guò)一個(gè)可視化的用戶(hù)生成的，如圖14
圖14 Labview的用戶(hù)界面
程序?qū)⒆詣?dòng)執(zhí)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，以得到每個(gè)電機(jī)應(yīng)具有的角度，然后發(fā)送一個(gè)命令要么到微控制器，或直接將機(jī)器人移動(dòng)到指定的位置的驅(qū)動(dòng)器。通信是通過(guò)RS- 232協(xié)議進(jìn)行。在下文中，您可能會(huì)看到Labview的用戶(hù)界面的輸入和輸出。LabVIEW的用戶(hù)界面輸入：X軸位置。y軸的位置。Z軸位置。夾持器打開(kāi)。叼紙牙攻角。串行端口。LabVIEW的用戶(hù)界面輸出是：
電機(jī)A角。
電機(jī)B1角度。
電機(jī)B2角度。
電機(jī)?角。
攻角。
姿勢(shì)角度
這樣的輸出變量進(jìn)行處理，并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞桨l(fā)送的，這樣的信息可以在一個(gè)正確的方式來(lái)解釋。該輸出是通過(guò)其連通于控制器串行端口發(fā)送。當(dāng)按鈕“移動(dòng)”被點(diǎn)擊時(shí)，一個(gè)過(guò)程將發(fā)生，如圖15
圖15 程序流程
在圖15中，隨著這個(gè)動(dòng)作，所述機(jī)器人臂將根據(jù)所輸入的值改變其位置。此外，它有一個(gè)待機(jī)按鈕，停止該通信控制器。
這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，它使用移動(dòng)的有效方法，并提供進(jìn)一步的功能，可以實(shí)現(xiàn)，比如位置和順序?qū)W習(xí)。的缺點(diǎn)，另一方面，是使
具有有效的角度逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算之后可能的位置是非常有限的，因?yàn)樗欧姍C(jī)有180?一個(gè)約束。
5.2 手動(dòng)
這種類(lèi)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(qiáng)制的情況下持倉(cāng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模式不能計(jì)算其有效的角度，我們可以用手動(dòng)控制來(lái)代替。
基本上，手動(dòng)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(gè)命令到伺服驅(qū)動(dòng)器的微控制器相連。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一個(gè)控制板，如圖16
圖16 電位器板
應(yīng)該被構(gòu)建為一個(gè)接口與用戶(hù)的工作?？赡軐?shí)現(xiàn)包括教學(xué)功能，使微控制器存儲(chǔ)在內(nèi)存中，并通過(guò)鍵盤(pán)或系列交換機(jī)，我們可能還記得這些職位的職位。
6測(cè)試和驗(yàn)證
若干測(cè)試是驗(yàn)證該機(jī)器人臂和它的組件。測(cè)驗(yàn)涉及的特定元件和整個(gè)系統(tǒng)的，如圖17所示。
圖17 機(jī)械手測(cè)試
微控制器測(cè)試是由軟件發(fā)送不同的命令給單片機(jī)，檢查這是連接到開(kāi)啟或關(guān)閉取決于命令伺服電機(jī)的輸出發(fā)生變化。伺服電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)發(fā)送不同的直接脈沖到每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)和驗(yàn)證移動(dòng)到合適的位置的響應(yīng)之后進(jìn)行測(cè)試。我們使用的標(biāo)記知道在哪里的初始位置是和最終電機(jī)的位置是通過(guò)與微控制器發(fā)送信號(hào)，并且，反過(guò)來(lái)，它是由伺服解釋和比較，由編碼器提供的信號(hào)，從而在旋轉(zhuǎn)到所需的位置來(lái)確定。在測(cè)試過(guò)程中，伺服電動(dòng)機(jī)是因?yàn)椴徽_的極化的不一致性與機(jī)器人臂系統(tǒng)。 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(tái)電機(jī)連接根據(jù)稱(chēng)道改變位置的驅(qū)動(dòng)微控制器也測(cè)試。要注意到，在這一點(diǎn)很重要開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目的不同的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器被選中，但與他們和微控制器之間的通信幾個(gè)問(wèn)題都存在。所以，我們選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，允許數(shù)據(jù)被直接從計(jì)算機(jī)發(fā)送到它與只有一個(gè)USB線(xiàn)，所以，微控制器將僅在箱子的使用實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。其他測(cè)試，以驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的功能，
圖 18 機(jī)器人手臂的動(dòng)作
如顯示在圖18中通過(guò)引入在LabVIEW界面中的特定位置和測(cè)量，以驗(yàn)證一個(gè)參考點(diǎn)和最后點(diǎn)之間的距離發(fā)生了那些測(cè)試：該從逆正確變換到正運(yùn)動(dòng)學(xué)，指定的角度和馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)之間的關(guān)系。機(jī)器人手臂的測(cè)試和驗(yàn)證是需要細(xì)長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樾枰獛状蔚娜蝿?wù)之一。在我們的測(cè)試中，很多問(wèn)題出現(xiàn)的：錯(cuò)誤的角度計(jì)算，電機(jī)的錯(cuò)誤校正，問(wèn)題與物理角度和位置測(cè)量，因?yàn)檫@是沒(méi)有預(yù)料過(guò)載燒毀伺服電機(jī)之一。
7結(jié)果與討論
7.1伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍
伺服電機(jī)的極限得到規(guī)范，因?yàn)檫@種類(lèi)型的電機(jī)都包含有小于180度的跨度。實(shí)際范圍為所有電機(jī)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(jī)器人手臂的實(shí)際操作是從機(jī)架的情況下不同。
表1 電機(jī)角的范圍
電動(dòng)機(jī) 角度范圍
電機(jī)A 130?
電機(jī)B1 135?
電機(jī)B2 140?
電機(jī)? 142?
電機(jī)攻擊角度 125?
7.2 電流消耗
消耗電流取決于負(fù)載和機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型。在目前的研究中，有4個(gè)級(jí)別的電流消耗為：
? 低（從0到200 mA）。這種消費(fèi)發(fā)生時(shí)，機(jī)器人處于靜止?fàn)顟B(tài)（不運(yùn)動(dòng)的情況下）。
正常（從200到500 mA）。這件事發(fā)生時(shí)，機(jī)器人手臂移動(dòng)與能力去目標(biāo)沒(méi)有很大的扭矩需求。
高（500 mA到900毫安）。達(dá)到按賬面負(fù)載的開(kāi)頭這個(gè)范圍。通過(guò)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(guò)電流（超過(guò)900 MA）。負(fù)荷太重，電機(jī)不能動(dòng)彈。為在此條件下被用于多于一分鐘，將馬達(dá)燒毀，也就是說(shuō)，它是不可能使用的任何多
7.3 最大負(fù)載
這些結(jié)果是用不同的權(quán)重得到的;一袋玉米被用于與規(guī)模來(lái)決定包的體重。結(jié)果進(jìn)行了使用機(jī)器人手臂拿起袋子，并將其移動(dòng)到特定位置。表2presents的電流消耗袋玉米的不同權(quán)重。從表2中可以看出，該機(jī)器人可在負(fù)載沒(méi)有問(wèn)題的移動(dòng)超過(guò)50克以下。在負(fù)載60克，機(jī)器人手臂開(kāi)始有困難，并通過(guò)80克后發(fā)生嚴(yán)重的情況，其中憤怒可逆的損害可發(fā)生在馬達(dá)。
7.4 最終位置
結(jié)果表明，該機(jī)器人臂的精度移動(dòng)至不同的重量（<50克），結(jié)果列于表3 ，如圖所示，在機(jī)器人手臂能夠執(zhí)行移動(dòng)到指定的位置。然而，這種移動(dòng)不平滑，有時(shí)馬達(dá)沒(méi)有足夠的力，尤其是當(dāng)負(fù)載很重。此外，一些問(wèn)題可能會(huì)由于同步兩個(gè)底部的電機(jī)。兩個(gè)電機(jī)的步驟是不重合而引起的丙烯酸部位張力，這在箱子被過(guò)多會(huì)破壞的部分。
表2 負(fù)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(guò)流
100克 過(guò)流
表3 精度上的所有軸
軸 精度（ + / - ）
× 1厘米
? 2厘米
? 1厘米
8 結(jié)論
本文介紹了機(jī)器人手臂，具有天賦太一，plish簡(jiǎn)單的任務(wù)，如光材料處理的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和實(shí)施。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)和建造從那里伺服電機(jī)被用來(lái)進(jìn)行武器之間的聯(lián)系和執(zhí)行的手臂動(dòng)作亞克力材質(zhì)。伺服電機(jī)編碼器包括使沒(méi)有控制器實(shí)施;然而，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍小于180°范圍，從而大大減小了臂和可能的位置到達(dá)該區(qū)域。機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@是有限的四個(gè)自由度設(shè)計(jì)允許大多數(shù)必要的運(yùn)動(dòng)和保持成本和機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜性。末端執(zhí)行器是不包括在設(shè)計(jì)，因?yàn)槭惺鄣膴A持器使用，因?yàn)樗歉菀缀徒?jīng)濟(jì)地使用商業(yè)1比生成它。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們面臨著由于強(qiáng)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(jī)械連接點(diǎn)被使用，并且，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一個(gè)小的特征，設(shè)計(jì)這使與緊固螺母螺栓，而無(wú)需在薄亞克力層螺旋。到控制的機(jī)器人手臂，三種方法被執(zhí)行：一個(gè)微控制器，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，和一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的用戶(hù)界面。該系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，允許在編程和控制方法的靈活性，它利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)施;是 - 兩側(cè)也有可能是在全手動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)。這個(gè)機(jī)器人手臂是與他人的對(duì)比作為多比現(xiàn)有機(jī)器人手臂更便宜，還可以控制所有從一臺(tái)計(jì)算機(jī)的動(dòng)作，使用Labview的接口。數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證上述機(jī)器人手臂其中睪丸不但涉及特定元素和整個(gè)系統(tǒng);在不同的操作條件下的結(jié)果顯示信任的機(jī)器人手臂呈現(xiàn)的。
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15
液晶面板模組移栽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著工業(yè)自動(dòng)化、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)械制造工藝水平的快速發(fā)展，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分。這種新技術(shù)發(fā)展很快，并逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓及氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。本文簡(jiǎn)要敘述機(jī)械手的應(yīng)用，并重點(diǎn)闡述了在液晶面板生產(chǎn)過(guò)程中，用于將液晶面板模組從一段生產(chǎn)線(xiàn)移送到另一條生產(chǎn)線(xiàn)的液晶面板模組移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
首先，文章介紹了機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論和方法。其次，比較全面的討論了運(yùn)用移栽機(jī)完成面板移送工作的機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了該移栽機(jī)的傳動(dòng)方式，完成旋轉(zhuǎn)機(jī)械手臂和夾緊部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及各零部件的選用。最后，完成對(duì)各零部件的建模工作，并建立移栽機(jī)整體裝配體，完成各零件工程圖以及裝配圖的繪制工作。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手 、液晶面板模組 、移栽機(jī) 、旋轉(zhuǎn)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(jī)械手簡(jiǎn)介 1
1.2機(jī)械手的組成和分類(lèi) 1
1.2.1機(jī)械手的組成 1
1.2.2機(jī)械手的分類(lèi) 2
1.3工業(yè)機(jī)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(shè)計(jì) 5
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 5
2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2.1.2設(shè)計(jì)要求 5
2.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 5
2.3移栽機(jī)械手旋轉(zhuǎn)臂的整體運(yùn)動(dòng)方案 7
3 機(jī)械手設(shè)計(jì) 8
3.1設(shè)計(jì)要求 8
3.2手臂機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 8
3.3帶輪 9
3.3.1一級(jí)帶輪計(jì)算 9
3.3.2二級(jí)帶輪計(jì)算 10
3.4外殼 12
3.4.1外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.4.2外殼尺寸的確定 12
3.5軸 12
3.5.1主軸的設(shè)計(jì) 12
3.5.2第二級(jí)軸的設(shè)計(jì) 13
3.5.3第三級(jí)軸的設(shè)計(jì) 14
3.6抓取機(jī)構(gòu) 15
3.6.1抓取機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 15
3.6.2抓取部件的方案設(shè)計(jì) 15
3.6.3抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4 Solidworks建模 20
4.1機(jī)械臂外殼建模 20
4.2氣流負(fù)壓抓取機(jī)構(gòu)建模 20
4.3擺動(dòng)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(jié) 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
1 緒論
1.1工業(yè)機(jī)械手簡(jiǎn)介
機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按照給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。工業(yè)機(jī)械手由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種模仿人的操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、重復(fù)編程、能在三維空間內(nèi)完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。適用于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高，勞動(dòng)條件改善和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著非常重要的作用。
機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，通用性不高，是主機(jī)附屬的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著技術(shù)的發(fā)展，研制成功了能夠獨(dú)立按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。通用工業(yè)機(jī)械手能比較快的改變工作程序，適應(yīng)性比較強(qiáng)，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(jī)械手的組成和分類(lèi)
1.2.1機(jī)械手的組成
機(jī)械手主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)裝置以及控制系統(tǒng)等所組成。各系統(tǒng)之間關(guān)系如方框圖1所示。
圖1 機(jī)械手的組成方框圖
1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)
包括手腕、手部、手臂和立柱等部件，還有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。
2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是提供工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、輔助裝置和控制調(diào)節(jié)裝置組成。常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)等。
3.控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)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(jī)械擋塊定位系統(tǒng)組成。
4.位置檢測(cè)裝置
控制機(jī)械手執(zhí)行的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行的機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋到控制系統(tǒng)，并與設(shè)定位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行位置調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置。
1.2.2機(jī)械手的分類(lèi)
機(jī)械手的種類(lèi)比較多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，因此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式及控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。
(一)按用途分
機(jī)械手按用途分類(lèi)可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩類(lèi):
1.專(zhuān)用機(jī)械手
專(zhuān)用機(jī)械手是附屬于主機(jī)的、具有固定程序的而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有的動(dòng)作比較少、工作對(duì)象比較單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線(xiàn)的上、下料機(jī)械手等。
2.通用機(jī)械手
通用機(jī)械手是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。規(guī)格性能的范圍內(nèi)，其動(dòng)作的程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同的場(chǎng)合下使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是獨(dú)立的。工作范圍大、定位精度較高、通用性較強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。
(二)按驅(qū)動(dòng)方式分
1.液壓傳動(dòng)機(jī)械手
液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。主要特點(diǎn)：抓重的重量可達(dá)到幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊等。但密封裝置的要求嚴(yán)格，液壓油的泄漏對(duì)機(jī)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(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度要求比較高，油液過(guò)濾的要求嚴(yán)格，價(jià)格昂貴。
2.氣壓傳動(dòng)機(jī)械手
氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)來(lái)源方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)械手的結(jié)構(gòu)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(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手
機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。它的主要特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率較大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。
4.電力傳動(dòng)機(jī)械手
電力傳動(dòng)機(jī)械手是有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線(xiàn)電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)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(diǎn)位控制
它的運(yùn)動(dòng)為點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用機(jī)械手和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。
2.連續(xù)軌跡控制
它的運(yùn)動(dòng)軌跡為任意連續(xù)曲線(xiàn)，其特點(diǎn)是設(shè)定的點(diǎn)是無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)的過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍較廣，但是電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類(lèi)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
1.3工業(yè)機(jī)械手主要參數(shù)
工業(yè)機(jī)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(chēng)臂力）
工業(yè)機(jī)械手的抓重是指機(jī)械手的手臂所能抓取物件的最大重量，它是機(jī)械手主要參數(shù)之一。
B.自由度
機(jī)械機(jī)械手的自由度標(biāo)志著工業(yè)機(jī)械手所具有的功能大小，自由度越大，機(jī)械手的動(dòng)作越靈活，適應(yīng)度越強(qiáng)，但是結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。一般通用機(jī)械手有5-6個(gè)自由度即可以滿(mǎn)足使用的要求，專(zhuān)用機(jī)械手有1-2個(gè)自由度即可以滿(mǎn)足使用的要求。機(jī)械手自由度及坐標(biāo)形式，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際和工藝的要求而定。
C.運(yùn)動(dòng)速度
工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是指工業(yè)機(jī)械手在全程范圍的平均運(yùn)行速度，它反映了機(jī)械手使用效率與生產(chǎn)水平。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)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(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)和制動(dòng)的沖擊和振動(dòng)也比較大，對(duì)機(jī)械手定位精度的影響也越大。一般情況下，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的節(jié)拍，生產(chǎn)過(guò)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(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)形成范圍與機(jī)械手的抓重、驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度等多方面因素有關(guān)。通用機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)的行程盡可能大些，使機(jī)械手具有較大的通用性。因此，通用的機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)范圍均大于180度。機(jī)械手手臂伸縮行程范圍和工作半徑應(yīng)適應(yīng)，若過(guò)大，則手臂偏重力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都將增大，剛度降低，振動(dòng)增加，定位精度難以保證。目前應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手的行程范圍大多數(shù)相當(dāng)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(jī)械手工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo)，包括位置的設(shè)定精度和重復(fù)的定位精度。一般所說(shuō)的位置精度是指重復(fù)定位精度。
位置精度的高低取決于位置控制方式和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件本身的精度及剛度，此外還與機(jī)械手的抓重和運(yùn)動(dòng)速度等因素有關(guān)。
F.程序編制方式及存儲(chǔ)容量
這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是用來(lái)說(shuō)明機(jī)械手的控制性能，它們包括控制方式、程序編制方法及存儲(chǔ)方法。存儲(chǔ)容量的大小表明機(jī)械手作業(yè)能力的復(fù)雜程度和改變程序時(shí)的適應(yīng)能力和通用程度。存儲(chǔ)容量大，則表明機(jī)械手的適應(yīng)性強(qiáng)，通用性高，從事復(fù)雜作業(yè)的能力強(qiáng)。
1.3.2規(guī)格參數(shù)
機(jī)械手的標(biāo)牌上標(biāo)出來(lái)或列表說(shuō)明的主要參數(shù)有以下幾項(xiàng)：
抓重（必要時(shí)注明限定運(yùn)動(dòng)速度下的抓重）
自由度和坐標(biāo)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(chǔ)容量
重量等
1.3.3其他參數(shù)
機(jī)械手有關(guān)的其他配套裝置參數(shù)，如驅(qū)動(dòng)源參數(shù)、控制柜參數(shù)等。
2 方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求
2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)
在液晶顯示器組裝生產(chǎn)線(xiàn)體上，液晶顯示面板的移送是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在一條組裝生產(chǎn)線(xiàn)體上，液晶面板需經(jīng)過(guò)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(huà)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(xiàn)體跨越至令一段生產(chǎn)線(xiàn)體，以滿(mǎn)足下一步的生產(chǎn)工序要求。此工序要求生產(chǎn)工人長(zhǎng)時(shí)間停留在生產(chǎn)線(xiàn)中，并保證搬運(yùn)顯示器面板速度適宜，節(jié)拍正確。
對(duì)于以上生產(chǎn)工序，使用普通人工勞動(dòng)無(wú)疑會(huì)增加企業(yè)的人力成本，并且無(wú)法在任何時(shí)候保證生產(chǎn)節(jié)拍的吻合，而且，對(duì)于人工作業(yè)而言，這樣高強(qiáng)度高要求的工序不適合由人工完成。為此，本次設(shè)計(jì)將完成一套移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求該移栽機(jī)能完成液晶顯示面板的搬運(yùn)工作。移栽機(jī)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能穩(wěn)定夾取面板，且?jiàn)A緊力適當(dāng)。
2.1.2設(shè)計(jì)要求
在液晶面板生產(chǎn)流水線(xiàn)上，根據(jù)面板的翻轉(zhuǎn)要求，會(huì)將生產(chǎn)分割成幾個(gè)不同的小段，以此完成各階段的組裝、測(cè)試工作。這些小段生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)移送到另一段生產(chǎn)線(xiàn)的工作。移栽機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度為180°，夾具旋轉(zhuǎn)角度為120°。
在移送過(guò)程中，移栽機(jī)夾取面板的壓力要適中，移送翻轉(zhuǎn)的角度不能超過(guò)一定限度。一般情況下，對(duì)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(jī)前進(jìn)與氣缸夾緊相結(jié)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(shí)，為了保證液晶面板移送過(guò)程中動(dòng)作平穩(wěn)，夾臂在移送過(guò)程中保證平動(dòng)，在移栽機(jī)的機(jī)械臂內(nèi)，將采用輪徑相等的同步皮帶輪進(jìn)行傳動(dòng)。
2.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)
如圖2所示，外殼固定在軸1上，可以隨著軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶輪1 （同步輪）另外固定在基座上，固定不轉(zhuǎn)動(dòng)；軸2固定在外殼上，與外殼沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；同步輪2安裝在軸2上，可以與軸2相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。同步輪1與同步輪2通過(guò)梯形同步皮帶傳動(dòng)。根據(jù)帶輪的運(yùn)動(dòng)以及幾何關(guān)系，可證明，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，同步輪2與地球是沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，即：如果在輪2上標(biāo)記兩點(diǎn)A、B，則在轉(zhuǎn)動(dòng)后，A→B方向是不變的。輪2相當(dāng)于平動(dòng)。所以，輪2相對(duì)軸2（也就是相對(duì)于外殼）轉(zhuǎn)過(guò)的角度與θ相等。
圖2 同步帶輪的平動(dòng)
由于同步帶輪繞軸轉(zhuǎn)過(guò)角度與旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等，為了保證平動(dòng)關(guān)系以及考慮同步帶傳動(dòng)的平穩(wěn)行，機(jī)械臂內(nèi)帶輪傳動(dòng)選擇了兩級(jí)傳動(dòng)。
圖3 采用兩級(jí)同步輪傳動(dòng)
如圖3所示，皮帶輪1固定在軸1上，輪1與基座固定不動(dòng)，軸1帶動(dòng)整個(gè)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸2、軸3固定在外殼上，帶動(dòng)輪1-2，輪2-1，輪2-2轉(zhuǎn)動(dòng)，由以上論述可知，三個(gè)輪均為平動(dòng)。
2.3移栽機(jī)械手旋轉(zhuǎn)臂的整體運(yùn)動(dòng)方案
機(jī)械旋轉(zhuǎn)臂的整體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)如圖3所示。當(dāng)外殼在軸1的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)180°后，通過(guò)多級(jí)皮帶傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)輪架的平動(dòng)，并使輪4繞軸4轉(zhuǎn)動(dòng)120°，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，將液晶面板模組移送到正確位置。
圖4 機(jī)械旋轉(zhuǎn)臂的整體設(shè)計(jì)方案
移栽機(jī)的整體動(dòng)作流程如下：
1.液晶面板流入到移栽機(jī)夾緊頭部下，生產(chǎn)線(xiàn)上安裝的傳感器感應(yīng)到物件發(fā)出信號(hào)；
2.抓取機(jī)構(gòu)接收傳感器信號(hào)，同時(shí)，氣動(dòng)回路電磁閥通電，抓取氣管進(jìn)氣，吸盤(pán)開(kāi)始抓?。?
3.吸盤(pán)吸取后，吸盤(pán)上的傳感器感應(yīng)并發(fā)出信號(hào)，旋轉(zhuǎn)臂接收信號(hào)并旋轉(zhuǎn)；
4.旋轉(zhuǎn)到達(dá)形成位置，感應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度的傳感器發(fā)出信號(hào)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作停止；
5.松開(kāi)面板模組后，旋轉(zhuǎn)臂回程，等待下一個(gè)面板流入；
移栽機(jī)機(jī)械手滿(mǎn)足了液晶顯示生產(chǎn)企業(yè)的需要，其優(yōu)點(diǎn)主要有：
機(jī)械手能持久、耐勞、可把人從繁重的、枯燥無(wú)味的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。人在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作后，總會(huì)感覺(jué)到疲勞和厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)和檢修，即可勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。
由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作才錯(cuò)誤。從而明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。
3 機(jī)械手設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求
手臂部件是機(jī)械手主要的執(zhí)行部分，其作用是支撐手腕及抓取機(jī)構(gòu)，其中包括被抓取的工件或工具。其他一些裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)裝置有時(shí)也安裝在手臂上。機(jī)身則是直接支撐和帶動(dòng)手臂部件，并實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)、升降等運(yùn)動(dòng)。因此，手臂的送放運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力狀況也越復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
1.剛度
剛度是指手臂和機(jī)身在外力的作用下抵抗變形的能力。由于機(jī)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(jī)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(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)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(yīng)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(gòu)件的位置和方向。
2.精度
機(jī)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(jī)身的精度。影響精度的因素較多，主要有手臂和機(jī)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(jī)身的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)荷較大，因而產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)也比較大。因此，它們的工作平穩(wěn)性非常重要，直接影響機(jī)械手的工作質(zhì)量和壽命，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以足夠的重視。設(shè)計(jì)時(shí)除力求結(jié)構(gòu)合理、緊湊、重量輕、慣性力小外，還應(yīng)采取有效的緩沖措施，以便于吸收沖擊能量，提高機(jī)械手的工作平穩(wěn)性。
4.其他要求
對(duì)于一些特殊條件下工作的機(jī)械手，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿(mǎn)足其他的特殊要求。例如，高溫條件下工作時(shí)，應(yīng)考慮熱輻射影響，腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮防腐蝕措施；多用途作用環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮控制、檢測(cè)、維修等等。
3.2手臂機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)圖4，可以在主視圖和俯視圖中畫(huà)出皮帶輪外徑、安裝帶輪中心線(xiàn)和帶輪寬度，如圖5所示。各尺寸值如表1所示。
圖5 移栽機(jī)內(nèi)部同步帶輪與外殼之間的相對(duì)距離
表1 移栽機(jī)外殼的位置尺寸
代號(hào) 名稱(chēng) 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(yùn)動(dòng)方案，在移栽機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中，共有2組同步帶輪運(yùn)動(dòng)。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(dāng)輪2與外殼相對(duì)皮帶轉(zhuǎn)過(guò)180°后，輪3相對(duì)軸3相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)120°。因此，第一級(jí)皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1：1；第二級(jí)皮帶傳動(dòng)比為3：2。即：
移栽機(jī)工作過(guò)程中，由第一級(jí)軸帶動(dòng)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，由于移栽機(jī)旋轉(zhuǎn)臂擺動(dòng)角速度較低，且考慮夾取的面板質(zhì)量較小，因此，初步估計(jì)同步帶傳動(dòng)過(guò)程中，工作功率約為P=300W，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中載荷變化較小，因此，取值為1.6。
3.3.1一級(jí)帶輪計(jì)算
1.計(jì)算功率
=300X1.6=0.48Kw
2. 選定帶型
根據(jù)功率、速度，由參考文獻(xiàn)選用A型
3.計(jì)算帶輪直徑和驗(yàn)算帶速
(1) 計(jì)算小帶輪基準(zhǔn)直徑
根據(jù)參考文獻(xiàn)，初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=80mm。
(2) 驗(yàn)算帶速
由于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)的不大，速度遠(yuǎn)小于30m/s，故帶速合適。
(3) 計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑
根據(jù)公式，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
4. 帶輪外徑的計(jì)算
根據(jù)基準(zhǔn)直徑，查參考文獻(xiàn)，得出帶輪的外徑為85.5mm
5.確定中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)公式計(jì)算帶的中心距
，初定中心距
根據(jù)公式計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由參考文獻(xiàn)選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)公式計(jì)算實(shí)際中心距a
中心距變化范圍為。
6. 驗(yàn)算帶輪的包角
7. 計(jì)算帶的根數(shù)z
(1) 計(jì)算單根帶的額定功率
由和，查參考文獻(xiàn)查得
據(jù)，和A型帶，查參考文獻(xiàn)得
查參考文獻(xiàn)得
(2) 計(jì)算V帶的根數(shù)
取1根V帶.
8. 帶輪機(jī)構(gòu)的圖見(jiàn)附圖
3.3.2二級(jí)帶輪計(jì)算
1.計(jì)算功率
=300X1.6=0.48Kw
2.選定帶型
根據(jù)功率、速度，由參考文獻(xiàn)選用A型
3.計(jì)算帶輪直徑和驗(yàn)算帶速
(1) 計(jì)算小帶輪基準(zhǔn)直徑
根據(jù)參考文獻(xiàn)，初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=75mm。
(2) 驗(yàn)算帶速
由于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)的不大，速度遠(yuǎn)小于30m/s，故帶速合適。
(3) 計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑
根據(jù)公式，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)參考文獻(xiàn)，圓整為112mm。
4.帶輪外徑計(jì)算
根據(jù)基準(zhǔn)直徑，查參考文獻(xiàn)，得出帶輪的外徑為80.5mm
5.確定中心距a及基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)公式計(jì)算帶的中心距
，初定中心距
根據(jù)公式計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由參考文獻(xiàn)選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)公式計(jì)算實(shí)際中心距a
中心距變化范圍為。
6.驗(yàn)算包角
7.計(jì)算根數(shù)z
(1) 計(jì)算單根帶的額定功率
由和，查參考文獻(xiàn)查得
據(jù)，和A型帶，查參考文獻(xiàn)得
查參考文獻(xiàn)得
（2）計(jì)算V帶的根數(shù)
取1根V帶.
8.帶輪機(jī)構(gòu)的圖見(jiàn)附圖。
3.4外殼
3.4.1外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)圖5，外殼機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖
3.4.2外殼尺寸的確定
L2為機(jī)械手伸長(zhǎng)量，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，L2=400，機(jī)械手總臂長(zhǎng)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(shè)計(jì)
為了滿(mǎn)足軸上零件的定位、緊固及拆卸方便，軸一般設(shè)置成階梯狀，各段有不同的直徑。主軸的結(jié)構(gòu)如圖7所示。
圖7 主軸的結(jié)構(gòu)
1）確定軸的最小直徑
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式（15－2）初步計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取于是得
式中： P----軸的輸入功率；
n----軸的等效轉(zhuǎn)速，
對(duì)于傳遞轉(zhuǎn)矩為主的轉(zhuǎn)軸，計(jì)算時(shí)可忽略彎矩，按照扭矩強(qiáng)度條件確定軸直徑，根據(jù)實(shí)際實(shí)際情況，軸主要受扭矩作用，擺動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號(hào)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(biāo)準(zhǔn)，，，。根據(jù)外殼的尺寸，計(jì)算得，，。
由于實(shí)際運(yùn)用中，主軸受扭矩作用對(duì)主軸影響很小，主軸材料選用40Cr，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，其
因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，所選主軸軸徑是能滿(mǎn)足工作要求的，故對(duì)該軸不做強(qiáng)度校核。
3.5.2第二級(jí)軸的設(shè)計(jì)
第二級(jí)軸主要起中轉(zhuǎn)作用，在皮帶傳動(dòng)過(guò)程中，為了防止皮帶的攢動(dòng)，保證帶輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平穩(wěn)，這里選擇2級(jí)傳動(dòng)縮短中心距及皮帶長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，第二級(jí)軸固定在外殼壁上不動(dòng)，它與皮帶輪之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
1）軸的結(jié)構(gòu)
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(jí)軸的裝配圖如圖8所示。
圖8 第二級(jí)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到該處軸所受的彎矩不大，且所受扭矩可以忽略不計(jì)，因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(lèi)型而定，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號(hào)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(jì)算得，，。此處軸承均采用酯潤(rùn)滑，故未采用密封圈。
3.5.3第三級(jí)軸的設(shè)計(jì)
第三級(jí)軸主要用于固定擺動(dòng)盤(pán)以及帶輪。由以上論述中可知，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要保證擺動(dòng)盤(pán)的平動(dòng)（相對(duì)于外殼擺動(dòng)）。這就要求擺動(dòng)盤(pán)必須與帶輪固定在一起，且在擺動(dòng)盤(pán)中需裝配軸承
1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jí)軸的裝配圖如圖9所示。
圖9 第三級(jí)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如上圖所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將軸的一端設(shè)計(jì)成法蘭盤(pán)形狀，并通過(guò)螺釘固定在軸架上，此時(shí)，軸保持與外殼保持相對(duì)不動(dòng)，通過(guò)選擇深溝球軸承支撐帶輪與擺動(dòng)盤(pán)，并將帶輪與擺動(dòng)盤(pán)運(yùn)用螺栓連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)帶輪與擺動(dòng)保持相對(duì)不動(dòng)，而與外殼保持相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)要求。
在傳動(dòng)過(guò)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(yùn)動(dòng)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(hào)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(lèi)型而定，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T272-1994,選用深溝球軸承，軸承代號(hào)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(shè)計(jì)成法蘭盤(pán)形狀，其軸徑,。此處軸承均采用酯潤(rùn)滑，故未采用密封圈。根據(jù)外殼的尺寸，計(jì)算得，。
此軸段同時(shí)起定位作用,.此處軸承均采用酯潤(rùn)滑，故未采用密封圈。
3.6抓取機(jī)構(gòu)
3.6.1抓取機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
抓取部件用于抓取顯示器模組。它由兩大部分組成：旋轉(zhuǎn)帶輪和抓取裝置。旋轉(zhuǎn)帶輪帶動(dòng)抓取裝置進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)較大，單獨(dú)靠氣缸桿是無(wú)法保證夾緊力的。因此，這里確定為負(fù)壓吸盤(pán)。抓取部件的結(jié)構(gòu)如圖10所示。
圖10 抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
如上圖所示，墊板通過(guò)螺栓與帶輪連接緊固。同時(shí)負(fù)壓吸盤(pán)機(jī)構(gòu)也用螺釘緊固在墊板上，當(dāng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)。吸盤(pán)上裝有感應(yīng)器，用于判定氣缸夾緊是否到位。
3.6.2抓取部件的方案設(shè)計(jì)
為保證皮帶輪能方便快速夾取面板，并且在移動(dòng)過(guò)程中，夾具能反向旋轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。夾具頭部分采用了如下運(yùn)動(dòng)方案：當(dāng)輪3在外部皮帶輪帶動(dòng)下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)擺動(dòng)輪架轉(zhuǎn)動(dòng)（實(shí)際為平動(dòng)）。所以，若視外殼為參考系，則轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，擺動(dòng)輪架繞軸3轉(zhuǎn)動(dòng)180°，同時(shí)帶動(dòng)輪4繞軸4順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)120°。如圖11所示。
圖11抓取頭部運(yùn)動(dòng)方案
3.6.3抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.抓取機(jī)構(gòu)的原理
機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)又稱(chēng)手部或爪部，是用來(lái)抓取工件或握持工件的部件。隨著被抓取對(duì)象的形狀、大小、重量、材質(zhì)以及表面狀況的不同，抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也不同，按工作原理不同，抓取機(jī)構(gòu)基本上可分為夾鉗式和吸附式兩類(lèi)。
2.抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求
1)具有足夠的夾緊力
2)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角
3)保證工件的準(zhǔn)確定位
4)具有足夠強(qiáng)度和剛度
5)考慮被抓取對(duì)象的要求
3.抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1）抓取機(jī)構(gòu)的選擇
液晶顯示面板為玻璃平板面板，表面平整光滑、無(wú)孔和無(wú)油；氣流負(fù)壓式手部具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)。按形成負(fù)壓或者真空的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤(pán)。故本設(shè)計(jì)中，擬采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤(pán)。
2）氣流負(fù)壓吸盤(pán)的工作原理
根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)噴嘴每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡(jiǎn)單情況下，低流速截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。所以，壓縮的空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開(kāi)始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處即臨界面積，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)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(kuò)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(fù)壓。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕吸盤(pán)，即可吸住工件。
圖12 噴射氣流原理圖
3）噴射式負(fù)壓吸盤(pán)結(jié)構(gòu)
圖13所示為可調(diào)噴射式負(fù)壓吸盤(pán)的結(jié)構(gòu)圖。為使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將吸盤(pán)內(nèi)腔的氣體帶走。間隙太小時(shí)，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(shí)，離噴射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運(yùn)動(dòng)速度就越低，同時(shí)，從噴嘴套出口處反回來(lái)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(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙大小。
1.株膠吸盤(pán) 2.吸盤(pán)芯子 3.通氣螺釘 4.吸盤(pán)體 5.噴嘴 6.噴嘴套
圖13可調(diào)噴射式負(fù)壓吸盤(pán)結(jié)構(gòu)
噴射器進(jìn)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(jì)算吸盤(pán)直徑。計(jì)算吸盤(pán)的直徑.
吸盤(pán)吸力的計(jì)算公式為:
P=
式中:P——吸盤(pán)吸力(N)，本機(jī)械手的吸盤(pán)吸力為50N，故P=50N;
D——吸盤(pán)直徑 (cm).
N——分吸盤(pán)數(shù)量，本機(jī)械手吸盤(pán)數(shù)量為1;
——吸盤(pán)吸附工件在起動(dòng)時(shí)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(shí)，也有摩擦力的作用。與此同時(shí)應(yīng)考慮吸盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生慣性力的影響。因此，應(yīng)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(pán)垂直吸附時(shí)，則，f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤(pán)吸附金屬材料時(shí)，取戶(hù)0.5～0.8;當(dāng)吸盤(pán)水平吸附時(shí)，取。
代入數(shù)據(jù)得:
D=16.92 （cm）
4）噴嘴的有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸
噴嘴的管道有關(guān)尺寸，如直徑和長(zhǎng)度等對(duì)吸盤(pán)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(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，通道內(nèi)壁的光潔度應(yīng)比較高，各通道截面過(guò)渡處不能出現(xiàn)渦流，否則氣流的速度會(huì)受到很大的阻礙。有關(guān)尺寸通常都是實(shí)驗(yàn)來(lái)加以確定。目前應(yīng)用的一種噴嘴結(jié)構(gòu)如圖所示。吸盤(pán)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(shí)驗(yàn)證明吸盤(pán)直徑為40毫米，便有5-7公斤吸力；吸盤(pán)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(diǎn)及控制回路
a.性能特點(diǎn)
由于噴射器無(wú)可動(dòng)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以無(wú)故障。
由于氣流噴射器，體積小，重量輕又靠近吸盤(pán)，能滿(mǎn)足機(jī)械手移動(dòng)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(wú)位直接控制，所以真空有無(wú)是瞬時(shí)完成的，這樣負(fù)壓吸盤(pán)能快速吸附物件，一旦氣流切換吸盤(pán)能快速?gòu)?qiáng)制脫離吸盤(pán)附件.
制造簡(jiǎn)單，成本較低，許多場(chǎng)合可以代替小型機(jī)械式的真空泵。
許多自動(dòng)包機(jī)中，由于主機(jī)經(jīng)常帶有氣源，使用負(fù)壓吸盤(pán)，可以節(jié)省不必要的結(jié)構(gòu)和能源，氣流噴射器的真空度、好氣量與進(jìn)口壓力之間的關(guān)系如圖
圖14 真空度、好氣量與進(jìn)口壓力之間的關(guān)系
不同規(guī)格吸盤(pán)，理論吸力與真空度之間的關(guān)系如圖
圖15理論吸力與真空度之間的關(guān)系
b.控制回路
圖16控制回路圖
上圖所示為氣流負(fù)壓吸盤(pán)的一般控制回路圖，其中真空切換閥能在吸盤(pán)脫離吸附物件的瞬時(shí)破壞吸盤(pán)真空能力，以便快速脫離吸附件。
4 Solidworks建模
4.1機(jī)械臂外殼建模
外殼用于裝配傳動(dòng)的同步帶輪、固定傳動(dòng)軸，和擺動(dòng)輪，并通過(guò)自身繞主軸的擺動(dòng)，帶動(dòng)其中的軸運(yùn)動(dòng)，并牽引同步帶輪繞中心不動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)線(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定移栽機(jī)外殼材料為HT200,并采用鑄造成型，其壁厚為8mm。
新建一個(gè)空白零件文件，點(diǎn)擊草圖繪制按鈕，繪制相應(yīng)草圖后，選擇草圖拉伸工具至適當(dāng)寬度。然后選擇拉伸切除工具完成機(jī)械臂內(nèi)腔的建立。在完成機(jī)械臂內(nèi)腔及各通孔后，選擇圓角工具和倒角工具對(duì)相應(yīng)邊進(jìn)行倒角或倒圓。完成以上工作后，需根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)攻螺紋孔工作，選擇孔導(dǎo)向工具，在對(duì)應(yīng)位置添加螺紋孔。重復(fù)以上工具應(yīng)用，即可完成模型的建立。
圖17 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2氣流負(fù)壓抓取機(jī)構(gòu)建模
氣流負(fù)壓吸附式抓取機(jī)構(gòu)是利用大氣壓強(qiáng)差來(lái)吸附工件而工作的。吸盤(pán)與工件接觸形成密封的內(nèi)腔，吸盤(pán)內(nèi)腔的大氣被排除而形成真空或負(fù)壓，外部大氣壓強(qiáng)大于內(nèi)腔壓強(qiáng)，工件緊緊地被吸附住。氣流負(fù)壓抓取機(jī)構(gòu)如圖18所示。
圖18 氣流負(fù)壓抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3擺動(dòng)頭部建模
外殼在擺動(dòng)的過(guò)程中，需要帶動(dòng)同步帶輪平動(dòng)，從而由同步帶輪帶動(dòng)擺動(dòng)盤(pán)擺動(dòng)，并由此實(shí)現(xiàn)將面板翻轉(zhuǎn)120°的目的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于擺動(dòng)盤(pán)與外殼之間存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，對(duì)于掛在固定軸上面的擺動(dòng)盤(pán)而言，其相對(duì)于外殼必須有一定的間隙，從而減小摩擦，另外，擺動(dòng)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(gè)不同的套筒套在螺釘上，以此保證螺釘?shù)逆i緊距離。其結(jié)構(gòu)如圖19所示。
圖19 擺動(dòng)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如上圖所示，軸支架通過(guò)螺釘固定在外殼上，并通過(guò)上部的螺釘與軸固定在一起，因此，軸、外殼、帶輪是相對(duì)不動(dòng)的。而擺動(dòng)盤(pán)與帶輪固定在一起，并與外殼有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)平動(dòng)。
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(guò)程中，需主要考慮裝配的配合關(guān)系，建立相應(yīng)的配合關(guān)系應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）裝配的過(guò)程中應(yīng)避免干涉。零部件建立相應(yīng)的配合關(guān)系后，應(yīng)運(yùn)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(guān)系建立應(yīng)該避免與螺栓配合關(guān)系沖突。某些零部件的連接是依靠螺栓連接的，其配合關(guān)系應(yīng)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(gè)工程圖文檔，選擇合適的圖紙大小，點(diǎn)擊左邊“瀏覽”對(duì)話(huà)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(dāng)?shù)囊晥D方向，并將視圖在合適的位置即可生成相應(yīng)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(xiàn)的位置，即可生成相應(yīng)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(yùn)用AutoCAD編輯，完成裝配圖工程圖的繪制。
總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)完成了對(duì)液晶顯示器面板模組移栽機(jī)（LCM移栽機(jī)）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。液晶顯示器生產(chǎn)企業(yè)是近年來(lái)發(fā)展非常快的企業(yè)，在液晶顯示器面板的組裝過(guò)程中，生產(chǎn)勞動(dòng)過(guò)程枯燥無(wú)味、勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，因此，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了這個(gè)面板模組移栽機(jī)，以此提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要完成了以下工作:
收集關(guān)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)資料，了解機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)企業(yè)中的運(yùn)用情況。
分析液晶面板模組搬運(yùn)過(guò)程的條件，提出總體設(shè)計(jì)方案，選擇適當(dāng)傳動(dòng)方式。
確定LCM移栽機(jī)需要滿(mǎn)足的運(yùn)動(dòng)要求，確定夾取方式。
完成移栽機(jī)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件；完成夾取部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
建立移栽機(jī)的整體模型，繪制主要零部件的工程圖，繪制整體裝配圖。
設(shè)計(jì)過(guò)程中，最困難的部分是根據(jù)面板模組的翻轉(zhuǎn)要求確定設(shè)計(jì)方案，特別是夾取頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要滿(mǎn)足平動(dòng)條件下帶輪翻轉(zhuǎn)120°，以達(dá)到翻轉(zhuǎn)要求。多次修改方案后，最終在同學(xué)的幫助下，最終確定了結(jié)構(gòu)方案。
同步帶輪傳動(dòng)，在保證移送運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)功能。這些對(duì)我以后的設(shè)計(jì)及工作具有極大的鼓勵(lì)和引導(dǎo)作用，也讓我將所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)又一次由理論變成了實(shí)際運(yùn)用。然而，我同樣遇到了一些困難，設(shè)計(jì)過(guò)程也存在一些不足之處：
設(shè)計(jì)前無(wú)法確切了解液晶面板移栽機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程所需要的工程條件。對(duì)于夾緊力，翻轉(zhuǎn)角度等條件均由估算得出，未經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證。
移栽機(jī)的翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，只針對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程提出設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方案，對(duì)伺服電機(jī)、軸等尚未校核。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)，提高了我分析和解決問(wèn)題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)過(guò)的知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機(jī)身材料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊(cè)等工具書(shū)的能力。
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