偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、題 目偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手設(shè)計(jì)36摘 要工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化起著重要作用。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線(xiàn)。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代

2、制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義，有著廣闊的發(fā)展前景。本課題是為了設(shè)計(jì)與偏光片貼片機(jī)相配套的送片機(jī)械手而進(jìn)行的研究，側(cè)重于探究偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)。目前雖然實(shí)現(xiàn)了貼膜傳送的自動(dòng)化，但是貼片載體的運(yùn)送還要靠手工進(jìn)行，所以要設(shè)計(jì)送片機(jī)械手，這是本課題所要解決的主要問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)擬運(yùn)用帶傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，卻有較高的工作效率。偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服電機(jī)，整體上用PLC進(jìn)行控制。通過(guò)PLC的控制

3、，使得機(jī)構(gòu)的各部分協(xié)調(diào)完成預(yù)定的任務(wù)。 本課題的主要研究方法與步驟是，首先對(duì)現(xiàn)在工廠(chǎng)中所主要使用的偏光片送片機(jī)構(gòu)進(jìn)行考察探究，了解送片機(jī)械手的工作特點(diǎn)，總結(jié)當(dāng)前機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。其次，搜集資料，認(rèn)真學(xué)習(xí)與機(jī)械手相關(guān)的理論知識(shí)，熟悉機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)，基本工作原理，系統(tǒng)控制等方面，為機(jī)械手的設(shè)計(jì)和優(yōu)化做準(zhǔn)備。再次，針對(duì)當(dāng)前機(jī)械手的不足之處，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，做出最合理的設(shè)計(jì)方案。然后，根據(jù)所得出的最優(yōu)方案，進(jìn)行Pro/E仿真。最后，進(jìn)行小結(jié)，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)心得。本次設(shè)計(jì)的成果形式是，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)在主要偏光片送片機(jī)械手不足之處的研究，提出新的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改善、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化控制，并通過(guò)Pr

4、o/E仿真出來(lái)。關(guān)鍵詞：偏光片，機(jī)械手，貼片，伺服電機(jī)，帶傳動(dòng)，機(jī)構(gòu)仿真 ABSTRACTThe industrial robot is the inevitable product of industrial production. It is a kind of automation equipment which imitates some of the features of the human upper limb, and transports objects or grips tools for operations in accordance with the predeter

5、mined requirements. It plays an important role in the realization of industrial production automation. In industrial production, people are often subjected to high temperatures, corrosive and toxic gases hazards, due to the needs of their work. Since the advent of robotic, the corresponding problems

6、 are solved. The manipulator is generally made of high temperature resistant and corrosion-resistant materials to adapt to the harsh environment. As the manipulator can flexibly grab, put, or transport objects in the space, it is widely used in flexible automatic production line. The manipulator is

7、an important part of the industrial robots, and in many cases it also can be called the industrial robots. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern man

8、ufacturing equipment. The widely use of industrial robots can not only improve product quality and production, but also be of great importance to the protection of personal safety, the improvement of the working environment, the reduction of labor intensity, the improvement of labor productivity, th

9、e saving of raw materials, and the reduction of production costs. It has broad prospect for development.This topic is the study carried out to design the sheet feeding robot to match the polarizer placement machine. The structure and kinematic characteristics of polarizer automatic sheet feeding rob

10、ot are the key. Although the automation of the film transfer has been realized at present, the delivery of the patch carrier is still on hand. So the main problem remained to be solved by this subject is to design the sheet feeding robot. The design of transmission intends to use the belt drive and

11、rack and pinion mechanism, whose structure is simple, but the efficiency is higher. Servo motor is used as the drive in the polarizer placement machine, which is controlled by the PLC in whole. Through the control of PLC, all parts of the institution operate harmoniously to complete the scheduled ta

12、sks.The main research methods and procedures of this topic are the followings. First it is necessary to explore the main sheet feeding organizations used in factories, to understand the work characteristics of the sheet feeding robot, and sum up the current robot's strengths and weaknesses. Seco

13、nd, to collect information, to study the theoretical knowledge related to the robot seriously, be familiar with the basic structure of the robot and the basic working principle, system control, etc. to prepare the design and optimization of the manipulator. Third, in reference to the inadequacies of

14、 the current robot, draw the most reasonable design. Then, based on the optimal solution obtained, get a Pro / E simulation. Finally, make a summary of the design especially on experience. The form of the results of this design is to achieve full automation and control of the robot and make a Pro /

15、E simulation.Keywords: polarizers, manipulator, patch, servo motor, belt drive, mechanism simulation目 錄第一章 緒論11.1 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手概述11.1.1偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的地位與作用11.1.2偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)11.2 機(jī)械手知識(shí)簡(jiǎn)介31.2.1 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)31.2.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41.2.3 機(jī)械手的控制機(jī)構(gòu)4第二章 運(yùn)用Pro/E實(shí)體建模52.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介52.2 創(chuàng)建零件實(shí)體模型52.3 創(chuàng)建其他零部件實(shí)體模型62.4 建立裝配體82

16、.5 裝配體運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真9第三章 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.1 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的工作103.1.1偏光片貼片機(jī)的工作原理103.1.2偏光片貼片機(jī)的工作現(xiàn)狀103.1.3偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的工作任務(wù)與設(shè)計(jì)思路113.2 貼片機(jī)的組成機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介123.2.1 貼膜傳送機(jī)構(gòu)123.2.2 貼膜送膜機(jī)械手123.2.3 貼片送片機(jī)構(gòu)123.2.4 貼片與貼膜壓合機(jī)構(gòu)133.3 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手設(shè)計(jì)143.3.1 存片部分143.3.2 運(yùn)送部分143.3.3 變換位置部分143.4 電動(dòng)機(jī)的選擇15第四章 基于pro/e的偏光片自動(dòng)送片機(jī)械系統(tǒng)的仿真174.1 pro/e仿真功能

17、174.1.1 概述174.1.2仿真知識(shí)簡(jiǎn)介174.2 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械系統(tǒng)各個(gè)組成機(jī)構(gòu)的仿真194.2.1 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真194.2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的仿真224.2.3 齒輪齒條機(jī)構(gòu)的仿真234.2.4 凸輪推桿機(jī)構(gòu)的仿真264.2.5 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的仿真274.3總體裝配結(jié)構(gòu)的仿真28第五章 結(jié)束語(yǔ)32致 謝參 考 文 獻(xiàn)附 錄第一章 緒論1.1 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手概述 1.1.1偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的地位與作用二十世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，平板顯示（FPD）技術(shù)在這些新興產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)是不可或缺的了，大到電腦、電視機(jī)等各種顯示設(shè)備的液晶顯示屏，小到手機(jī)的屏

18、幕，都離不開(kāi)平板顯示技術(shù)。平板顯示技術(shù)包括等離子顯示（PDP）、真空熒光顯示（VFD）、場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）、電致發(fā)光顯示（EL）、有機(jī)發(fā)光二極管顯示（OLED）等主動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)以及液晶顯示（LCD）、電泳顯示（EPD）等被動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)。其中，薄膜晶體管液晶顯示（TFT-LCD）是平板顯示的主流技術(shù)，其裝置一般由背光源、導(dǎo)光板、玻璃基板、液晶、彩色濾光片、偏光片、配向膜、驅(qū)動(dòng)IC等部件組成。隨著生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟，TFT-LCD顯示器件還在不斷地發(fā)展和改進(jìn)中，產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，已迎來(lái)大發(fā)展的黃金時(shí)期。這里有提到偏光片，偏光片的全稱(chēng)是偏振光片，液晶顯示器的成像必須依靠偏振光，所有的液晶都有前后

19、兩片偏振光片緊貼在液晶玻璃，組成總厚道1mm左右的液晶片。如果少了任何一張偏光片，液晶片都是不能顯示圖像的。兩塊偏光片設(shè)計(jì)成偏轉(zhuǎn)光方向垂直，則屏幕上像素的光的透射要依賴(lài)于液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的展現(xiàn)。若去掉上偏光片或者沒(méi)有下偏光片，都是一樣的結(jié)果，液晶顯示的原理就是液晶的旋光效應(yīng)，而旋光效應(yīng)受到電場(chǎng)影響，所以通過(guò)TFT產(chǎn)生可控制的電場(chǎng)控制液晶的旋光效應(yīng)，但是需要上下偏光板的配合使用才能顯示圖像，下偏光片產(chǎn)生線(xiàn)偏振光，通過(guò)液晶 再通過(guò)上偏光片輸出，旋光角度的大小決定光線(xiàn)通過(guò)與否，通過(guò)多少。由以上分析可知，偏光片在顯示技術(shù)中占據(jù)舉足輕重的地位。因此要實(shí)現(xiàn)如何高效率和高質(zhì)量地進(jìn)行貼片

20、顯得尤為重要，于是偏光片貼片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。而貼片機(jī)能否實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)，又取決于送片機(jī)械手的設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的重要地位，這也是本課題進(jìn)行研究的意義之一。1.1.2偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)一、現(xiàn)狀平板顯示技術(shù)（FPD）自20世紀(jì)90年代開(kāi)始迅速發(fā)展，并逐步走向成熟，由于其具有清晰度高、圖像色彩好、環(huán)保、省電、輕、薄和便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于家用電器、電腦和通信產(chǎn)品中。目前，TFTLCD（薄膜晶體管液晶顯示器）已成為FPD技術(shù)的主流，TFTLCD面板制造工藝的技術(shù)很大比例都被固化到了TFTLCD制造設(shè)備中，從這個(gè)意義上說(shuō)，設(shè)備的技術(shù)水平?jīng)Q定著面板的制造水平。隨著

21、TFTLCD技術(shù)的快速發(fā)展與日趨成熟，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)制造設(shè)備在制造精度，工藝品質(zhì)及生產(chǎn)成本呢控制等方面提出了更高的要求。作為T(mén)FTLCD平板顯示的支撐的基礎(chǔ)制造裝備業(yè)是平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工藝保證與技術(shù)支撐，同時(shí)也是我國(guó)相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要?jiǎng)恿χ?。到目前為止，我?guó)LCD裝備制造業(yè)前工序配套裝備除少數(shù)的周邊產(chǎn)品外，幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口，后工序設(shè)備近年來(lái)依托市場(chǎng)的發(fā)展和設(shè)備制造商的努力，可以說(shuō)已滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)不同用戶(hù)的需求，絕大部分產(chǎn)品已完全取代了進(jìn)口。我國(guó)最早在引進(jìn)國(guó)外黑白TN和STN生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，就有相關(guān)的偏光片貼附設(shè)備，但由于技術(shù)上的保密與市場(chǎng)的局限性，該設(shè)備沒(méi)有得以推廣。早期主要是以手動(dòng)貼片為主，人工完成偏

22、光片的撕膜，對(duì)位，玻璃清潔，以及推動(dòng)輥輪進(jìn)行滾壓，最終將已裁成粒的偏光片，按加工圖紙的位置要求貼到液晶屏上。隨后，為了提高貼附質(zhì)量，手動(dòng)貼片機(jī)相繼問(wèn)世，主要解決了貼附壓力一致性和可靠性的問(wèn)題。手動(dòng)貼片機(jī)工作原理是手工剝離偏光片上的離型膜，將其放置在上平臺(tái)上的固定位置吸住，將玻璃基板放置在下平臺(tái)定好位后吸牢，按動(dòng)機(jī)器操作按鈕，下平臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)到固定貼附位置后，上平臺(tái)翻轉(zhuǎn)下壓，實(shí)現(xiàn)偏光片與玻璃對(duì)位的同時(shí)，下平臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)，利用偏光片自身的粘性和膠輥材質(zhì)的彈性變形，完成整個(gè)偏光片單片貼附過(guò)程。缺點(diǎn)是貼附設(shè)備自動(dòng)化程度低。2001年市場(chǎng)上推出了自動(dòng)化程度相對(duì)更高的TP120LCD貼片機(jī)。其采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)原

23、理，利用一種無(wú)聲膠帶作為傳輸送料的載體，實(shí)現(xiàn)了偏光片的自動(dòng)送料，同時(shí)也解決了偏光片與其保護(hù)膜的自動(dòng)分離，極大地提高了生產(chǎn)效率。人工只需完成玻璃基片的上下料，就可以快速和準(zhǔn)確地粘貼偏光片于LCD基片上。該設(shè)備運(yùn)行安全可靠，自動(dòng)化程度高，位置調(diào)節(jié)方便、貼片精度高和貼片缺陷少，同時(shí)其性能穩(wěn)定，可靠耐用并且性?xún)r(jià)比高，但有一個(gè)缺陷就是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)基片的自動(dòng)送片。二、發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)我國(guó)剛剛進(jìn)入LCD業(yè)內(nèi)的高端TFT領(lǐng)域，在原有的TN、STNT和CSTN貼片機(jī)的基礎(chǔ)上，成功研制了TFT-LCD液晶貼片機(jī)，主要解決了TFT貼片生產(chǎn)中防靜電和消除色斑兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在防靜電技術(shù)方面選用了多個(gè)靜電消除器來(lái)消除偏光片剝膜

24、、定位、基片上料、定位、擦洗及貼附結(jié)束時(shí)的靜電，并安裝有靜電檢測(cè)控制器，顯示除靜電效果。當(dāng)靜電消除器的電極針需要清潔、更換或有其他異常情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，迫使各個(gè)LCD生產(chǎn)廠(chǎng)家在新品研發(fā)、成本控制和人性化管理等方面進(jìn)行深層次的探索與改善，與其生產(chǎn)配套的設(shè)備廠(chǎng)商也都相應(yīng)地做出了調(diào)整。（1）結(jié)合FPD產(chǎn)品升級(jí)換代快和新型顯示技術(shù)層出不窮的特點(diǎn)，及時(shí)研發(fā)相應(yīng)的各種貼附類(lèi)設(shè)備。例如在真空環(huán)境下對(duì)氣泡有特殊要求的真空貼附機(jī)；技術(shù)升級(jí)后精度更高和速度更快的偏光片貼附機(jī)；模塊化的系列貼附機(jī)；材質(zhì)變化后的軟膜與軟膜、硬板與硬板及軟膜與硬板等的貼附機(jī)（2）提高自動(dòng)化程度，包括偏光片和玻璃片上

25、下料、清潔、離型膜剝離、圖像對(duì)位、貼附以及檢測(cè)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以適應(yīng)不同產(chǎn)品種類(lèi)的貼附要求。隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，偏光片貼附機(jī)在貼附偏光片領(lǐng)域中正起著越來(lái)越大的作用，其主要作用有以下幾點(diǎn)：(1)可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 。(2)能有效地保證加工質(zhì)量。 (3)可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。手工貼片的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，操作頻率較高，動(dòng)作單調(diào)，易使工人得職業(yè)病。 (4)可降低貼片成本。 (5)可促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。打包機(jī)械是一門(mén)綜合性科學(xué)，它涉及到材料、工藝、設(shè)備、電子、電器、自動(dòng)控制等多種學(xué)科，要求各相關(guān)學(xué)科同步、協(xié)調(diào)地發(fā)展，任何學(xué)科的問(wèn)題都將影響包裝機(jī)械的整體性能。因此，打包機(jī)械的發(fā)展將有力地促進(jìn)

26、相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步。另外，為適應(yīng)打包機(jī)械高速包裝的需要，其相關(guān)的前后工序也勢(shì)必與之適應(yīng)，也就推動(dòng)了相關(guān)工序的同步發(fā)展。1.2機(jī)械手知識(shí)簡(jiǎn)介 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。1.2.1 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1） 手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 （2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可

27、用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿(mǎn)足工作要求，有些動(dòng)作較 為簡(jiǎn)單的專(zhuān)用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 （3）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他

28、們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 （4） 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)的正處于仿真階段。 1.2.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)

29、動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。1.2.3 機(jī)械手的控制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 第二章 運(yùn)用Pro/E實(shí)體建模2.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介Pro/Engineer 是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問(wèn)世。10多年來(lái)，已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模

30、具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車(chē)、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件Pro/DESINGER（造型設(shè)計(jì)）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、加工制造、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，從而使用戶(hù)縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的流程；國(guó)際上有27000多企業(yè)采用了PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。2.2 創(chuàng)建零件實(shí)體模型 以凸輪軸實(shí)體為例作詳細(xì)闡述。 一、打開(kāi)PROE軟件，新建一零件，采用缺省模板。 二、建立軸體1、選中Top平面

31、，單擊草繪按鈕，進(jìn)入草繪界面。2、根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制出圓柱凸輪的截面圖，如圖2.1所示，單擊確認(rèn)完成截面的繪制。圖2.1 圓柱凸輪截面圖3、單擊按鈕，輸入長(zhǎng)度為84mm，單擊確認(rèn)，完成圓柱凸輪圓柱體部分建模。圖2.2圓柱凸輪輪廓體4、選擇圓柱體一個(gè)端面，進(jìn)入草繪界面，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)繪制截面，單擊確認(rèn)完成。單擊拉伸按鈕，輸入長(zhǎng)度為31mm,單擊確認(rèn)。同理，選擇圓柱體的另一端進(jìn)行草繪，并對(duì)草繪進(jìn)行拉伸，輸入拉伸長(zhǎng)度15mm，單擊確認(rèn)完成，如圖2.2所示。三、建立鍵槽1、單擊建立基準(zhǔn)平面DTM1。2、選中新建的基準(zhǔn)平面，進(jìn)入草繪界面，繪制圖2.3所示草圖，并單擊確認(rèn)。圖2.33、單擊按鈕，輸入長(zhǎng)度為5

32、mm，單擊按鈕，再單擊去除材料按鈕，單擊確認(rèn)完成操作。四、繪制切槽1、選擇FRONT面，進(jìn)入草繪界面。繪制如圖2.4所示草繪，單擊確認(rèn)。2、選中草繪曲線(xiàn)，點(diǎn)擊工具欄“編輯”“投影”命令，再選中圓柱體曲面，單擊確認(rèn)按鈕，完成投影操作。圖2.43、點(diǎn)擊工具欄“插入”“掃描”“切口”彈出“切剪：掃描”對(duì)話(huà)框如圖2.5所示，按圖2.6所示，單擊選取，依次選取草繪曲線(xiàn)，單擊完成。再在菜單管理器中選擇正向，完成軌跡定義，如圖2.7。 4、定義截面。進(jìn)入草繪界面，繪制如圖2.8所示草繪，單擊完成。圖2.55、在菜單管理器中再次選擇正向，單擊確認(rèn)，完成槽的創(chuàng)建。創(chuàng)建好的凸輪軸如圖2.9所示。圖2.8圖2.7圖

33、2.6圖2.92.3 創(chuàng)建其它零部件實(shí)體模型按2.2所示的方法，依次完成其他零部件的實(shí)體建模，在這里就不再做詳細(xì)敘述，只把最終完成的實(shí)體模型展示出來(lái)。偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的其他主要部件包括機(jī)架、凸輪、直齒輪、齒條、連桿彈簧等。它們的實(shí)體圖分別如下圖所示。凸輪機(jī)架齒條直齒輪彈簧連桿2.4 建立裝配體以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，用Pro/e軟件建立減速機(jī)組的裝配體。一、打開(kāi)PROE，新建一組件，輸入組件名qubinghuakuai，采用mms_asm_design模板。二、組裝曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。1、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“jijia”，用戶(hù)定義選擇“剛性”，自動(dòng)選項(xiàng)選擇“固定”，單

34、擊“確認(rèn)”完成機(jī)架裝配。圖2.13 機(jī)座2、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“dailun03”，用戶(hù)定義選擇“銷(xiāo)釘”，選擇零件“dailun03”中的軸線(xiàn)，再單擊“jijia”中對(duì)應(yīng)的裝配的軸線(xiàn)，完成軸的對(duì)齊操作；再選擇“dailun03”的一個(gè)端面，單擊機(jī)架中對(duì)應(yīng)裝配軸的端面，最后單擊“確認(rèn)”，便完成帶輪的裝配。3、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“huakuai”，用戶(hù)定義選擇“滑動(dòng)桿”，選擇滑塊的一條棱邊，再選擇機(jī)架滑槽中相對(duì)應(yīng)的一條棱，完成軸對(duì)齊操作。再選擇滑塊與滑槽相接觸的一個(gè)面，并選擇滑槽中對(duì)應(yīng)的一個(gè)面，完成旋轉(zhuǎn)操作。至此，可單擊左下角“移動(dòng)”

35、按鈕，適當(dāng)調(diào)整滑塊位置。最后單擊確認(rèn)，完成滑塊的裝配。4、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“l(fā)iangan”，用戶(hù)定義選擇“銷(xiāo)釘”，選擇連桿一端孔的軸線(xiàn)，再選擇帶輪上小柱的軸線(xiàn)，完成軸對(duì)齊操作，再選擇連桿孔的一個(gè)端面和帶輪上小柱的端面，完成旋轉(zhuǎn)操作。5、單擊左下角“放置”“新建”按鈕，新建一個(gè)銷(xiāo)釘連接。然后按照4中的方法完成連桿另一端孔與滑塊上小柱的配合。6、單擊確認(rèn)，完成連桿的裝配，同時(shí)完成整個(gè)機(jī)構(gòu)的裝配。7、根據(jù)需要，給不同的元件渲染不同的色彩，加強(qiáng)視覺(jué)效果。單擊工具欄中按鈕，再分別選擇不同的元件，并選擇不同的顏色與之對(duì)應(yīng)，裝配好并上色的圖如圖2.4.1所示。圖2.4.1

36、三、單擊保存，將組件保存到所希望的路徑。四、其他零件的組裝其他零件的組裝方法和上例基本相同，只有少數(shù)地方不同，要利用機(jī)構(gòu)中的定義，如凸輪機(jī)構(gòu)裝配、齒輪齒條機(jī)構(gòu)的裝配，在這里不做贅述，將在后面第四章詳細(xì)介紹。2.5裝配體運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 組件裝配完成后，檢查無(wú)誤，就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真了。具體步驟如下，還以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行敘述。一、 連接組件組件裝配完成后，選擇“應(yīng)用程序”“機(jī)構(gòu)”菜單，進(jìn)入機(jī)構(gòu)界面。首先單擊工具欄中按鈕，彈出連接組件菜單，單擊“運(yùn)行”，彈出確認(rèn)菜單，單擊“是”。二、 定義伺服電機(jī) 1、在左下角窗口中，雙擊電動(dòng)機(jī)按鈕，然后右擊子目錄中“新建”，彈出伺服電機(jī)定義對(duì)話(huà)框，如圖2.5.

37、1所示，選中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中輪和軸配合的運(yùn)動(dòng)軸。圖2.52圖2.5.1 2、進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的輪廓定義，如圖2.5.2所示，“規(guī)范”選擇速度，“?！边x擇常數(shù)，模的大小A根據(jù)需要自己設(shè)置，這里設(shè)為5mm/sec，點(diǎn)擊“應(yīng)用”“確定”。三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真點(diǎn)擊右側(cè)工具欄中檢測(cè)按鈕進(jìn)入分析定義菜單，類(lèi)型選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)”，為了運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)一些，可以把終止時(shí)間改長(zhǎng)些，如100，如果沒(méi)有快照，初始配置選擇“當(dāng)前”。一切設(shè)置好后，就可以點(diǎn)擊運(yùn)行，機(jī)構(gòu)就能動(dòng)起來(lái)。如果機(jī)構(gòu)不動(dòng)或動(dòng)的不符合規(guī)律，則需要從頭仔細(xì)檢查，找出錯(cuò)誤，改正后重新運(yùn)行。第三章 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的工作3.1.1偏

38、光片貼片機(jī)的工作原理偏光片貼片機(jī)的原理是通過(guò)一個(gè)機(jī)械手（下文稱(chēng)1號(hào)機(jī)械手）將貼膜貼到特制的傳送帶上，傳送帶將貼膜運(yùn)送到一個(gè)固定的地方（與貼片貼合的地點(diǎn)），同時(shí)另一個(gè)機(jī)械手（下文稱(chēng)2號(hào)機(jī)械手）將貼片也送到同一地點(diǎn)，再通過(guò)第三個(gè)機(jī)械手（下文稱(chēng)3號(hào)機(jī)械手）將貼片和貼膜貼合。 這也就是貼片機(jī)工作的整個(gè)過(guò)程。3.1.2偏光片貼片機(jī)的工作現(xiàn)狀由于用貼片機(jī)來(lái)貼片簡(jiǎn)單方便，效率高，且所貼的片的質(zhì)量較高，因此被廣泛應(yīng)用。但據(jù)考查所知，目前國(guó)內(nèi)所應(yīng)用的大部分貼片機(jī)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。因?yàn)殡m然貼膜的傳送實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但貼片的送片一般還要由工人完成，需要多消耗一些時(shí)間。如圖3.1所示，為貼膜的傳送過(guò)程，圖3.2為工

39、人手工送片場(chǎng)景。 圖3.2圖3.1貼膜運(yùn)送過(guò)程：1、機(jī)械手1號(hào)將膜貼到運(yùn)動(dòng)的傳送帶上 2、傳送帶經(jīng)過(guò)一系列的滾輪糾偏后，經(jīng)過(guò)一個(gè)尖角 3、在尖角處，貼膜和傳送帶分離 4、3號(hào)機(jī)械手過(guò)來(lái)粘住分離開(kāi)的貼膜，并送到貼片處進(jìn)行貼合貼片送片手工操作過(guò)程：1、手工拿取貼片 2、將貼片放置在操作板上的合適位置 3、按運(yùn)行按鈕，操作板沿導(dǎo)軌接近3號(hào)機(jī)械手 4、3號(hào)機(jī)械手完成貼片 5、操作板返回原位置 6、從操作板上取下已經(jīng)貼好的片3.1.3偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手的工作任務(wù)與設(shè)計(jì)思路 基于以上分析，偏光片送片機(jī)械手的工作任務(wù)已經(jīng)很明確，就是要將貼片從貼片機(jī)之外某個(gè)地點(diǎn)自動(dòng)送到3號(hào)機(jī)械手處，與貼膜進(jìn)行貼合，而且當(dāng)貼

40、合工作完成后，要將已經(jīng)貼好的片送至貼片機(jī)之外的某處。明確自動(dòng)送片機(jī)械手的工作任務(wù)后，其設(shè)計(jì)思路就明朗了。首先要有一個(gè)存放貼片的空間，然后需要一個(gè)機(jī)構(gòu)間歇地將貼片一個(gè)一個(gè)送出。由于存片與貼片之間的距離較遠(yuǎn)，中間需要一個(gè)運(yùn)送裝置。運(yùn)送裝置只負(fù)責(zé)運(yùn)送，但并不能將貼片運(yùn)送到所需要的準(zhǔn)確位置，這就還需要一個(gè)將貼片準(zhǔn)確送至貼片的位置的機(jī)構(gòu)，另外，當(dāng)貼合動(dòng)作完成后，需要有一個(gè)機(jī)構(gòu)將貼好了的貼片從加工位置挪出，并將其從貼片機(jī)中運(yùn)送出來(lái)。經(jīng)過(guò)綜合考慮，利用各種機(jī)構(gòu)的特性，可以做出如下設(shè)計(jì)：可預(yù)先將貼片一疊疊存在一個(gè)槽中，設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，利用其往復(fù)運(yùn)動(dòng)特性，等時(shí)間地將貼片推出；由于存片與貼片之間的距離較遠(yuǎn)，

41、就可以選擇帶傳動(dòng)來(lái)運(yùn)送；可以設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，將貼片沿著固定的滑槽送到準(zhǔn)確的加工位置；可以設(shè)計(jì)一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，用推桿將加工好了的貼片從加工位置推到另一個(gè)傳送帶上，由另一個(gè)傳送帶將其運(yùn)回。3.2 貼片機(jī)的組成機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介3.2.1貼膜傳送機(jī)構(gòu) 如圖3.2.1所示，貼膜傳送機(jī)構(gòu)由許多帶輪和一條特別的帶（能粘住貼膜）組成。這些輪中，首尾兩個(gè)輪用來(lái)卷帶，其他的帶輪主要用來(lái)糾偏。傳送帶經(jīng)過(guò)一系列的滾輪糾偏后，經(jīng)過(guò)一個(gè)尖角，就在這個(gè)尖角，傳送帶與貼膜相互分離，為被3號(hào)機(jī)械手抓取做好準(zhǔn)備。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)傳送帶的線(xiàn)速度。圖3.2.13.2.2貼膜送膜機(jī)械手機(jī)構(gòu)如圖3.2.2和圖3.2.3所示，貼膜

42、送膜機(jī)械手就設(shè)計(jì)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)，其中齒輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒條來(lái)回運(yùn)動(dòng)。貼膜預(yù)先疊放在齒條上開(kāi)的槽中，齒條每向前運(yùn)動(dòng)一次，就與傳送帶接觸一次，從而可以把貼膜貼到傳送帶上去。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率及傳送帶運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度，可以確定傳送帶上每相鄰兩片膜的間距。圖3.2.3圖3.2.23.2.3貼片送片機(jī)構(gòu)貼片送片機(jī)構(gòu)是本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3.2.4和圖3.2.5所示。圖3.2.4圖3.2.4為主視圖，其中1為存片槽中的彈簧，在彈簧的推力作用下，貼片每被滑塊推出一個(gè)，后面的就會(huì)補(bǔ)充進(jìn)去；2為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿，帶輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，連桿就帶動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，從而將槽內(nèi)存放的貼片

43、一片一片地推出；3為帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的帶輪，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，將貼片運(yùn)送到另一端。圖3.2.5圖3.2.5為俯視圖，其中4為圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將傳送帶運(yùn)來(lái)的貼片準(zhǔn)確地推送到待加工位置，即3號(hào)機(jī)械手處；5為凸輪機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將加工好的貼片推出原位置，落到下面的返回傳送帶上；6為返回傳送帶裝置，負(fù)責(zé)將加工好了的貼片運(yùn)送回來(lái)。3.2.4貼片與貼膜壓合機(jī)構(gòu)如圖3.2.6和圖3.2.7所示，為所設(shè)計(jì)的貼片與貼膜壓合機(jī)構(gòu)。 圖3.2.7圖3.2.6貼片與貼膜壓合機(jī)構(gòu)的任務(wù)是將貼膜從與傳送帶分離處抓取到與貼片貼合的位置。如圖所示，1為齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條；2為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊；3為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑

44、塊來(lái)回運(yùn)動(dòng)，齒條由齒輪帶動(dòng)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在PLC的控制下，當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到貼膜的上方時(shí)，曲柄停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，齒條向下運(yùn)動(dòng)，抓取貼膜；抓取到貼膜后，齒條又往上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)曲柄又開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將滑塊連同齒條送到貼片的上方。然后，曲柄再次停止轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條向下運(yùn)動(dòng)，將貼膜與貼片貼合。這就是一個(gè)工作周期。3.3 偏光片自動(dòng)送片機(jī)械手設(shè)計(jì)3.3.1存片部分考慮到空間的節(jié)省和取片的方便，將存片設(shè)計(jì)為槽型，槽的截面尺寸比貼片的長(zhǎng)和寬略大，至于槽深，可根據(jù)實(shí)際情況決定。槽內(nèi)固定一勁度系數(shù)合適的彈簧，用來(lái)自動(dòng)推動(dòng)貼片向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)1號(hào)機(jī)械手處的貼片不斷補(bǔ)充。開(kāi)槽的位置由送片傳送帶的位置決定，因?yàn)椴蹆?nèi)的貼片最終是要被推到帶上

45、面的，所以帶的長(zhǎng)度方向和槽的長(zhǎng)度方向要對(duì)齊。這就是對(duì)存片部分的一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。若要設(shè)計(jì)得更完善，可以在在彈簧上設(shè)一個(gè)傳感器，用來(lái)測(cè)量彈簧的伸長(zhǎng)，當(dāng)彈簧伸到某一長(zhǎng)度時(shí)，貼片被送完了，此時(shí)傳感器可以向PLC發(fā)送一個(gè)信號(hào)，使整個(gè)機(jī)器停止工作。這屬于控制部分的設(shè)計(jì)，在這里就不做詳細(xì)敘述。3.3.2運(yùn)送部分運(yùn)送部分很簡(jiǎn)單。由于運(yùn)送距離相對(duì)較遠(yuǎn)，在各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，就自然而然地想到了帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)能夠緩沖吸震。另外，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成本相對(duì)低廉。因?yàn)橘N片既要運(yùn)進(jìn)去進(jìn)行加工，又要在其加工好了之后再運(yùn)送出來(lái)，所以要設(shè)計(jì)成兩個(gè)帶傳動(dòng)系統(tǒng)。又由于兩個(gè)帶傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方向相反，所以不能共用一臺(tái)

46、電動(dòng)機(jī)，而必須是兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。貼片需要水平傳輸，決定了兩個(gè)帶輪要直徑相同，至于直徑具體數(shù)值，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速及線(xiàn)速度的需要合理設(shè)定。帶的寬度設(shè)計(jì)對(duì)送進(jìn)和送出的帶略有不同。因?yàn)樗瓦M(jìn)去時(shí)，對(duì)位置精度要求高，所以帶的寬度必須使是貼片的寬度，這樣有利于將其準(zhǔn)確運(yùn)送到加工位置。而送出就不同了，沒(méi)有位置精度要求。但必須能夠接住從加工位置推出來(lái)的貼片，所以帶的寬度略寬為好。至于傳送帶的安置位置，就要根據(jù)貼片的最終加工位置和傳送距離確定。3.3.3變換位置部分貼片本身是靜止的，需要外界對(duì)其施力以改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，才能夠使其按所需要的路徑運(yùn)動(dòng)。這就需要設(shè)計(jì)一些能夠使貼片改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的機(jī)構(gòu)。這一部分又細(xì)分為三個(gè)小部

47、分。首先要將貼片從存片的槽內(nèi)推出到傳送帶上。這一動(dòng)作的特點(diǎn)是，載荷不大，但需要不斷重復(fù)，而且貼片從存片槽內(nèi)到傳送帶上需要滑動(dòng)，這就很容易讓人想到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因?yàn)榍瑝K機(jī)構(gòu)剛好能滿(mǎn)足這一運(yùn)動(dòng)要求；其次，送片傳送帶將貼片送到盡頭后，又需要機(jī)構(gòu)將其推送到加工的準(zhǔn)確位置。要實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作，當(dāng)然也可以用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，但是考慮到與其他機(jī)構(gòu)共用電動(dòng)機(jī)問(wèn)題，還是選擇圓柱凸輪機(jī)構(gòu)比較理想。最后，就是要將加工好了的貼片推送到返回傳送帶上，這一動(dòng)作由凸輪推桿機(jī)構(gòu)完成比較理想，一方面凸輪推桿機(jī)構(gòu)能夠重復(fù)動(dòng)作，另一方面凸輪推桿機(jī)構(gòu)可以和前面圓柱凸輪機(jī)構(gòu)同軸，共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，而且通過(guò)特殊設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)同軸的機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作

48、，而不需要由PLC來(lái)協(xié)調(diào)。下面就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和凸輪推桿機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)工作的原理。如圖3.3.1和圖3.3.2所示，為機(jī)械手工作的兩個(gè)特殊位置。圖3.3.2圖3.3.1在圖3.3.1中，凸輪1最小半徑和推桿2接觸，此時(shí)推桿2處于收縮狀態(tài)；同時(shí)圓柱凸輪4中最靠近凸輪1的槽與滑塊3接觸。這種狀態(tài)下表示，貼片剛被滑塊3推送到加工位置的瞬間。在圖3.3.2中，恰與圖3.3.1中相反，凸輪1最大半徑與推桿2接觸，此時(shí)推桿2處于伸出狀態(tài)；同時(shí)圓柱凸輪4中最遠(yuǎn)離凸輪1的槽與滑塊3接觸。這種狀態(tài)下表示，貼片被推桿2推出了加工位置，而滑塊3又回到了原始位置，準(zhǔn)備將下一個(gè)貼片準(zhǔn)確推送到加工位置。如此不斷

49、重復(fù)，就能實(shí)現(xiàn)，在一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，保證兩個(gè)凸輪的協(xié)調(diào)工作，完成所需要的工作。至于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，需要通過(guò)計(jì)算，與其他的送片機(jī)構(gòu)相協(xié)調(diào)，在這里就不做敘述。3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇本打包機(jī)機(jī)械手采用三相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于位置和速度精確控制的特種電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的最大特點(diǎn)是其“數(shù)字性”，對(duì)于控制器發(fā)過(guò)來(lái)的每一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度(簡(jiǎn)稱(chēng)一步)，如下圖所示。如接收到一串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。同時(shí)可通過(guò)控制脈沖頻率，直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本低(相對(duì)于伺服)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近

50、年來(lái)在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)具有電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）；每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性；優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)；速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步

51、進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動(dòng)態(tài)性能差。 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱(chēng)作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度

52、而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。電機(jī)型號(hào)如表3.3。 表3.3 電機(jī)參數(shù)型號(hào)步距角電機(jī)長(zhǎng)度保持轉(zhuǎn)矩額定電流轉(zhuǎn)子模量電機(jī)重量130BYG350B1.228050845.521.2第四章 基于Pro/E的偏光片自動(dòng)送片機(jī)械系統(tǒng)的仿真4.1 Pro/E仿真功能4.1.1概述Pro/E系統(tǒng)提供了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能，能夠模擬真實(shí)環(huán)境中模型的工作狀況，從而幫助用戶(hù)更好地完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)Pro/E的Mechanism功能，對(duì)裝配后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可獲得機(jī)構(gòu)在任一時(shí)刻的位置、速度、加速度及受力情況的綜合數(shù)據(jù)。最經(jīng)濟(jì)直觀(guān)的是在計(jì)算機(jī)上仿真機(jī)構(gòu)的實(shí)際裝配、干涉檢測(cè)以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的驗(yàn)

53、證，這樣不僅使原來(lái)在二維圖紙上難以表達(dá)和設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)，而且能夠大大簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，使需要設(shè)計(jì)的機(jī)械達(dá)到最佳的效果，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)周期。Pro/E在仿真模塊注重運(yùn)動(dòng)的分析，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié),他們之間有著緊密的聯(lián)系，但是基于本課題的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)3D功能的仿真，而不需要進(jìn)行實(shí)際的受力分析，所以不從實(shí)際力學(xué)角度出發(fā)，只是模擬貼片機(jī)機(jī)械手的一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真過(guò)程。 本課題仿真思路是，先從個(gè)體入手，驗(yàn)證貼片機(jī)機(jī)械手各個(gè)組成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可行性，再仿真整個(gè)貼片機(jī)機(jī)械手的工作過(guò)程。需要特別指出的是，通過(guò)查找資料和自己的鉆研，克服了傳統(tǒng)Pro/E Wildfire 4.0無(wú)法仿真帶傳動(dòng)這種缺陷，在

54、下面的仿真過(guò)程中，將詳細(xì)介紹傳送帶的仿真過(guò)程。裝配前須合理確定各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副，按零件之間的位置、運(yùn)動(dòng)等關(guān)系完成裝配連接。在進(jìn)行貼片機(jī)機(jī)械手機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)設(shè)定各種連接來(lái)限制貼片機(jī)機(jī)械手機(jī)構(gòu)的自由度，達(dá)到零件的正確約束。Pro/E裝配提供的連接約束方式主要有：銷(xiāo)釘（PIN）、滑動(dòng)桿（SLIDER）、圓柱（CYLINDER）、平面（PLANAR）、槽（SLOT）、軸承（BEARING）等。具體操作：在組件放置階段，切換至move（移動(dòng)）窗口?？芍苯永檬髽?biāo)拖移組件。通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)操作，完成三維實(shí)體模型。4.1.2仿真知識(shí)簡(jiǎn)介1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真原理機(jī)構(gòu)是

55、由元件組合而成的，而每個(gè)元件都以一定的方式至少與另一個(gè)元件相連接。這種連接，即使兩個(gè)元件直接接觸，又使兩元件能夠產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在Pro/E中，執(zhí)行仿真操作的前提是在“裝配”環(huán)境中創(chuàng)建機(jī)構(gòu)裝配體，即創(chuàng)建機(jī)構(gòu)連接方式，從而限制元件在裝配體中的部分或全部自由度。這樣在進(jìn)入“機(jī)構(gòu)“環(huán)境中，便可通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器的功能將機(jī)構(gòu)的元件賦予運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真效果。2、部分運(yùn)動(dòng)仿真專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程中，或者進(jìn)行Pro/E運(yùn)動(dòng)仿真交流中經(jīng)常需要使用專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)，下面做簡(jiǎn)要解釋。自由度：機(jī)械系統(tǒng)允許的運(yùn)動(dòng)。連接作為主體間運(yùn)動(dòng)的限制條件，增加連接將減少自由度總數(shù)。連接：也叫聯(lián)接，它可以約

56、束元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少機(jī)構(gòu)的總自由度。LCS：與主體右擊的局部坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系，它與主體中定義的第一個(gè)零件有關(guān)。基礎(chǔ)：也可以稱(chēng)為大地或者機(jī)架，它是一個(gè)固定的參照，其他元件相對(duì)于基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)構(gòu)中，可以定義多個(gè)基礎(chǔ)。伺服電機(jī)：定義一個(gè)主體相對(duì)于另一個(gè)主體運(yùn)動(dòng)的方式?？梢栽诮宇^或幾何圖元上放置驅(qū)動(dòng)器，并指定主體之間的位置、速度或加速度。3、連接與部分連接類(lèi)型連接就是把元件與元件、元件與組件通過(guò)一定的連接方式裝配在一起，并限制兩者的自由度，從而在兩者之間建立一個(gè)確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。在裝配模式下，建立連接的目的是限制零件部分和全部自由度，這些操作是創(chuàng)建機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的先決條件。主要的連接類(lèi)型如下：（1）剛性 剛性是將兩個(gè)零件粘結(jié)在一起，它的旋轉(zhuǎn)自由度和平移自由度都為零，完全固定，一般是機(jī)架或機(jī)座等。（2）銷(xiāo)釘 采用銷(xiāo)釘連接的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)自由度為1，平移自由度為0，構(gòu)件只能繞固定的軸旋轉(zhuǎn)。約束關(guān)系一般為軸線(xiàn)對(duì)齊和偏移。（3）滑動(dòng)桿 構(gòu)件只能沿直線(xiàn)方向平移，故其平移自由度為1，旋轉(zhuǎn)自由度為0，該直線(xiàn)是指定的軸或邊。