偏光片自動送片機械手設計

1、題 目偏光片自動送片機械手設計36摘 要工業(yè)機械手是工業(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，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化起著重要作用。在工業(yè)生產(chǎn)領域內(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。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應惡劣的工作環(huán)境，機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，廣泛應用于柔性自動線。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代

2、制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(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。本課題是為了設計與偏光片貼片機相配套的送片機械手而進行的研究，側(cè)重于探究偏光片自動送片機械手的結(jié)構(gòu)及運動學特點。目前雖然實現(xiàn)了貼膜傳送的自動化，但是貼片載體的運送還要靠手工進行，所以要設計送片機械手，這是本課題所要解決的主要問題。本次設計傳動機構(gòu)擬運用帶傳動和齒輪齒條傳動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，卻有較高的工作效率。偏光片自動送片機械手驅(qū)動裝置采用伺服電機，整體上用PLC進行控制。通過PLC的控制

3、，使得機構(gòu)的各部分協(xié)調(diào)完成預定的任務。 本課題的主要研究方法與步驟是，首先對現(xiàn)在工廠中所主要使用的偏光片送片機構(gòu)進行考察探究，了解送片機械手的工作特點，總結(jié)當前機械手的優(yōu)點和不足之處。其次，搜集資料，認真學習與機械手相關的理論知識，熟悉機械手的基本結(jié)構(gòu)，基本工作原理，系統(tǒng)控制等方面，為機械手的設計和優(yōu)化做準備。再次，針對當前機械手的不足之處，運用所學知識，做出最合理的設計方案。然后，根據(jù)所得出的最優(yōu)方案，進行Pro/E仿真。最后，進行小結(jié)，總結(jié)設計經(jīng)驗和設計心得。本次設計的成果形式是，經(jīng)過對現(xiàn)在主要偏光片送片機械手不足之處的研究，提出新的設計方案進行改善、優(yōu)化，實現(xiàn)完全的自動化控制，并通過Pr

4、o/E仿真出來。關鍵詞：偏光片，機械手，貼片，伺服電機，帶傳動，機構(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 偏光片自動送片機械手概述11.1.1偏光片自動送片機械手的地位與作用11.1.2偏光片自動送片機械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.2 機械手知識簡介31.2.1 機械手的執(zhí)行機構(gòu)31.2.2 機械手的驅(qū)動機構(gòu)41.2.3 機械手的控制機構(gòu)4第二章 運用Pro/E實體建模52.1 Pro/E軟件簡介52.2 創(chuàng)建零件實體模型52.3 創(chuàng)建其他零部件實體模型62.4 建立裝配體82

16、.5 裝配體運動學仿真9第三章 偏光片自動送片機械手的結(jié)構(gòu)設計103.1 偏光片自動送片機械手的工作103.1.1偏光片貼片機的工作原理103.1.2偏光片貼片機的工作現(xiàn)狀103.1.3偏光片自動送片機械手的工作任務與設計思路113.2 貼片機的組成機構(gòu)簡介123.2.1 貼膜傳送機構(gòu)123.2.2 貼膜送膜機械手123.2.3 貼片送片機構(gòu)123.2.4 貼片與貼膜壓合機構(gòu)133.3 偏光片自動送片機械手設計143.3.1 存片部分143.3.2 運送部分143.3.3 變換位置部分143.4 電動機的選擇15第四章 基于pro/e的偏光片自動送片機械系統(tǒng)的仿真174.1 pro/e仿真功能

17、174.1.1 概述174.1.2仿真知識簡介174.2 偏光片自動送片機械系統(tǒng)各個組成機構(gòu)的仿真194.2.1 帶傳動機構(gòu)的仿真194.2.2 曲柄滑塊機構(gòu)的仿真224.2.3 齒輪齒條機構(gòu)的仿真234.2.4 凸輪推桿機構(gòu)的仿真264.2.5 圓柱凸輪機構(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32致 謝參 考 文 獻附 錄第一章 緒論1.1 偏光片自動送片機械手概述 1.1.1偏光片自動送片機械手的地位與作用二十世紀以來，隨著我國電子技術產(chǎn)業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，平板顯示（FPD）技術在這些新興產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)是不可或缺的了，大到電腦、電視機等各種顯示設備的液晶顯示屏，小到手機的屏

18、幕，都離不開平板顯示技術。平板顯示技術包括等離子顯示（PDP）、真空熒光顯示（VFD）、場發(fā)射顯示器（FED）、電致發(fā)光顯示（EL）、有機發(fā)光二極管顯示（OLED）等主動發(fā)光顯示技術以及液晶顯示（LCD）、電泳顯示（EPD）等被動發(fā)光顯示技術。其中，薄膜晶體管液晶顯示（TFT-LCD）是平板顯示的主流技術，其裝置一般由背光源、導光板、玻璃基板、液晶、彩色濾光片、偏光片、配向膜、驅(qū)動IC等部件組成。隨著生產(chǎn)技術的逐步成熟，TFT-LCD顯示器件還在不斷地發(fā)展和改進中，產(chǎn)量迅速增長，已迎來大發(fā)展的黃金時期。這里有提到偏光片，偏光片的全稱是偏振光片，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。兩塊偏光片設計成偏轉(zhuǎn)光方向垂直，則屏幕上像素的光的透射要依賴于液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度來調(diào)整，從而實現(xiàn)畫面的展現(xiàn)。若去掉上偏光片或者沒有下偏光片，都是一樣的結(jié)果，液晶顯示的原理就是液晶的旋光效應，而旋光效應受到電場影響，所以通過TFT產(chǎn)生可控制的電場控制液晶的旋光效應，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)生線偏振光，通過液晶 再通過上偏光片輸出，旋光角度的大小決定光線通過與否，通過多少。由以上分析可知，偏光片在顯示技術中占據(jù)舉足輕重的地位。因此要實現(xiàn)如何高效率和高質(zhì)量地進行貼片

20、顯得尤為重要，于是偏光片貼片機應運而生。而貼片機能否實現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)，又取決于送片機械手的設計。由此可見偏光片自動送片機械手的重要地位，這也是本課題進行研究的意義之一。1.1.2偏光片自動送片機械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢一、現(xiàn)狀平板顯示技術（FPD）自20世紀90年代開始迅速發(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，已被廣泛應用于家用電器、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技術的主流，TFTLCD面板制造工藝的技術很大比例都被固化到了TFTLCD制造設備中，從這個意義上說，設備的技術水平?jīng)Q定著面板的制造水平。隨著

21、TFTLCD技術的快速發(fā)展與日趨成熟，對生產(chǎn)線制造設備在制造精度，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TFTLCD平板顯示的支撐的基礎制造裝備業(yè)是平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工藝保證與技術支撐，同時也是我國相關高新技術產(chǎn)業(yè)的主要動力之一。到目前為止，我國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，幾乎全部依賴進口，后工序設備近年來依托市場的發(fā)展和設備制造商的努力，可以說已滿足國內(nèi)不同用戶的需求，絕大部分產(chǎn)品已完全取代了進口。我國最早在引進國外黑白TN和STN生產(chǎn)線時，就有相關的偏光片貼附設備，但由于技術上的保密與市場的局限性，該設備沒有得以推廣。早期主要是以手動貼片為主，人工完成偏

22、光片的撕膜，對位，玻璃清潔，以及推動輥輪進行滾壓，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，手動貼片機相繼問世，主要解決了貼附壓力一致性和可靠性的問題。手動貼片機工作原理是手工剝離偏光片上的離型膜，將其放置在上平臺上的固定位置吸住，將玻璃基板放置在下平臺定好位后吸牢，按動機器操作按鈕，下平臺橫向運動到固定貼附位置后，上平臺翻轉(zhuǎn)下壓，實現(xiàn)偏光片與玻璃對位的同時，下平臺反向運動，利用偏光片自身的粘性和膠輥材質(zhì)的彈性變形，完成整個偏光片單片貼附過程。缺點是貼附設備自動化程度低。2001年市場上推出了自動化程度相對更高的TP120LCD貼片機。其采用獨特的設計原

23、理，利用一種無聲膠帶作為傳輸送料的載體，實現(xiàn)了偏光片的自動送料，同時也解決了偏光片與其保護膜的自動分離，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，就可以快速和準確地粘貼偏光片于LCD基片上。該設備運行安全可靠，自動化程度高，位置調(diào)節(jié)方便、貼片精度高和貼片缺陷少，同時其性能穩(wěn)定，可靠耐用并且性價比高，但有一個缺陷就是沒有實現(xiàn)基片的自動送片。二、發(fā)展趨勢近年來我國剛剛進入LCD業(yè)內(nèi)的高端TFT領域，在原有的TN、STNT和CSTN貼片機的基礎上，成功研制了TFT-LCD液晶貼片機，主要解決了TFT貼片生產(chǎn)中防靜電和消除色斑兩項關鍵技術。在防靜電技術方面選用了多個靜電消除器來消除偏光片剝膜

24、、定位、基片上料、定位、擦洗及貼附結(jié)束時的靜電，并安裝有靜電檢測控制器，顯示除靜電效果。當靜電消除器的電極針需要清潔、更換或有其他異常情況時，系統(tǒng)自動報警。隨著行業(yè)競爭加劇，迫使各個LCD生產(chǎn)廠家在新品研發(fā)、成本控制和人性化管理等方面進行深層次的探索與改善，與其生產(chǎn)配套的設備廠商也都相應地做出了調(diào)整。（1）結(jié)合FPD產(chǎn)品升級換代快和新型顯示技術層出不窮的特點，及時研發(fā)相應的各種貼附類設備。例如在真空環(huán)境下對氣泡有特殊要求的真空貼附機；技術升級后精度更高和速度更快的偏光片貼附機；模塊化的系列貼附機；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（2）提高自動化程度，包括偏光片和玻璃片上

25、下料、清潔、離型膜剝離、圖像對位、貼附以及檢測全部實現(xiàn)自動化，以適應不同產(chǎn)品種類的貼附要求。隨著時代的發(fā)展，技術的進步，偏光片貼附機在貼附偏光片領域中正起著越來越大的作用，其主要作用有以下幾點：(1)可大大提高勞動生產(chǎn)率 。(2)能有效地保證加工質(zhì)量。 (3)可降低勞動強度，改善勞動條件。手工貼片的勞動強度很大，操作頻率較高，動作單調(diào)，易使工人得職業(yè)病。 (4)可降低貼片成本。 (5)可促進相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。打包機械是一門綜合性科學，它涉及到材料、工藝、設備、電子、電器、自動控制等多種學科，要求各相關學科同步、協(xié)調(diào)地發(fā)展，任何學科的問題都將影響包裝機械的整體性能。因此，打包機械的發(fā)展將有力地促進

26、相關學科的進步。另外，為適應打包機械高速包裝的需要，其相關的前后工序也勢必與之適應，也就推動了相關工序的同步發(fā)展。1.2機械手知識簡介 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。1.2.1 機械手的執(zhí)行機構(gòu) （1） 手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。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；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。傳力機構(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、用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較 為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。目前，應用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴格密封，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，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 （3）臂部 手臂部件是機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），并帶動他

28、們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(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、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜。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械手的工作性能。 （4） 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。 1.2.2 機械手的驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)

29、動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。1.2.3 機械手的控制機構(gòu) 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 第二章 運用Pro/E實體建模2.1 Pro/E軟件簡介Pro/Engineer 是美國PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問世。10多年來，已成為全世界及中國地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于電子、機械、模

30、具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關軟件Pro/DESINGER（造型設計）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、工業(yè)設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程；國際上有27000多企業(yè)采用了PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標準軟件進行產(chǎn)品設計。2.2 創(chuàng)建零件實體模型 以凸輪軸實體為例作詳細闡述。 一、打開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，進入草繪界面。2、根據(jù)設計數(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，輸入長度為84mm，單擊確認，完成圓柱凸輪圓柱體部分建模。圖2.2圓柱凸輪輪廓體4、選擇圓柱體一個端面，進入草繪界面，根據(jù)設計數(shù)據(jù)繪制截面，單擊確認完成。單擊拉伸按鈕，輸入長度為31mm,單擊確認。同理，選擇圓柱體的另一端進行草繪，并對草繪進行拉伸，輸入拉伸長度15mm，單擊確認完成，如圖2.2所示。三、建立鍵槽1、單擊建立基準平面DTM1。2、選中新建的基準平面，進入草繪界面，繪制圖2.3所示草圖，并單擊確認。圖2.33、單擊按鈕，輸入長度為5

32、mm，單擊按鈕，再單擊去除材料按鈕，單擊確認完成操作。四、繪制切槽1、選擇FRONT面，進入草繪界面。繪制如圖2.4所示草繪，單擊確認。2、選中草繪曲線，點擊工具欄“編輯”“投影”命令，再選中圓柱體曲面，單擊確認按鈕，完成投影操作。圖2.43、點擊工具欄“插入”“掃描”“切口”彈出“切剪：掃描”對話框如圖2.5所示，按圖2.6所示，單擊選取，依次選取草繪曲線，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，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)建其它零部件實體模型按2.2所示的方法，依次完成其他零部件的實體建模，在這里就不再做詳細敘述，只把最終完成的實體模型展示出來。偏光片自動送片機械手的其他主要部件包括機架、凸輪、直齒輪、齒條、連桿彈簧等。它們的實體圖分別如下圖所示。凸輪機架齒條直齒輪彈簧連桿2.4 建立裝配體以曲柄滑塊機構(gòu)為例，用Pro/e軟件建立減速機組的裝配體。一、打開PROE，新建一組件，輸入組件名qubinghuakuai，采用mms_asm_design模板。二、組裝曲柄滑塊機構(gòu)。1、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“jijia”，用戶定義選擇“剛性”，自動選項選擇“固定”，單

34、擊“確認”完成機架裝配。圖2.13 機座2、選擇工具欄中“插入”“元件”“裝配”功能，選擇零件“dailun03”，用戶定義選擇“銷釘”，選擇零件“dailun03”中的軸線，再單擊“jijia”中對應的裝配的軸線，完成軸的對齊操作；再選擇“dailun03”的一個端面，單擊機架中對應裝配軸的端面，最后單擊“確認”，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”，用戶定義選擇“滑動桿”，選擇滑塊的一條棱邊，再選擇機架滑槽中相對應的一條棱，完成軸對齊操作。再選擇滑塊與滑槽相接觸的一個面，并選擇滑槽中對應的一個面，完成旋轉(zhuǎn)操作。至此，可單擊左下角“移動”

35、按鈕，適當調(diào)整滑塊位置。最后單擊確認，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”，用戶定義選擇“銷釘”，選擇連桿一端孔的軸線，再選擇帶輪上小柱的軸線，完成軸對齊操作，再選擇連桿孔的一個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，新建一個銷釘連接。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，完成連桿的裝配，同時完成整個機構(gòu)的裝配。7、根據(jù)需要，給不同的元件渲染不同的色彩，加強視覺效果。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應，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，要利用機構(gòu)中的定義，如凸輪機構(gòu)裝配、齒輪齒條機構(gòu)的裝配，在這里不做贅述，將在后面第四章詳細介紹。2.5裝配體運動學仿真 組件裝配完成后，檢查無誤，就可以進行機構(gòu)運動學仿真了。具體步驟如下，還以曲柄滑塊機構(gòu)為例進行敘述。一、 連接組件組件裝配完成后，選擇“應用程序”“機構(gòu)”菜單，進入機構(gòu)界面。首先單擊工具欄中按鈕，彈出連接組件菜單，單擊“運行”，彈出確認菜單，單擊“是”。二、 定義伺服電機 1、在左下角窗口中，雙擊電動機按鈕，然后右擊子目錄中“新建”，彈出伺服電機定義對話框，如圖2.5.

37、1所示，選中曲柄滑塊機構(gòu)中輪和軸配合的運動軸。圖2.52圖2.5.1 2、進入電動機的輪廓定義，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)需要自己設置，這里設為5mm/sec，點擊“應用”“確定”。三、機構(gòu)運動學仿真點擊右側(cè)工具欄中檢測按鈕進入分析定義菜單，類型選擇“運動學”，為了運行時間稍長一些，可以把終止時間改長些，如100，如果沒有快照，初始配置選擇“當前”。一切設置好后，就可以點擊運行，機構(gòu)就能動起來。如果機構(gòu)不動或動的不符合規(guī)律，則需要從頭仔細檢查，找出錯誤，改正后重新運行。第三章 偏光片自動送片機械手的結(jié)構(gòu)設計3.1 偏光片自動送片機械手的工作3.1.1偏

38、光片貼片機的工作原理偏光片貼片機的原理是通過一個機械手（下文稱1號機械手）將貼膜貼到特制的傳送帶上，傳送帶將貼膜運送到一個固定的地方（與貼片貼合的地點），同時另一個機械手（下文稱2號機械手）將貼片也送到同一地點，再通過第三個機械手（下文稱3號機械手）將貼片和貼膜貼合。 這也就是貼片機工作的整個過程。3.1.2偏光片貼片機的工作現(xiàn)狀由于用貼片機來貼片簡單方便，效率高，且所貼的片的質(zhì)量較高，因此被廣泛應用。但據(jù)考查所知，目前國內(nèi)所應用的大部分貼片機都沒有實現(xiàn)完全自動化。因為雖然貼膜的傳送實現(xiàn)了自動化，但貼片的送片一般還要由工人完成，需要多消耗一些時間。如圖3.1所示，為貼膜的傳送過程，圖3.2為工

39、人手工送片場景。 圖3.2圖3.1貼膜運送過程：1、機械手1號將膜貼到運動的傳送帶上 2、傳送帶經(jīng)過一系列的滾輪糾偏后，經(jīng)過一個尖角 3、在尖角處，貼膜和傳送帶分離 4、3號機械手過來粘住分離開的貼膜，并送到貼片處進行貼合貼片送片手工操作過程：1、手工拿取貼片 2、將貼片放置在操作板上的合適位置 3、按運行按鈕，操作板沿導軌接近3號機械手 4、3號機械手完成貼片 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偏光片自動送片機械手的工作任務與設計思路 基于以上分析，偏光片送片機械手的工作任務已經(jīng)很明確，就是要將貼片從貼片機之外某個地點自動送到3號機械手處，與貼膜進行貼合，而且當貼

40、合工作完成后，要將已經(jīng)貼好的片送至貼片機之外的某處。明確自動送片機械手的工作任務后，其設計思路就明朗了。首先要有一個存放貼片的空間，然后需要一個機構(gòu)間歇地將貼片一個一個送出。由于存片與貼片之間的距離較遠，中間需要一個運送裝置。運送裝置只負責運送，但并不能將貼片運送到所需要的準確位置，這就還需要一個將貼片準確送至貼片的位置的機構(gòu)，另外，當貼合動作完成后，需要有一個機構(gòu)將貼好了的貼片從加工位置挪出，并將其從貼片機中運送出來。經(jīng)過綜合考慮，利用各種機構(gòu)的特性，可以做出如下設計：可預先將貼片一疊疊存在一個槽中，設計一個曲柄滑塊機構(gòu)，利用其往復運動特性，等時間地將貼片推出；由于存片與貼片之間的距離較遠，

41、就可以選擇帶傳動來運送；可以設計一個圓柱凸輪機構(gòu)，將貼片沿著固定的滑槽送到準確的加工位置；可以設計一個凸輪機構(gòu)，用推桿將加工好了的貼片從加工位置推到另一個傳送帶上，由另一個傳送帶將其運回。3.2 貼片機的組成機構(gòu)簡介3.2.1貼膜傳送機構(gòu) 如圖3.2.1所示，貼膜傳送機構(gòu)由許多帶輪和一條特別的帶（能粘住貼膜）組成。這些輪中，首尾兩個輪用來卷帶，其他的帶輪主要用來糾偏。傳送帶經(jīng)過一系列的滾輪糾偏后，經(jīng)過一個尖角，就在這個尖角，傳送帶與貼膜相互分離，為被3號機械手抓取做好準備。通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)傳送帶的線速度。圖3.2.13.2.2貼膜送膜機械手機構(gòu)如圖3.2.2和圖3.2.3所示，貼膜

42、送膜機械手就設計為齒輪齒條機構(gòu)，其中齒輪由電機驅(qū)動，作往復運動，從而帶動齒條來回運動。貼膜預先疊放在齒條上開的槽中，齒條每向前運動一次，就與傳送帶接觸一次，從而可以把貼膜貼到傳送帶上去。通過調(diào)節(jié)電機往復轉(zhuǎn)動的頻率及傳送帶運動線速度，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貼片送片機構(gòu)貼片送片機構(gòu)是本課題設計的重點。初步設計結(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，后面的就會補充進去；2為曲柄滑塊機構(gòu)的連桿，帶輪每轉(zhuǎn)動一周，連桿就帶動滑塊往復運動一次，從而將槽內(nèi)存放的貼片

43、一片一片地推出；3為帶傳動機構(gòu)中的帶輪，由電動機驅(qū)動，將貼片運送到另一端。圖3.2.5圖3.2.5為俯視圖，其中4為圓柱凸輪機構(gòu)，負責將傳送帶運來的貼片準確地推送到待加工位置，即3號機械手處；5為凸輪機構(gòu)，負責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，負責將加工好了的貼片運送回來。3.2.4貼片與貼膜壓合機構(gòu)如圖3.2.6和圖3.2.7所示，為所設計的貼片與貼膜壓合機構(gòu)。 圖3.2.7圖3.2.6貼片與貼膜壓合機構(gòu)的任務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為齒輪齒條機構(gòu)的齒條；2為曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊；3為曲柄滑塊機構(gòu)的連桿。曲柄滑塊機構(gòu)帶動滑

44、塊來回運動，齒條由齒輪帶動做上下往復運動，在PLC的控制下，當滑塊運動到貼膜的上方時，曲柄停止轉(zhuǎn)動，此時，齒條向下運動，抓取貼膜；抓取到貼膜后，齒條又往上運動，此時曲柄又開始轉(zhuǎn)動，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，齒條向下運動，將貼膜與貼片貼合。這就是一個工作周期。3.3 偏光片自動送片機械手設計3.3.1存片部分考慮到空間的節(jié)省和取片的方便，將存片設計為槽型，槽的截面尺寸比貼片的長和寬略大，至于槽深，可根據(jù)實際情況決定。槽內(nèi)固定一勁度系數(shù)合適的彈簧，用來自動推動貼片向前運動，實現(xiàn)1號機械手處的貼片不斷補充。開槽的位置由送片傳送帶的位置決定，因為槽內(nèi)的貼片最終是要被推到帶上

45、面的，所以帶的長度方向和槽的長度方向要對齊。這就是對存片部分的一個簡單的設計。若要設計得更完善，可以在在彈簧上設一個傳感器，用來測量彈簧的伸長，當彈簧伸到某一長度時，貼片被送完了，此時傳感器可以向PLC發(fā)送一個信號，使整個機器停止工作。這屬于控制部分的設計，在這里就不做詳細敘述。3.3.2運送部分運送部分很簡單。由于運送距離相對較遠，在各種傳動機構(gòu)中，就自然而然地想到了帶傳動。帶傳動的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)能夠緩沖吸震。另外，帶傳動機構(gòu)的成本相對低廉。因為貼片既要運進去進行加工，又要在其加工好了之后再運送出來，所以要設計成兩個帶傳動系統(tǒng)。又由于兩個帶傳動系統(tǒng)的傳動方向相反，所以不能共用一臺

46、電動機，而必須是兩臺電機分別驅(qū)動。貼片需要水平傳輸，決定了兩個帶輪要直徑相同，至于直徑具體數(shù)值，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速及線速度的需要合理設定。帶的寬度設計對送進和送出的帶略有不同。因為送進去時，對位置精度要求高，所以帶的寬度必須使是貼片的寬度，這樣有利于將其準確運送到加工位置。而送出就不同了，沒有位置精度要求。但必須能夠接住從加工位置推出來的貼片，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，需要外界對其施力以改變其運動狀態(tài)，才能夠使其按所需要的路徑運動。這就需要設計一些能夠使貼片改變運動狀態(tài)的機構(gòu)。這一部分又細分為三個小部

47、分。首先要將貼片從存片的槽內(nèi)推出到傳送帶上。這一動作的特點是，載荷不大，但需要不斷重復，而且貼片從存片槽內(nèi)到傳送帶上需要滑動，這就很容易讓人想到曲柄滑塊機構(gòu)，因為曲柄滑塊機構(gòu)剛好能滿足這一運動要求；其次，送片傳送帶將貼片送到盡頭后，又需要機構(gòu)將其推送到加工的準確位置。要實現(xiàn)這一動作，當然也可以用曲柄滑塊機構(gòu)，但是考慮到與其他機構(gòu)共用電動機問題，還是選擇圓柱凸輪機構(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，這一動作由凸輪推桿機構(gòu)完成比較理想，一方面凸輪推桿機構(gòu)能夠重復動作，另一方面凸輪推桿機構(gòu)可以和前面圓柱凸輪機構(gòu)同軸，共用一個電動機，而且通過特殊設計可以使兩個同軸的機構(gòu)協(xié)調(diào)工作

48、，而不需要由PLC來協(xié)調(diào)。下面就來簡單介紹一下圓柱凸輪機構(gòu)和凸輪推桿機構(gòu)相互協(xié)調(diào)工作的原理。如圖3.3.1和圖3.3.2所示，為機械手工作的兩個特殊位置。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，此時推桿2處于收縮狀態(tài)；同時圓柱凸輪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，此時推桿2處于伸出狀態(tài)；同時圓柱凸輪4中最遠離凸輪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，準備將下一個貼片準確推送到加工位置。如此不斷

49、重復，就能實現(xiàn)，在一臺電動機的帶動下，保證兩個凸輪的協(xié)調(diào)工作，完成所需要的工作。至于電動機的轉(zhuǎn)速，需要通過計算，與其他的送片機構(gòu)相協(xié)調(diào)，在這里就不做敘述。3.4 電動機的選擇本打包機機械手采用三相步進電機，步進電機是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機。步進電機的最大特點是其“數(shù)字性”，對于控制器發(fā)過來的每一個脈沖信號，步進電機在其驅(qū)動器的推動下運轉(zhuǎn)一個固定角度(簡稱一步)，如下圖所示。如接收到一串脈沖步進電機將連續(xù)運轉(zhuǎn)一段相應距離。同時可通過控制脈沖頻率，直接對電機轉(zhuǎn)速進行控制。由于步進電機工作原理易學易用，成本低(相對于伺服)、電機和驅(qū)動器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機控制，因此近

50、年來在各行各業(yè)的控制設備中獲得了越來越廣泛的應用。步進電機具有電機旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；電機停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當繞組激磁時）；每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性；優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應；沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命；電機的響應僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本僅僅將負載直接連接到電機的轉(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。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步

51、進電機（HB）和單相式步進電機等。 永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；永磁式步進電動機輸出力矩大，動態(tài)性能好，但步距角大。 反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動態(tài)性能差。 混合式步進電動機綜合了反應式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應子式步進電動機。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度

52、而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。電機型號如表3.3。 表3.3 電機參數(shù)型號步距角電機長度保持轉(zhuǎn)矩額定電流轉(zhuǎn)子模量電機重量130BYG350B1.228050845.521.2第四章 基于Pro/E的偏光片自動送片機械系統(tǒng)的仿真4.1 Pro/E仿真功能4.1.1概述Pro/E系統(tǒng)提供了機構(gòu)運動仿真功能，能夠模擬真實環(huán)境中模型的工作狀況，從而幫助用戶更好地完成機構(gòu)設計。通過Pro/E的Mechanism功能，對裝配后的機構(gòu)進行運動仿真，可獲得機構(gòu)在任一時刻的位置、速度、加速度及受力情況的綜合數(shù)據(jù)。最經(jīng)濟直觀的是在計算機上仿真機構(gòu)的實際裝配、干涉檢測以及運動協(xié)調(diào)性的驗

53、證，這樣不僅使原來在二維圖紙上難以表達和設計的運動，而且能夠大大簡化機構(gòu)的設計開發(fā)過程，使需要設計的機械達到最佳的效果，縮短產(chǎn)品設計的開發(fā)周期。Pro/E在仿真模塊注重運動的分析，機構(gòu)運動分析是設計中重要的環(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是實現(xiàn)3D功能的仿真，而不需要進行實際的受力分析，所以不從實際力學角度出發(fā)，只是模擬貼片機機械手的一個運動學仿真過程。 本課題仿真思路是，先從個體入手，驗證貼片機機械手各個組成機構(gòu)運動的可行性，再仿真整個貼片機機械手的工作過程。需要特別指出的是，通過查找資料和自己的鉆研，克服了傳統(tǒng)Pro/E Wildfire 4.0無法仿真帶傳動這種缺陷，在

54、下面的仿真過程中，將詳細介紹傳送帶的仿真過程。裝配前須合理確定各運動構(gòu)件之間的運動副，按零件之間的位置、運動等關系完成裝配連接。在進行貼片機機械手機構(gòu)動態(tài)仿真設計過程中，可根據(jù)構(gòu)件間的相對運動情況，通過設定各種連接來限制貼片機機械手機構(gòu)的自由度，達到零件的正確約束。Pro/E裝配提供的連接約束方式主要有：銷釘（PIN）、滑動桿（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）窗口?？芍苯永檬髽送弦平M件。通過平移和旋轉(zhuǎn)操作，完成三維實體模型。4.1.2仿真知識簡介1、機構(gòu)運動仿真原理機構(gòu)是

55、由元件組合而成的，而每個元件都以一定的方式至少與另一個元件相連接。這種連接，即使兩個元件直接接觸，又使兩元件能夠產(chǎn)生一定的相對運動。在Pro/E中，執(zhí)行仿真操作的前提是在“裝配”環(huán)境中創(chuàng)建機構(gòu)裝配體，即創(chuàng)建機構(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。這樣在進入“機構(gòu)“環(huán)境中，便可通過對機構(gòu)添加運動副、驅(qū)動器的功能將機構(gòu)的元件賦予運動，從而實現(xiàn)機構(gòu)的運動仿真效果。2、部分運動仿真專業(yè)術語在機構(gòu)運動仿真過程中，或者進行Pro/E運動仿真交流中經(jīng)常需要使用專業(yè)名稱，下面做簡要解釋。自由度：機械系統(tǒng)允許的運動。連接作為主體間運動的限制條件，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、束元件之間的相對運動，減少機構(gòu)的總自由度。LCS：與主體右擊的局部坐標系，該坐標系是系統(tǒng)默認的坐標系，它與主體中定義的第一個零件有關?；A：也可以稱為大地或者機架，它是一個固定的參照，其他元件相對于基礎運動。在一個運動仿真機構(gòu)中，可以定義多個基礎。伺服電機：定義一個主體相對于另一個主體運動的方式?？梢栽诮宇^或幾何圖元上放置驅(qū)動器，并指定主體之間的位置、速度或加速度。3、連接與部分連接類型連接就是把元件與元件、元件與組件通過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確定的運動關系。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)建機構(gòu)運動仿真的先決條件。主要的連接類型如下：（1）剛性 剛性是將兩個零件粘結(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，一般是機架或機座等。（2）銷釘 采用銷釘連接的構(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)。約束關系一般為軸線對齊和偏移。（3）滑動桿 構(gòu)件只能沿直線方向平移，故其平移自由度為1，旋轉(zhuǎn)自由度為0，該直線是指定的軸或邊。