蔡晨爭優(yōu)答辯文稿

1、機(jī)械工程學(xué)院學(xué)士論文答辯機(jī)械工程學(xué)院學(xué)士論文答辯姓名：蔡晨專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化班 級(jí)：機(jī)自0904班指導(dǎo)老師：吳靜靜、尤麗華PCB輸送系統(tǒng)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容提要機(jī)械手旋轉(zhuǎn)架設(shè)計(jì)4課題概述1三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)2機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)5機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6論文工作總結(jié)7一一 課題概述課題概述 課題來源及用途課題來源及用途1. 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，為公司的實(shí)際研發(fā)項(xiàng)目。 2、 PCB輸送系統(tǒng)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手用于電路板生產(chǎn)線上，其主要作用為將水平放置在皮帶或滾輪傳送線上的電路板抓取并旋轉(zhuǎn)成一定的角度，快速穩(wěn)定的運(yùn)送到兩個(gè)并行的收納位置放置，實(shí)現(xiàn)PCB的連續(xù)、高效、自

2、動(dòng)化生產(chǎn)。 一、課題概述一、課題概述 電子產(chǎn)品快速發(fā)展，電子產(chǎn)品快速發(fā)展， 帶動(dòng)帶動(dòng)PCB產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展PCB產(chǎn)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)業(yè)快速發(fā)展展中國的PCB設(shè)備特點(diǎn)是起步晚、檔次低、技術(shù)含量不高，大而不強(qiáng)、快而不專、多而不精的等，其發(fā)展仍與國外有較大的差距。我國我國PCB制造設(shè)備的制造設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展?fàn)顩r1、滿足市場需求，提高PCB生產(chǎn)效率；2、不斷地提高國內(nèi)自動(dòng)化裝備水平，提升我國自主研發(fā)實(shí)力。課題研課題研究意義究意義課題研究背景和意義一、課題概述一、課題概述第一代機(jī)械手主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手為微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽

3、、想的能力。第三代為智能機(jī)器人，能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。一、課題概述一、課題概述三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 二、二、 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)1 1、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)要求 1）電路板尺寸范圍：260*260 650*650（mm)； 2）電路板厚度范圍：0.2mm-5mm； 3）傳送速度：最大收板速度為8 片/min； 4）系統(tǒng)需具有并行的兩個(gè)收納位置 空間； 5）傳送和收納過程中不能產(chǎn)生沖擊 和變形； 6）設(shè)計(jì)的機(jī)械手能夠拆卸方便， 操作簡單。圖2-1 650*650mmPCB圖2-2 260*260mmPCB二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì)沿沿X軸的軸的平移平移三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手采用直角坐標(biāo)系。

4、沿沿Z軸的軸的伸縮伸縮繞繞X軸的軸的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)2、機(jī)械手坐標(biāo)系：二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì)4、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案選擇工業(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)。氣壓傳動(dòng)：輸出力矩小，行程較短，低速難以控制。液壓傳動(dòng)：輸出力矩大，適用于重型機(jī)械手。普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 輸出力矩大定位精度不高，適用于抓取重型、低速物件機(jī)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)：輸出力矩小，定位精度高，適用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手。同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì) 5、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)： 機(jī)械傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)傳動(dòng)齒輪、蝸桿、螺旋傳動(dòng)同步帶輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)摩擦傳動(dòng)帶傳動(dòng)同步帶綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，效率

5、高、有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比、傳動(dòng)范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、對惡劣環(huán)境適應(yīng)性較好、運(yùn)輸維護(hù)方便。圖2-3 同步帶示意圖二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì) 6、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)械夾持器、電磁吸附手、萬能手（靈巧手）、真空吸盤等。 a、 機(jī)械夾持器：根據(jù)手爪的開合來夾持一些剛性較大、結(jié)構(gòu)笨拙的物件。 b、電磁吸附手：利用通電線圈的磁場對可磁化的材料的吸附力來吸附物件，搬運(yùn)可磁化的工件。圖2-4 機(jī)械夾持器圖2-5 電磁吸附手二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì) c、萬能手：一種模仿人手制作的多關(guān)節(jié)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滿足任意形狀任意材質(zhì)的物體的抓取，但其控制、操作系統(tǒng)技術(shù)難度較大； d、真空吸盤：

6、真空吸盤結(jié)構(gòu)，采用負(fù)壓發(fā)生器，控制電磁換向閥的開合來實(shí)現(xiàn)對工件的吸附和開脫。結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、且吸附具有一定的柔性，吸附工件變形小。PCB板不能被磁化、形狀小、重量輕、剛度小，因此選擇真空吸盤作為機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖 2-8真空吸盤圖 2-7 萬能手二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì)7、機(jī)械手工作路徑擬定 PCB輸送系統(tǒng)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手需完成PCB板的抓取，并將其平穩(wěn)快速的放置到兩個(gè)并行的收納位置處。擬定其工藝流程分別為：1）、近處工位抓取：機(jī)械手原位 機(jī)械手伸長至PCB板 真空吸盤吸附PCB板 機(jī)械手回縮 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)60 機(jī)械手伸長至收納架 真空吸盤斷氣放板 機(jī)械手回縮 機(jī)械手回轉(zhuǎn)60 回到

7、原位，完成一次收板。圖2-9 圖2-10 二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì)2）、較遠(yuǎn)工位位抓?。?機(jī)械手原位 機(jī)械手伸長至PCB板 真空吸盤吸附PCB板 機(jī)械手回縮 機(jī)械手平移 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)60 機(jī)械手伸長至收納架 真空吸盤斷氣、放板 機(jī)械手回縮 機(jī)械手回轉(zhuǎn)60 機(jī)械手平移回原位、完成一次收板。圖 2-12圖 2-13圖 2-14二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)較遠(yuǎn)工位收板工藝確定運(yùn)行狀況： 1）、機(jī)械手臂沿Z軸的伸縮由同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同步帶傳動(dòng)結(jié)合線性滑軌導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，抓取板時(shí)伸縮行程為235mm,放板時(shí)行程為385mm； 2）、機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)基板

8、帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為60； 3）、機(jī)械手沿X軸的平移由同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同步帶輪結(jié)構(gòu)傳動(dòng)結(jié)合線性滑軌導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)，其行程為1000mm。 8、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)行程擬定。三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-1 真空吸盤吸附原理1、真空吸盤設(shè)計(jì)：圖3-2 真空吸盤的布局三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)總體示意圖三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-4 真空吸盤結(jié)構(gòu)圖3-5 真空吸盤-閥島可調(diào)節(jié)端圖3-4 真空吸盤-閥島固定端三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 3-6 650*650

9、mmPCB吸附示意圖三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-7 260*260mmPCB抓取示意圖四、四、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、總體方案設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)基板12、14繞固定基板8、17的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖 4-1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖四、四、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理：圖4-2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理圖四、四、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 4-3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖四、四、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 4-4 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖 五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)1、總體方案設(shè)計(jì)：圖 5-1

10、伸縮臂傳動(dòng)原理圖五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)1、從伺服電機(jī)到同步輪2的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)：2、從同步輪2到伸縮臂的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)：圖 5-2圖 5-3五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)A、從伺服電機(jī)到同步輪2的詳細(xì)設(shè)計(jì)：圖5-4 傳動(dòng)示意圖五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)b、從同步輪2到伸縮臂的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)圖 5-5 五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)圖 5-6五、五、機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)圖 5-7 伸縮臂結(jié)構(gòu)示意圖 六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、平移機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)。圖6-1 平移機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理簡圖六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)

11、計(jì)圖 6-2 平移機(jī)構(gòu)方案圖六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖6-3導(dǎo)軌型材端面示意圖圖 6-4同步帶卡六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖6-5 平移機(jī)構(gòu)外形圖4、橫梁的有限元分析 1)、利用solidworks的SimulationXpress模塊對橫梁進(jìn)行有限元分析，校核其強(qiáng)度和剛度。六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)橫梁最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力處在橫梁最中間，為 小于材料的屈服應(yīng)力 ，橫梁滿足強(qiáng)度要求。圖 6-5 橫梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖85.3 10 N61.569 10 N六、六、機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)橫梁最大靜態(tài)位移也位于橫梁最中間位置，其大小為 =0.01018 mm,橫梁總長1000mm,變形比例為 ,在容許范圍之內(nèi)，符合要求，因此不再做進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。圖 6-6 橫梁靜態(tài)位移圖-51.010機(jī)械手示意圖機(jī)械手示意圖圖 6-7 機(jī)械手抓板示意圖機(jī)械手抓板示意圖圖 6-8機(jī)械手放板示意圖機(jī)械手放板示意圖圖 6-9 七七 論文工作總結(jié)論文工作總結(jié) 課題總結(jié)課題總