基于極組堆疊過程機械手設計-三自由度圓柱坐標工業(yè)機械手含6張CAD圖
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設計（XX）任務書
院（部）： 專業(yè)：
學生姓名
學生學號
指導教師
職稱
學位
課題名稱
基于極組堆疊過程機械手設計
起止時間
20XX年10月15日 — 20XX年5月10日
課題來源
□實驗 □生產實踐
□科研項目 R其它來源于社會實踐或應用研究的課題
設計（論文）的主要任務與基本要求：
一、主要任務
本課題針對基于極組堆疊過程機械手機械結構的研究現狀，對科研項目進行更深入的研究、整理、完善，通過科學的研究方法，以期最終形成完善的基于極組堆疊過程機械手的設計。
二、基本要求：
（一）內容設計要求：
1. 機器總體設計方案。
2. 傳動系統(tǒng)的設計：主要是電動機的選擇、傳動方式的選擇等。
3. 減速器的設計計算
（二）工作量要求：
1. 設計說明書一份。2. 零件圖和裝配圖一套。
進度安排：
1.2019年10月15日--2019年11月03日，下達任務書、明確設計任務，撰寫并提交開題報告。
2.2019年11月04日--2019年11月15日，調研、查閱設計相關資料，確定設計方案。
3.2019年11月16日--2019年12月20日，完成各部分的設計，形成畢業(yè)設計初稿。
4.2019年12月21日--2020年03月15日，優(yōu)化、細化初稿，完成畢業(yè)設計修改稿。
5.2020年03月16日--2020年04月20日，畢業(yè)設計定稿，整理畢業(yè)設計材料，準備答辯。
指導教師簽字：
年 月 日
院（部）本科畢業(yè)設計（論文）工作領導小組意見：
簽章：
年 月 日
注：1.任務書由指導老師填寫。2.任務書在第七學期下達給學生。3.本表一式三份，院（部）、指導教師、學生各一份。
目 錄
一、實習目的 1
二、實習單位概況 1
三、公司管理管理風格 2
四、安全教育 2
五、實習內容 2
六、實習感受與總結 3
II
一、實習目的
隨著社會的快速發(fā)展，用人單位對大學生的要求越來越高，對于即將畢業(yè)的機械設計制造及其自動化專業(yè)在校生而言，為了能更好的適應嚴峻的就業(yè)形勢，畢業(yè)后能夠盡快的融入到社會，同時能夠為自己步入社會打下堅實的基礎，畢業(yè)實習是必不可少的階段。畢業(yè)實習能夠使我們在實踐中了解社會，讓我們學到了很多在機械設計制造及其自動化專業(yè)課堂上根本就學不到的知識，受益匪淺，也打開了視野，增長了見識。使我認識到將所學的知識具體應用到工作中去，為以后進一步走向社會打下堅實的基礎，只有在實習期間盡快調整好自己的學習方式，適應社會，才能被這個社會所接納，進而生存發(fā)展。
剛進入實習單位的時候我有些擔心，在大學機械設計制造及其自動化專業(yè)知識與實習崗位所需的知識有些脫節(jié)，但在經歷了幾天的適應過程之后，我慢慢調整觀念，正確認識了實習單位和個人的崗位以及發(fā)展方向。我相信只要我們立足于現實，改變和調整看問題的角度，銳意進取，在成長的道路上不斷攀登，有朝一日，那些成才的機遇就會紛沓而至，促使我們成為機械設計制造及其自動化專業(yè)公認的人才。我堅信“實踐是檢驗真理的唯一標準”，只有把從書本上學到的專業(yè)理論知識應用于實踐中，才能真正掌握這門知識。因此，我作為一名機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生，有幸參加了為期四個月的畢業(yè)實習。機電工程學院為了使我們更多了解機電產品、設備及工作性質，提高對機械制造相關技術的認識，加深機械制造在工業(yè)各領域應用的感性認識，開闊視野，了解相關設備及技術資料，熟悉典型零件的加工工藝，特意安排了我們到青島百創(chuàng)機械設備有限公司進行了為期四個月的參觀實習。這次的認知實習也是為了我們能將所學的理論知識與實踐結合起來，培養(yǎng)勇于探索的創(chuàng)新精神、提高動手能力，加強社會活動能力，嚴肅認真的學習態(tài)度，為以后專業(yè)實習和走上工作崗位打下堅實的基礎，也為了能夠讓我們對自己的未來有個明確的規(guī)劃。
二、實習單位概況
青島百創(chuàng)機械設備有限公司是一家專業(yè)從事進口、國產物流倉儲設備的，集叉車批發(fā)、銷售、租賃、保養(yǎng)、維修、配件于一體的專業(yè)性叉車服務運營商。公司主要經營的產品有叉車、牽引車、堆高車、搬運車、牽引蓄電池等物流倉儲設備，同時為用戶提供適合、專業(yè)的物流裝備解決方案和設備終身維護、保養(yǎng)、維修服務以及二手叉車置換業(yè)務。我們本次實習的單位是位于山東省青島市城陽區(qū)，位置在夏莊街道西黃埠社區(qū)南50米附近。公司主要經營大宇叉車配件,斗山叉車配件, 公司系韓國大宇叉車中國青島事業(yè)部，主要經營斗山大宇叉車的整機銷售、配件銷售批發(fā)、維修服務、保內索賠等業(yè)務。
三、公司管理管理風格
在公司里面我們見到最多的就是它的5s管理。而何為5s：5s是起源于日本的一種現場管理方法，是整理(seiri)、整頓(seiton)、清掃(seiso)、清潔(seikeetsu)、素養(yǎng)(shituke)5個詞的縮寫。因為這5個詞日語中羅馬拼音的第一個字母都是“s”，所以簡稱為“5s”，5s活動的目的是為了創(chuàng)造一個干凈整潔、舒適合理的工作環(huán)境，并通過工作環(huán)境的整治，達到改善和提升管理的功效，最終提升企業(yè)的市場競爭力，5s包括5個部分即整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)。
四、安全教育
2020年3月12日下午我們在公司中心進行了安全教育?？崎L給我們看安全生產記錄還有事故案例，一些注意事項加血淋淋的案例，盡管我很害怕，不敢聽不敢看，但我不能，我必須聽還要看，還要做筆記，這些血淋淋的案件給人們敲響了警鐘。老師給我們提了好多要求，我們都必須做到，畢竟事故發(fā)生了誰也負擔不起。不允許穿涼鞋進廠；進廠必須穿長褲；禁止在廠里吸煙，被發(fā)現者罰款; 進廠后衣服不準敞開，外套不準亂掛在身上，不得背背包進廠；人在廠里不要成堆，不要站在主干道上；注重自身和學校形象；不準亂按按扭、開關；注意安全。
五、實習內容
一開始我感到沒有信心，在老師和同學的幫助下逐步建立起了自信，通過實行加深學生對汽車專業(yè)在國民經濟中所處地位和作用的認識，鞏固專業(yè)思切身了解汽車服務市場現狀3.熟悉汽車修理環(huán)境、修理工具。為將來工作打下基礎。通過現場維修實習和企業(yè)員工的交流指導，理論聯系實際，把所學的理論知識加維修實習是對學生的一次綜合能力的培養(yǎng)和訓練。在整個實習過程中充分調動學例如：電腦檢測分析儀、噴油清洗分析儀、四輪定位儀、自動循環(huán)清洗,等等。使得該廠軟、硬件兼?zhèn)淝彝晟?。汽車保養(yǎng)u形螺栓是否牢固可靠。起動發(fā)動察看儀表工作是否正常，傾聽發(fā)動機有無異響。檢查車輛有無漏水、漏油、漏氣、汽車點火系統(tǒng)故障排查信號發(fā)生器以及連接導線等。
六、實習感受與總結
為期四個月多的實習結束了，在老師和工廠技術人員的帶領下看到了很多也學到了很多。讓我對原先在課本上許多不很明白的東西在實踐觀察中有了新的領悟和認識。在這個科技時代中，高技術產品品種類繁多，生產工藝、生產流程也各不相同，但不管何種產品，從原料加工到制成產品都是遵循一定的生產原理，通過一些主要設備及工藝流程來完成的。因此，在專業(yè)實習過程中，首先要了解其生產原理，弄清生產的工藝流程和主要設備的構造及操作。其次，在專業(yè)人員指導下，通過實習過程見習產品的設計、生產及開發(fā)等環(huán)節(jié)，初步培養(yǎng)我們得知識運用能力。沒去之前我總以為根據自己從書上、從課堂上所學到的知識應該對企業(yè)的生產情況有了比較深刻的了解，但去了之后才知道自己的想法有多么幼稚，才體會到書上所說的“紙上得來終覺淺，絕知此事需躬行”的真正含義，也明白了老師要我們一定要下工廠實習的良苦用心。真的，有許多東西看似已經懂了，但真正到了實際卻又是另一種情況。有時自己認為自己已掌握的東西可能僅是一些膚淺的表面或總體的一個方面，甚至有時是錯誤的認識，而如果沒有實地考察實踐，是無法發(fā)現這些問題的。這次實習給我們每個人一個很好的機會學習那些書本上不能學到的知識，增長了我們的見識，對生產操作有了一定的直觀認識，對工人也有了一種全新的認識。感謝領導、老師給我們這次充實自己、增長見識的機會。
4
青島濱海學院實習鑒定表
姓名
連升
性別
男
年齡
實習出勤（次數或天數）120
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
遲到早退
0
病假
0
事假
0
曠課
0
專業(yè)技能方面受過何種獎勵
第十五屆山東省大學生機電創(chuàng)新設計大賽一等獎；
第八屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽一等獎；
第七屆山東省高校機器人大賽二等獎；
評價內容
勞動態(tài)度（10分）
勞動紀律（25分）
職業(yè)道德（20分）
專業(yè)技能（25分）
創(chuàng)新能力（10分）
協(xié)作精神（10分）
合計
得分
9
24
18
24
10
9
94
個人小結
很感謝實習單位給我這個這么好的實習機會，讓我學習很多、成長很多、收獲很多。
簽字：
年 月 日
實習單位鑒定
負責人簽字：（單位蓋章）：
年 月 日
指導教師考核意見
成績評定：指導教師簽字：
年 月 日
學院意見
學院簽字（單位蓋章）：
年 月 日
備注
注：實習結束時，由實習學生填寫本表后，交指導教師和實習單位簽署意見，最后交學院院辦歸檔保管。
青島濱海學院實習報告成績
學號
20160190311
姓名
連升
班級
16機械本3
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
學制
4
班主任
實習報告
題目
青島百創(chuàng)機械設備有限公司實習心得
指導教師
柏秀芳
職務或職稱
講師
指
導
教
師
評
語
評
審
小
組
意
見
學
院
終
審
意
見
備注
注：本表填寫完畢后，由各學院對學生成績匯總后，交教務處一份備案。
XX
設計（XX）開題報告
題 目： 基于極組堆疊過程機械手設計
英文題目：Manipulator design based on pole Group
Stacking Process
學 院：
專 業(yè)：
姓 名：
學 號：
指導教師：
20XX年1月6日
一、課題來源、研究目的（選題的意義和預期應用價值）
1.課題的來源
本課題來源于生產實踐，課題靈感來自青島力神新能源有限公司裝配車間的一段工序，針對疊片車間來料進行堆疊及包膠的過程，采用新的設計思路，減少人力物力，結合機械結構原理，進行創(chuàng)新改造。
2.本課題研究的意義
近年來，能源危機、環(huán)境污染問題日趨嚴重，全球范圍內都在大力發(fā)展可持續(xù)的新能源，如鋰離子電池、太陽能、風能等，鋰離子電池因具有循環(huán)性能好、工作溫度范圍寬、具有高比能量、高比功率、快速充電和深度放電的性能，而且要求成本盡量低，使用壽命盡量長，鋰離子電池在為數不多的新能源中脫穎而出。電池行業(yè)的發(fā)展也進入了新的階段，智能化、規(guī)范化成為重要的發(fā)展方向，為經濟的發(fā)展做出了巨大的貢獻。電池行業(yè)競爭也是在于設備先進程度的競爭，電池包膠設備的好壞嚴重影響極片的焊接及入殼后電池的質量。本設備堆疊夾緊機構極大提高極組堆疊的整齊度，避免不良品的產生，效率與質量的提升使企業(yè)在鋰電池行業(yè)處于領先地位。
3.本課題研究目的
方形疊片鋰動力電池生產過程中，裝配工序應先對個級組進行膠帶包裹，形成預固定，以便于進行級組級耳焊接及裝入電池殼，傳統(tǒng)作業(yè)方式為作業(yè)人員徒手進行多級組包裹作業(yè)，不僅作業(yè)效率低下，且包裹整齊度參差不齊，嚴重影響極組的質量乃至電池的質量。本設備堆疊夾緊機構極大提高極組堆疊的整齊度，避免不良品的產生。拉膠―固定―切膠―吸膠―貼膠自動化工藝并設有兩個機械抓極大提高包膠質量及效率，后設包膠檢測裝置，消除一切不良品為后續(xù)其他工序做好準備。效率與質量的提升使企業(yè)在鋰電池行業(yè)處于領先地位。此次的設計滿足省時省力,效率精度高,生產周期短,制造成本低,獲取更大的經濟利益等要求。同時在課題的研究設計過程中提升自己的能力，綜合運用大學所學知識，融會貫通。實現自己對知識的進一步掌握。
二、與本課題相關的國內外研究現狀（文獻綜述），預計可能創(chuàng)新的方面
國內外早有人意識到電池堆疊包膠速度與質量的重要性。也曾設計極組包膠裝置，上料時利用彈簧推動的方式使需要包膠的電池板依次下落，自動下料，利用傳送輪的方式使電池板在帶動下下移，利用下壓的電池板抵住膠帶本體，使膠帶主體覆蓋于電池板的外側，并使膠帶主體與外連接框分離，對外連接框進行收集，并拉動膠帶移動便于進行下一個電池的包膠；包膠完成后的電池通過熱壓和切割，使多余的膠帶被切除，實現自動化的生產。雖然大大提高了效率不過對于極組的保護與大批量的生產還存在一些的壓力。
創(chuàng)新方面：結合極組堆疊設備與包膠設備取之長處，利用氣缸控制機械手臂實現取料堆疊及包膠。利用馬達帶動傳送帶減少人力物力從而實現大批量、高質量、高效率的極組堆疊及包膠一體的設備。
參考文獻：
[1].紀常委，鋰離子動力電池研究設計[M?].北京:北京工業(yè)大學,2006.
[2]高耀東,劉學杰,周可璋.ANSYS?機械工程應用精華30例[M?].北京電子工業(yè)出版社,2010.
[3]譚錚.新能源汽車電池分析[J?].汽車駕駛及維修,2005(3):73-74.
[4] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000.
[5] 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.
[6] 駱素君, 朱詩順. 機械課程設計簡明手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,
[7]?楊桂從.動力電池裝配線路研究[J].?汽車工藝與研究-2010年12期
[8] 朱倩.電動汽車動力電池[J].電氣時代 2006.12.167l一071?1(2006)12—0035—03
[9]?江邁進.新能源的發(fā)展前景[J].福建能源開發(fā)與節(jié)約，2001年第2期
[10] 陳鐵鳴. 新編機械設計課程設計圖冊[M]. 北京：高等教育出版社, 2003.
三、研究的主要內容與可行性分析
本次是對極組堆疊包膠設備設計與優(yōu)化。對的主要結構部件進行結構以及造型設計。對工件的選性與設計，對設備問題點的改進與優(yōu)化。畢業(yè)設計將嚴格按照工業(yè)研發(fā)流程進行：
（1）通過查閱相關資料了解堆疊包膠設備機構的工作原理，涉及機械手、馬達、氣缸、感應指示燈、皮帶傳送、PLC控制等，為后面的設計打下堅實的基礎。
（2）設計堆疊包膠機平面圖，保證從來料到出料，機臺各個工位設計合理美觀。
（3）對各工位進行設計，保證滿足工藝技術要求。以氣缸與馬達完成設備要求動作，設備要具備：極組上料，極組堆疊，極組兩側包膠，極組頂/底包膠，極組包膠檢測，極組出料等工藝要求。
（4）對設計進行分析與優(yōu)化，要求設備滿足故障率小于1％，合格率 ≥98％，兩極組邊緣對齊后按照同向堆疊在一起，對齊度≤0.5mm。兩個極耳中間膠帶寬度10~40mm，兩個側邊膠帶和底邊膠帶寬度10~50mm，膠帶直徑：≤φ300mm。
可行性分析
實習期間對極組堆疊包膠機有了初步的了解，明確本次設計需要注意的各項要求與結構，通過大學四年的學習，我已掌握了機械設計、機械制圖、金屬材料、plc等相關基礎知識，且有清晰的設計基本思路，堅持閱讀指導教師指定的參考文獻、資料、書籍，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文文獻，積極開展調研論證，同時了解模具設計的要點，并對極組進行工藝性分析和結構尺寸的計算。此外，還熟練掌握了CAD、UG等輔助設計軟件，可對設備結構進行設計、分析等，本設計切實可行，能夠達到預期的要求。
四、本課題研究的主要方法和步驟
第一，需要明確極組堆疊包膠設備的設計要求，并進行工藝性分析，來料極組分析，托盤結構工藝分析，物流線布局的分析，明確極組的生產批量，計算出設備空間尺寸及線路長短。
第二，綜合運用CAD、UG計算機輔助設計軟件進行布局繪制，機械手的合理布局，感應指示燈設計，托盤回流位置的確定等。
第三，確定上料皮帶傳動所需控制馬達及運行感應指示燈的選用及編程。堆疊工位機械手尺寸設計，及氣缸的選用。包膠工位機械手設計，包膠機構伺服馬達的選用，包膠檢測裝置設計等。
第四，完成機械手繪圖，設備總體布局描述。
通過上述設計流程的實施，實現極組的堆疊包膠一體化。便于實現智能化生產，因此在生產過程中完全符合要求。
五、研究進度安排
1.2019年10月15日--2019年12月20日，下達任務書、撰寫并提交開題報告。
2.2019年12月21日--2019年01月20日，調研、查閱相關資料，確定設計案。
3.2020年01月21日--2019年02月25日，完成初稿。
4.2020年02月26日--2019年03月15日，完成第二稿。
5.2020年03月16日--2019年04月12日，完成定稿，準備答辯。
六、指導教師意見
指導教師簽字：
年 月 日
七、院（部）本科畢業(yè)論文（設計）工作領導小組意見
組長簽章：
年 月 日
6
基于極組堆疊過程機械手設計,任務要求：,夾持最大物重：1Kg 直徑為： 以下尺寸的圓形棒料 移動范圍：半徑為0.5的扇形區(qū)域 高度變化范圍為：0.5m 設計壽命：3年 動力裝置自定，選用液壓系統(tǒng)，要設計出液壓系統(tǒng)圖和相應電氣控制系統(tǒng)。,,,手抓設計：,滑槽式杠桿回轉型手部,,腕部設計：,腕部回轉缸,,手抓與手腕連接：,,手臂設計：,雙向導向桿手臂伸縮機構,,機身設計：,回轉缸置于升降缸之上的機構,,驅動系統(tǒng)設計：,,控制電路設計：,從原位開始升降臂下降夾持器夾緊升降臂上升底座快進回轉底座慢進手腕回轉伸縮臂伸出夾持器松開伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出夾持器夾緊伸縮臂縮回底座快退(回轉)底座慢退手腕回轉升降臂下降夾持器松開升降臂上升到原位停止，準備下次循環(huán)。,,謝謝觀賞,
XX設計（XX）
題 目： 基于極組堆疊過程機械手設計
英文題目： Manipulator Design Based on Pole Group
Stacking process
學 院：
專 業(yè)：
姓 名：
學 號：
指導教師：
20XX年 5 月 10日
摘要：論文本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡易、效率高的原則，立足于對極組堆疊過程機械手機構的設計與研制，完成的基本工作如下：通過對極組堆疊包膠設備的設計要求，并進行工藝性分析，來料極組分析，托盤結構工藝分析，物流線布局的分析，明確極組的生產批量，為裝置關鍵部件和試驗研究等層面提供了性能依據，主要設計包括機械手的致動器，包括手，腕，臂和其他組件，在PLC程序的控制下，機械手可根據運動軌跡的順序以一定的速度和時間執(zhí)行執(zhí)行機構的相應部件的要求從而保證滿足工藝技術的要求。
關鍵字：機械手 致動器 軌跡
II
Abstract:The text is based on the principles of material saving, low cost, safety, simplicity, and high efficiency. Based on the design and development of the manipulator mechanism of the pole group stacking process, the basic work completed is as follows: Through the design requirements of the pole group stacking and encapsulation equipment, and Perform technical analysis, incoming pole group analysis, pallet structure process analysis, logistics line layout analysis, clarify the production batch of the pole group, provide performance basis for the key components of the device and experimental research, etc. The main design includes the activation of the manipulator Under the control of PLC program, the manipulator can execute the requirements of the corresponding parts of the actuator at a certain speed and time according to the sequence of the motion trajectory under the control of the PLC program to ensure that it meets the requirements of process technology.
Key words: Manipulator Actuator Track
III
目錄
1 緒 論 1
1.1 背景 1
1.2 機械手的設計要求 1
1.3 研究主要方法 1
1.4 機械手的主要技術參數 2
1.5 機械手的組成和系統(tǒng)工作原理 2
2 總體方案設計 3
2.1上料的機械手設計 3
2.2機械人手臂腰座結構設計 3
2.2.1機械人手臂腰座設計要求 3
2.2.2設計具體采用方案 3
2.3 機器人手腕結構的設計要求 4
2.3.1設計具體采用方案 4
2.4 機械手末端執(zhí)行器結構設計 5
2.4.1 機器人夾持器的運動和驅動方式 5
2.5.2 電動驅動系統(tǒng) 6
3.2.2 臂部回轉運動 11
3.2.3 臂部升降運動 11
3.2.4 臂部升降油缸的計算 13
4 PLC控制系統(tǒng)設計 14
4.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 14
4.2 可編程序控制器的使用步驟 14
4.3 機械手可編程序控制器控制方案 14
4.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 15
4.3.2 取料機械手的工作流程 15
總 結 17
參考文獻 18
致 謝 19
ii
1 緒 論
1.1 背景
本課題來源于生產實踐，課題靈感來自青島力神新能源有限公司裝配車間的一段工序，針對疊片車間來料進行堆疊及包膠的過程，采用新的設計思路，減少人力物力，結合機械結構原理，進行創(chuàng)新改造,依據現目前機械手在先前的制造技術領域中重要地位，這是一個通過先進技術實現自動化的生產設施。它可以執(zhí)行自動位置控制和重新排序過程。它具有多個自由度，可以用于：電子設備，控件，計算機，傳感器，人工智能等的綜合性現有技術，在運用PLC程序的控制下，可以根據運動軌跡的順序以一定的速度和時間執(zhí)行執(zhí)行機構的相應部件的要求，從而使執(zhí)行機構可以一定的速度到達設定位置。從而達到取料的目的。
1.2 機械手的設計要求
本主題中要完成的主要任務如下：
（1）機械手是通用機械手，因此比專用機械手具有更廣泛的應用范圍。
（2）選擇機器人的坐標類型和自由度。
（3）設計機械手的致動器，包括手，腕，臂和其他組件的設計。為了使它更具通用性，手被設計為可替換的結構，不僅可以用于抓握手指以抓取電池工件，還可以在工業(yè)需要時用于負壓吸盤來抽吸片狀工件。
（4）氣動傳動系統(tǒng)設計；將設計機器人的氣動傳輸系統(tǒng)，氣動回路的設計以及氣動原理圖。
（5）機械手控制系統(tǒng)的設計；自動取料機械手使用可編程邏輯控制器來控制機械裝置的動作。
1.3 研究主要方法
機械手的主要基本工作原理為：機械裝置主要由執(zhí)行器，驅動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和位置檢測裝置組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣動傳動來滿足執(zhí)行器相應零件的要求。這些部分具有順序，運動軌跡以及一定的速度和時間，使機械手以一定的精度到達設定位置，為了使其能夠研究出來，方法的運用具有很重要的作用，以下介紹幾種設計過程中運用的一些方法。
文獻研究法：根據研究主題，通過搜索文檔獲取技術數據，通過以往的研究成果分析出最佳技術方案。
定量分析法：根據調查結果制定出技術攻關，依據工作原理制定出力學或者材料學分析論證。
模擬法：通過使用3D建模平臺組裝零件，創(chuàng)建類似的模型，然后用于研究機械模型的一些基本特征。
1.4 機械手的主要技術參數
1、機械手工作質量 1 kg
2、自由度數 3個自由度
3、座標型式 圓柱座標
4、最大工作半徑 1500mm
5、手臂最大中心高 1300mm
6、手指夾持范圍 工料: 200×60×50mm
7、驅動方式 氣壓傳動
8、控制方式 PLC控制
1.5 機械手的組成和系統(tǒng)工作原理
工作原理框圖（機械手的系統(tǒng)）
如圖1.1所示：
圖1.1 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖
16
2 總體方案設計
2.1上料的機械手設計
對于機械手的基本要求是可以快速的進行作業(yè)，這就要求它要有更高的精度，并且有足夠的靈活度，有大量的工作空間，有一定的剛度和強度。而且可以輕松的編寫程序來寫出程序來控制機械手如圖2.1所示為整體結構示意圖。
圖2.1 機械手整體結構
2.2機械人手臂腰座結構設計
2.2.1機械人手臂腰座設計要求
機械人手臂腰座結構設計要求應該滿足以下條件：
(1) 后座有一個足夠大固定結構，以保證機器人在工作時整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(2) 后座承擔全部重量和負載，因此，與基體的軸承結構和腰部具有足夠的強度和剛度，以確保它的承載能力。
(3) 機械手的旋轉接頭，對機器人的運動和操作的準確性的影響最大，因此，要特別注意對這個部位進行更加精密的設計。
2.2.2設計具體采用方案
通過擺動液壓缸或液壓馬達，目前的趨勢是使用這個。由于其精度高，結構緊湊，并且由電氣控制，無需設計液壓系統(tǒng)等輔助設備?？紤]第一個旋轉接頭,腰座是影響機器人操作的最大因素，并且這個部位采用電機驅動實現旋轉運動，一般不能直接驅動電動機,考慮到特定需求的速度和轉矩,采用大型齒輪傳動系統(tǒng)。
圖2.2 腰座具體結
2.3 機器人手腕結構的設計要求
機器人腕部安裝在機器人手臂上,設計機器人手腕時，應努力減輕其重量和體積，并且其結構緊湊,為了減輕機器人手腕的重量，驅動了手腕機構的分離,一般安裝在手臂上，腕部驅動器不使用直接驅動，而選擇高強度鋁合金，機器人腕部必須連接到末端執(zhí)行器上，因此，必須有標準的連接法蘭，結構應易于裝載 然后卸載；它必須具有足夠的強度和剛度，以確保傳遞力和運動；必須提供可靠的傳輸間隙調整機制以提高傳輸精度。
2.3.1設計具體采用方案
通過數控機床的裝載作業(yè)的詳細分析，并考慮到數控機床的特定形式的具體要求和機器人裝載操作，會議系統(tǒng)技術的需求，以提高安全性和可靠性的前提下，那么機器人手結構盡可能地簡單，減少控制的難度，這樣的設計不會增加手腕的自由度,實踐證明它是完全可以滿足的要求，可以實現機器下運動。特定的手指結構如圖
圖2.5 車床上料機械手手
2.4 機械手末端執(zhí)行器結構設計
2.4.1 機器人夾持器的運動和驅動方式
該機器人抓取和夾持器的機器，一般工業(yè)機械爪，爪根據手指的運動,可以分為運動和轉換類型,根據夾緊方式,外夾式和內型兩種，機器人夾持(爪子)有三個主要類型的駕駛方式：
（1）該驅動系統(tǒng)的氣動驅動方式是使用電磁閥來控制的運動方向爪,與空氣調節(jié)器調整速度。氣動驅動系統(tǒng),價格低所以氣動夾具是在工業(yè)上得到廣泛應用。此外,由于氣體的可壓縮性,迅速開始爪抓住運動具有一定的靈活性,這是把握行動是必要的。
（2）電力驅動的電動驅動爪更廣泛的應用。爪，一般的直流伺服或步進電機，減速機,需要足夠的動力和力矩。
（3）液壓傳動傳動剛度大的液壓傳動系統(tǒng),可實現連續(xù)的位置控制。
2.4.2 機器人夾持器的典型結構
1。楔塊杠桿式手爪
使用楔和杠桿實現爪抓取工件。
2。槽式夾具
當活塞向前，推針夾緊槽合并，從而產生夾緊作用和夾緊力，當活塞運動，夾爪松脫。鉗子打開和關閉行程大,適應不同大小的現象。
3。連桿杠桿爪子
在推力活塞時，連桿和桿夾（放松）的運動，這時電動控制桿可能會產生更大的夾緊力。通常與溫度有關。
4。齒輪齒條式爪
鉗子的活塞移動架、機架和齒輪旋轉,產生夾緊和放松的行為。
5。平行夾桿
在平行四邊形機構，以確保這兩個手指爪可以平行運動，在導軌平行移動的摩擦要小得多。
2.4.3 設計具體采用方案
結合具體情況,設計采用連桿杠桿式的手爪。本設計根據工件的直徑是80 - 130毫米，夾具的具體結構如圖2.6所示:
圖2.6 手爪的具體結構
2.5 傳動機構的設計
2.5.1 設計具體采用方案
具體到本設計中，因為使用了機器人臂在水平方向和垂直液壓缸中，由于液壓缸直接驅動。因此，沒有中間傳動機構，它簡化了結構，提高了精度。腰部旋轉運動機器人由馬達驅動，該傳動機構必須用來減緩并增加扭矩。通過分析和比較，選擇圓柱齒輪，以確保高精確度，盡可能減小齒輪傳動誤差，而大大提高了轉矩，同時降低電機的速度，保持流暢的機器人的移動，良好的動態(tài)性能。所以要使用高強度材料的齒輪。
2.5.2 電動驅動系統(tǒng)
機器人壓縮空氣為動力源，如各類機器人和伺服馬達和伺服驅動器的快速發(fā)展，為機器人驅動系統(tǒng)更新創(chuàng)造條件。由于高起動轉矩、大扭矩、低慣性的交流和直流電機的應用，機器人的動力問題得到解決,所以一般來說,重量在100公斤的工業(yè)機器人的使用電力驅動系統(tǒng)。
1.機器人驅動系統(tǒng)電機的選擇
根據機器人目的，用途，機器人驅動電機的選擇更加多樣化，結合各種馬達，性能，結構特征和具有成本效益的要綜合考慮。根據機器人的運動軸電機的額定轉矩，減速機，負載特性的要求來計算，選擇額定功率等參數，根據其主要特點和性能，在選擇合適的電機。
表2.1各類驅動電動機主要特點
名稱
主要特點及性能
結構特點
用途及使用范圍
驅動器
慣量直流永磁伺服電動機
電機的慣量小，理論加速度大，快速反應是好的，和良好的低轉速，速度比可達1：10E4范圍內，但不低的輸出扭矩
轉子直徑小，慣量小
適用于快速和苛刻的負載轉矩不大的場合
可控硅直流PWM伺服驅動變壓器驅動器
有刷繞組永磁直流伺服電動機
轉動慣量小，快速響應性能好；轉子無鐵損，效率高；換向性能好，壽命長；負載波動對轉速影響小，輸出力矩平穩(wěn)。
無鐵心，具有軸向平面間隙
可頻繁起制動、正反轉工作，響應迅速，適用于機器人，數控等
直流PWM伺服驅動器，SCR變壓驅動器
大慣量永磁直流伺服電動機
輸出力矩大，轉矩波動小，機械特性硬度大，可以長時間工作在堵轉條件下
又稱力矩電機，其轉子較粗
適用于驅動力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動，消除了齒輪間隙
直流PWM伺服驅動器，SCR變壓驅動器
表2.2 各類驅動電動機主要特點
反應步進電 機
電脈沖信號直接進入角，所述角是成正比的脈沖數，輸出力矩大
電機轉子無轉租，由永磁體構成轉子磁極
作為用于數字系統(tǒng)的致動器，如數控機床，機器人;開環(huán)控制
直流PWM伺服驅動器SCR變壓驅動器
同步交流伺服電動機
定子繞組的旋轉磁場的速度建立了嚴格的同步;從低到高轉速，高電流通過定子繞組，所以起動和制動轉矩不減小，可頻繁起動和制動
由永久磁鐵轉子，定子具有三相，轉子相對較小，
主要用于中小容量的伺服驅動系統(tǒng)，如數控，機器人和其他系統(tǒng)
交流PWM變頻調速器
異步交流伺服電動機
速度總是比旋轉磁場由定子繞組產生，機構簡單，高容量，低價格低
定子由對稱三相繞組組成，
用于數控機床主軸等容量大的場合
交流PWM變頻調速器
3 機械手設計計算
3.1 夾持式手抓的設計計算
3.1.1 手抓部力的計算
1．夾緊力的計算
夾緊力 KG
式中：
——安全系數一般取1.2-2；
——動態(tài)負載系數，主要考慮的沖擊慣性力。
——方位系數；
——被抓取工件的重量1kg。
根據本次所設計的手爪結構
=1.5，
取η=0.87，η為機械傳動效率，由摩擦等因素產生。
3.2 腕部設計
手和胳膊的手腕是連接組件,它有獨立的自由度,機械手,以滿足需求的復雜運動。手腕運動在X軸運動稱為旋轉；在Y軸運動稱為球場；在Z軸運動稱為搖擺;也可以有一個自由度沿Y方向移動。
3.2.1 腕部的設計要求
1．腕部自由度的選取
2．腕部的動作要靈活、自重要輕
圖3.1手腕回轉結構圖
3.2.1臂部設計要求
臂設計實現所需的運動第一次要求,為了實現這些動作需要滿足以下幾個要求。
表3.1 幾種常用梁的慣性矩比較
名稱
截 面 形 狀
截 面 積
每米重量
慣性矩
為圓鋼的幾倍
圓鋼
F=28.9
（D=6）
G=22.19
J=63.6
鋼管
F=28.3
（D=6）
（d=8）
G=22.19
J=284.5
≈4.5
工字鋼
F=28.3
（16號斷面）
G=20.5
（）
≈18
≈(1.5)
槽鋼
（20號斷面）
G=22.63
()
≈(28)
≈2
3.2.2 臂部回轉運動
手臂運動,除了前后伸縮運動和旋轉運動。機械手的設計,它的設計將是一個單一的旋轉運動。有些機器人,而不是一個旋轉運動,而是相結合的復合運動。可以有以下程序來完成一個個單一的旋轉運動。
3.2.3 臂部升降運動
一些機械手的升降行程比較大，需設計立柱式結構，支撐升降運動機構，其輪廓尺寸相對比較大。
圖3.2 升降機構設在機座上方
可伸縮的提升機制：這個平臺的組織結構的優(yōu)點是整個機器形式高度可以降低高度是機器人臂的高度，轉動臂的轉動慣量可以更小，不需要額外的指導支持，結構緊湊，提高的旅程。
線性缸升降結構：起重機械手臂的機制設計也直接使用,其結構如圖15所示,導套,導性能好,剛度大,工作穩(wěn)定,球鉸鏈的活塞桿和導向套時,活塞桿的傾斜荷載撓度。
圖3.3 機械手的升降液壓缸結構圖
3.2.4 臂部升降油缸的計算
（1）液壓缸主要參數的確定
液壓缸的工作壓力為p=2.94Mpa，推力F=24000N液壓缸的機械效率，一般取=0.95
，
經計算>7.5
（2）活塞桿直徑計算
（3）液壓缸的流量計算
中部位置檢測裝置是利用機器人的運動控制的位置，或檢測設備，由控制系統(tǒng)的運動控制機器人的位置。如反饋控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)和調整的位置控制系統(tǒng),運動停止在規(guī)定的位置,為了確保機器人的運動的定位精度。引用一個應用電液比例反饋控制。
4 PLC控制系統(tǒng)設計
4.1 可編程序控制器的選擇及工作過程
同時考慮機械手的多功能性和點控制，我們使用可編程邏輯控制器（PLC）來控制機械手。機械手的動作流程發(fā)生變化時，只能更改PLC程序，非常方便，快捷。
4.2 可編程序控制器的使用步驟
當可編程控制器和受控對象（機器，設備或生產過程）形成自動控制系統(tǒng)時，通常分七個步驟執(zhí)行：
（1）系統(tǒng)設計：即確定受控對象的工作原理，控制要求，動作和動作順序。
（2）I / 0分配：即確定哪些信號被發(fā)送到可編程控制器并分配給相應的輸入端子號；哪些信號由可編程控制器發(fā)送到受控對象并分配相應的輸出端子號。另外，還分配了可編程控制器中使用的計數器，定時器等。可編程控制器通過數字識別信號。
（3）繪制梯形圖：它與繼電器控制邏輯的梯形圖具有相同的概念，并表示系統(tǒng)中所有動作的相互關系。如果使用圖形編程器（LCD或CRT），則繪制梯形圖等效于創(chuàng)建程序，并且可以將梯形圖直接發(fā)送到可編程控制器。對于簡單的程序員，通常有必要進行下一個助記符程序轉換過程。
（4）助記符機器程序：相當于微型計算機的助記符程序是面向機器的（即，來自不同制造商的可編程控制器具有不同形式的助記符指令）。使用簡單的編程器時，梯形圖應轉換為助記符程序。將其輸入可編程控制器。
（5）準備程序：也就是說，檢查程序中的每個語法錯誤，如果有，請對其進行修改。這項工作是在程序員上完成的。
（6）保存程序：通過調試的程序可以在EPROM中固化，也可以保存在磁盤上以備將來使用。
4.3 機械手可編程序控制器控制方案
控制對象是圓柱坐標氣動操縱器。它的手臂具有三個自由度，即在水平方向上的伸展和收縮；在垂直方向上上下；繞垂直軸順時針旋轉和逆時針旋轉。此外，其末端執(zhí)行器還可以執(zhí)行抓握和釋放功能。其中，一組齒條用于旋轉運動，以將氣缸的線性運動轉換為旋轉運動。這樣，PLC的8個輸出端可以連接到電磁閥的8個線圈，并且可以通過編程按一定順序勵磁電磁閥的線圈，從而使機械手按照預先設定的方式工作。安排動作順序。需要更改接線，只需稍微修改程序中的動作代碼和順序即可。此外，除了抓握和放置外，在其他六個動作的末尾都設有一個限位開關，以檢測該動作是否到位。如果沒有采取某些措施，錯誤指示燈將亮起。
4.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求
為了滿足生產需要，應將機械手設置為手動工作模式，單動工作模式和自動工作模式。
（1）手動工作模式：輕松調整和檢修設備以及設置手動工作模式。使用按鈕分別控制機器人的每個動作。
（2）單動模式：從原點開始，按照自動工作循環(huán)的順序，每次按下啟動按鈕，機器人將在完成一個工作步驟后自動停止。
（3）自動工作模式：當按下開始按鈕時，機械手將從原點開始，并根據該過程自動連續(xù)進行，直到按下停止按鈕為止。機械手完成最后一個循環(huán)的動作后，返回原點并自動停止。
4.3.2 取料機械手的工作流程
根據系統(tǒng)輸入輸出點的數目，選用OMRON C28P型PC，它有16個輸入點，標號為X0-X16；12個輸出點，標號為M0-M12.如表4.1所示。
表4.1 I/O分配
啟動 X0
手臂左轉 M0
停止 X1
手臂右轉 M1
手部抓緊 X10
手臂伸長 M2
左轉限位開關 X2
手臂收縮 M3
右轉限位開關 X3
手臂上升 M4
19
伸長限位開關 X4
手臂下降 M5
收縮限位開關 X5
手腕逆轉 M6
上升限位開關 X6
手腕順轉 M7
下降限位開關 X7
手抓抓緊 M8
逆轉限位開關 X8
手抓放松 M10
順轉限位開關 X9
物品檢測 X11
手動控制 X12
其它地址分配：
1夾緊定時器:T1,定時5s 2放松定時器:T2，定時5s 3自動方式標志:M0.0 4 單動方式標志:M0.1 5、 手動方式標志:M0.2 6 結束標志:M0.5
21
總 結
論文本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡易、效率高的原則，立足于對極組堆疊過程機械手機構的設計與研制，完成的基本工作如下：通過對極組堆疊包膠設備的設計要求，并進行工藝性分析，來料極組分析，托盤結構工藝分析，物流線布局的分析，明確極組的生產批量，為裝置關鍵部件和試驗研究等層面提供了性能依據，主要設計包括機械手的致動器，包括手，腕，臂和其他組件，在PLC程序的控制下，機械手可根據運動軌跡的順序以一定的速度和時間執(zhí)行執(zhí)行機構的相應部件的要求從而保證滿足工藝技術的要求。本設計采用PLC控制，可靠性高，程序變更靈活。無論是時間控制，行程控制還是混合控制，都可以通過設置PLC程序來實現?？梢愿鶕C器人的運動順序修改程序，以使機器人更具通用性。
鑒于研究能力有限，極組堆疊過程機械手的結構優(yōu)化和等一些關鍵性因素還有待進一步提升。未來希望可以更好的學習有關的知識，將，極組堆疊過程機械手與智能化控制方向結合，使，極組堆疊過程機械手朝著更好的方向邁進一步。
參考文獻
[1]機械工業(yè)部.機械設計手冊（新版）[S].北京：機械工業(yè)出版社，2015.
[2]濮良貴,紀名剛.機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2017.
[3]華楚生.機械制造技術裝備[M].重慶：重慶大學出版社，2017.
[4]劉朝儒.機械制圖[M]. 北京：高等教育出版社，2019.
[5]范欽珊.材料力學（上、下）[M].北京：高等教育出版社，2013.
[6]史美堂.金屬材料及熱處理[M]. 上海：上海科學技術出版社，2013.
[7]范欽珊.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2013.
[8]汪信遠.機械設計課程設計[M].北京：高等教育出版社，2019.
[9]鄭文緯,吳克堅.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.
[10]王世剛,張春宜,徐起賀.機械設計實踐[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2000.
[11]王昆,何小柏.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，1999.
[12]機械工程手冊編委會.機械工程手冊（第二版）[S].北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[13]范宏才.現代鍛壓機械[M].北京：機械工業(yè)出版社，2019.
[14]莫施寧.卷板機（第一版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1970.
[15]王三民，諸文俊.機械原理與設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.
[16]AGMA Standards and Techmical publieations for Bevel Gear.1964-1969.
[17]M.H.Jones?and D.Scott,Industrial triboloy the practical aspects of friction lubrication and wear,ELSE VIER,1983.
[18]N.CockCan.a?battery?of?functionaland?sensory?tests?corroborate?the?sensorineural?complaints?of?subjects?working?with?vibrating?tools[j].International?Archives?of?Occupational?and?Environmental?Health,2000.06.15.
[19]Pascal Poisson.Observation and analysis of 57 lockout procedures applied to machinery in 8 sawmills[j].Safety Science,2015.02.15
[20]LIChengming.Integrated?Representation?Geographical?Model?and?Self-compensation?Method?for?Entity?and?Symbol[j].Acta?Geodaetica?et?Cartographica?Sinica,2017.1
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致 謝
不積跬步無以至千里，本課程設計能夠順利完成，得益于指導老師呂曉杰老師，本論文是在呂老師悉心的指導下完成的，呂老師擁有豐富的學術經驗和嚴謹的治學態(tài)度，在課程設計題目制定時，她首先肯定了我的研究課題，同時給了極大的勇氣，幫我具體的分析利弊使我最終選取了對稱上調式三輥卷板機設計這個課題，使我在研究時有了具體方向。當論文開題后時，具體的設計不是很清楚，在老師的幫助下，我的設計有了明確的方向，初稿完成后，老師仔細檢查了我的寫作并指出了我的問題，為接下來的改進提供了方向，在此十分感謝老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業(yè)論文的寫作。
感謝機電工程學院的全體領導和老師，在他們認真的教導下，我學到了很多專業(yè)性知識，掌握了扎實的專業(yè)技能；感謝參與本論文的批閱，和對本論文提出寶貴意見的老師和領導。
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