SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動(dòng)堆放機(jī)械手設(shè)計(jì)【三維PROE】【9張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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摘要：現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速自動(dòng)化的進(jìn)程[1]。隨著機(jī)電一體化的高速發(fā)展，自動(dòng)化已廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，機(jī)械手以其精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。機(jī)械手是近代自動(dòng)化控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并成為現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分[2]。采用機(jī)械手操作代替人工作業(yè)，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。但隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代日漸加快，企業(yè)間的競爭也日益激烈。在如此激烈的競爭中，要使企業(yè)立于不敗之地，則必須對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線進(jìn)行不斷的改造、創(chuàng)新。其中，機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是必不可少的重要部分。本文對(duì)基于PLC控制的SCX1221型DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線做了簡要的介紹。著重介紹機(jī)械手的發(fā)展史及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，簡述了自動(dòng)堆放機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過對(duì)機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計(jì)，不僅提高了DVD盒生產(chǎn)線的工作效率，而且節(jié)省能源。 關(guān)鍵字：DVD盒生產(chǎn)線；堆放；機(jī)械手 一、相關(guān)概念及背景 1、DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線及機(jī)械手相關(guān)概念 在DVD盒生產(chǎn)市場上，DVD盒從注塑機(jī)加工出來之后，其整形過程幾乎都是由人工來完成的，并沒有采取一套自動(dòng)的DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線。與此同時(shí)，科研人員也開始了對(duì)該生產(chǎn)線的研究。DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個(gè)DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過DVD盒氣動(dòng)折疊合蓋裝置的自動(dòng)折疊合蓋，并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，并同時(shí)在輸送帶上完成冷卻定型過程。該生產(chǎn)線基于PLC控制，以單相可逆電機(jī)和氣動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)DVD盒整形生產(chǎn)過程自動(dòng)化，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。 用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或堆放的自動(dòng)機(jī)械裝置。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合下進(jìn)行的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手的發(fā)展正在日益為人們所認(rèn)識(shí)，很多國家也都開始重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取的一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視[3]。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以在不同環(huán)境中完成堆放物體的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用[4]。 目前，DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線在投入生產(chǎn)以來，運(yùn)行良好，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但同時(shí)它存在著自身的不足，主要體現(xiàn)在自動(dòng)堆放機(jī)械手上。因此，本文主要針對(duì)已經(jīng)形成的DVD自動(dòng)生產(chǎn)線中的自動(dòng)堆放機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)改造以及創(chuàng)新。對(duì)于自動(dòng)堆放機(jī)械手，我們應(yīng)當(dāng)在機(jī)械手的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造，考慮各方面的問題，選擇最佳的方案來改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，促使企業(yè)可以得到更好的收益。 2、歷史背景 機(jī)械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式，能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多個(gè)自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備，也是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品[5]。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，20世紀(jì)40年代后期，美國在原子能實(shí)驗(yàn)中開發(fā)了遙控機(jī)械手，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后，又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手，機(jī)械手逐步被推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式[6]。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”[7]。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 二、國內(nèi)外現(xiàn)狀 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。對(duì)于機(jī)械手的研究國內(nèi)外的水平不一，但代表當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化，人性化令人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng)控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國的自動(dòng)化水平有待提高，只相當(dāng)于世界先進(jìn)技術(shù)在八十年代的水平。 三、機(jī)械手的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來越高，工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害。從起源至今幾十年專用機(jī)械手的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，促使了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人的研制是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)[15]。目前國內(nèi)外對(duì)此也都十分的重視，設(shè)計(jì)不斷地修改，品種不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。從機(jī)械手的起源到現(xiàn)如今，主要經(jīng)歷分為三代：一代是靠人工進(jìn)行控制的，一代是設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一代是能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。預(yù)計(jì)接下來機(jī)械手的發(fā)展應(yīng)當(dāng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新以及改進(jìn)： （1）重復(fù)高精度 精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是可以預(yù)測的, 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 （2）模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。 （3）機(jī)電一體化 由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性[19]。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。 四、總結(jié)： 機(jī)械手已在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中扮演這一個(gè)重要的角色。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也隨之提高。同時(shí)隨著機(jī)械手的應(yīng)用普及，機(jī)械手向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展，機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣，其控制方式也向這多元化的方向發(fā)展。在DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線中，自動(dòng)堆放機(jī)械手的設(shè)計(jì)仍然存在著許多的問題需要解決。所以在設(shè)計(jì)的過程中我們還需要再仔細(xì)的研究，盡量創(chuàng)新堆放機(jī)械手，使其更完善的在自動(dòng)生產(chǎn)線上發(fā)揮作用。 參考文獻(xiàn)： 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