偏光片自动送片机械手设计

1、题 目偏光片自动送片机械手设计36摘 要工业机械手是工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化起着重要作用。在工业生产领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应恶劣的工作环境，机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，广泛应用于柔性自动线。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代

2、制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义，有着广阔的发展前景。本课题是为了设计与偏光片贴片机相配套的送片机械手而进行的研究，侧重于探究偏光片自动送片机械手的结构及运动学特点。目前虽然实现了贴膜传送的自动化，但是贴片载体的运送还要靠手工进行，所以要设计送片机械手，这是本课题所要解决的主要问题。本次设计传动机构拟运用带传动和齿轮齿条传动机构，结构简单，却有较高的工作效率。偏光片自动送片机械手驱动装置采用伺服电机，整体上用PLC进行控制。通过PLC的控制

3、，使得机构的各部分协调完成预定的任务。 本课题的主要研究方法与步骤是，首先对现在工厂中所主要使用的偏光片送片机构进行考察探究，了解送片机械手的工作特点，总结当前机械手的优点和不足之处。其次，搜集资料，认真学习与机械手相关的理论知识，熟悉机械手的基本结构，基本工作原理，系统控制等方面，为机械手的设计和优化做准备。再次，针对当前机械手的不足之处，运用所学知识，做出最合理的设计方案。然后，根据所得出的最优方案，进行Pro/E仿真。最后，进行小结，总结设计经验和设计心得。本次设计的成果形式是，经过对现在主要偏光片送片机械手不足之处的研究，提出新的设计方案进行改善、优化，实现完全的自动化控制，并通过Pr

4、o/E仿真出来。关键词：偏光片，机械手，贴片，伺服电机，带传动，机构仿真 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 录第一章 绪论11.1 偏光片自动送片机械手概述11.1.1偏光片自动送片机械手的地位与作用11.1.2偏光片自动送片机械手的现状与发展趋势11.2 机械手知识简介31.2.1 机械手的执行机构31.2.2 机械手的驱动机构41.2.3 机械手的控制机构4第二章 运用Pro/E实体建模52.1 Pro/E软件简介52.2 创建零件实体模型52.3 创建其他零部件实体模型62.4 建立装配体82

16、.5 装配体运动学仿真9第三章 偏光片自动送片机械手的结构设计103.1 偏光片自动送片机械手的工作103.1.1偏光片贴片机的工作原理103.1.2偏光片贴片机的工作现状103.1.3偏光片自动送片机械手的工作任务与设计思路113.2 贴片机的组成机构简介123.2.1 贴膜传送机构123.2.2 贴膜送膜机械手123.2.3 贴片送片机构123.2.4 贴片与贴膜压合机构133.3 偏光片自动送片机械手设计143.3.1 存片部分143.3.2 运送部分143.3.3 变换位置部分143.4 电动机的选择15第四章 基于pro/e的偏光片自动送片机械系统的仿真174.1 pro/e仿真功能

17、174.1.1 概述174.1.2仿真知识简介174.2 偏光片自动送片机械系统各个组成机构的仿真194.2.1 带传动机构的仿真194.2.2 曲柄滑块机构的仿真224.2.3 齿轮齿条机构的仿真234.2.4 凸轮推杆机构的仿真264.2.5 圆柱凸轮机构的仿真274.3总体装配结构的仿真28第五章 结束语32致 谢参 考 文 献附 录第一章 绪论1.1 偏光片自动送片机械手概述 1.1.1偏光片自动送片机械手的地位与作用二十世纪以来，随着我国电子技术产业、IT产业的迅速发展，平板显示（FPD）技术在这些新兴产业中已经是不可或缺的了，大到电脑、电视机等各种显示设备的液晶显示屏，小到手机的屏

18、幕，都离不开平板显示技术。平板显示技术包括等离子显示（PDP）、真空荧光显示（VFD）、场发射显示器（FED）、电致发光显示（EL）、有机发光二极管显示（OLED）等主动发光显示技术以及液晶显示（LCD）、电泳显示（EPD）等被动发光显示技术。其中，薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）是平板显示的主流技术，其装置一般由背光源、导光板、玻璃基板、液晶、彩色滤光片、偏光片、配向膜、驱动IC等部件组成。随着生产技术的逐步成熟，TFT-LCD显示器件还在不断地发展和改进中，产量迅速增长，已迎来大发展的黄金时期。这里有提到偏光片，偏光片的全称是偏振光片，液晶显示器的成像必须依靠偏振光，所有的液晶都有前后

19、两片偏振光片紧贴在液晶玻璃，组成总厚道1mm左右的液晶片。如果少了任何一张偏光片，液晶片都是不能显示图像的。两块偏光片设计成偏转光方向垂直，则屏幕上像素的光的透射要依赖于液晶分子的偏转角度来调整，从而实现画面的展现。若去掉上偏光片或者没有下偏光片，都是一样的结果，液晶显示的原理就是液晶的旋光效应，而旋光效应受到电场影响，所以通过TFT产生可控制的电场控制液晶的旋光效应，但是需要上下偏光板的配合使用才能显示图像，下偏光片产生线偏振光，通过液晶 再通过上偏光片输出，旋光角度的大小决定光线通过与否，通过多少。由以上分析可知，偏光片在显示技术中占据举足轻重的地位。因此要实现如何高效率和高质量地进行贴片

20、显得尤为重要，于是偏光片贴片机应运而生。而贴片机能否实现完全自动化生产，又取决于送片机械手的设计。由此可见偏光片自动送片机械手的重要地位，这也是本课题进行研究的意义之一。1.1.2偏光片自动送片机械手的现状与发展趋势一、现状平板显示技术（FPD）自20世纪90年代开始迅速发展，并逐步走向成熟，由于其具有清晰度高、图像色彩好、环保、省电、轻、薄和便于携带等优点，已被广泛应用于家用电器、电脑和通信产品中。目前，TFTLCD（薄膜晶体管液晶显示器）已成为FPD技术的主流，TFTLCD面板制造工艺的技术很大比例都被固化到了TFTLCD制造设备中，从这个意义上说，设备的技术水平决定着面板的制造水平。随着

21、TFTLCD技术的快速发展与日趋成熟，对生产线制造设备在制造精度，工艺品质及生产成本呢控制等方面提出了更高的要求。作为TFTLCD平板显示的支撑的基础制造装备业是平板显示产业发展的工艺保证与技术支撑，同时也是我国相关高新技术产业的主要动力之一。到目前为止，我国LCD装备制造业前工序配套装备除少数的周边产品外，几乎全部依赖进口，后工序设备近年来依托市场的发展和设备制造商的努力，可以说已满足国内不同用户的需求，绝大部分产品已完全取代了进口。我国最早在引进国外黑白TN和STN生产线时，就有相关的偏光片贴附设备，但由于技术上的保密与市场的局限性，该设备没有得以推广。早期主要是以手动贴片为主，人工完成偏

22、光片的撕膜，对位，玻璃清洁，以及推动辊轮进行滚压，最终将已裁成粒的偏光片，按加工图纸的位置要求贴到液晶屏上。随后，为了提高贴附质量，手动贴片机相继问世，主要解决了贴附压力一致性和可靠性的问题。手动贴片机工作原理是手工剥离偏光片上的离型膜，将其放置在上平台上的固定位置吸住，将玻璃基板放置在下平台定好位后吸牢，按动机器操作按钮，下平台横向运动到固定贴附位置后，上平台翻转下压，实现偏光片与玻璃对位的同时，下平台反向运动，利用偏光片自身的粘性和胶辊材质的弹性变形，完成整个偏光片单片贴附过程。缺点是贴附设备自动化程度低。2001年市场上推出了自动化程度相对更高的TP120LCD贴片机。其采用独特的设计原

23、理，利用一种无声胶带作为传输送料的载体，实现了偏光片的自动送料，同时也解决了偏光片与其保护膜的自动分离，极大地提高了生产效率。人工只需完成玻璃基片的上下料，就可以快速和准确地粘贴偏光片于LCD基片上。该设备运行安全可靠，自动化程度高，位置调节方便、贴片精度高和贴片缺陷少，同时其性能稳定，可靠耐用并且性价比高，但有一个缺陷就是没有实现基片的自动送片。二、发展趋势近年来我国刚刚进入LCD业内的高端TFT领域，在原有的TN、STNT和CSTN贴片机的基础上，成功研制了TFT-LCD液晶贴片机，主要解决了TFT贴片生产中防静电和消除色斑两项关键技术。在防静电技术方面选用了多个静电消除器来消除偏光片剥膜

24、、定位、基片上料、定位、擦洗及贴附结束时的静电，并安装有静电检测控制器，显示除静电效果。当静电消除器的电极针需要清洁、更换或有其他异常情况时，系统自动报警。随着行业竞争加剧，迫使各个LCD生产厂家在新品研发、成本控制和人性化管理等方面进行深层次的探索与改善，与其生产配套的设备厂商也都相应地做出了调整。（1）结合FPD产品升级换代快和新型显示技术层出不穷的特点，及时研发相应的各种贴附类设备。例如在真空环境下对气泡有特殊要求的真空贴附机；技术升级后精度更高和速度更快的偏光片贴附机；模块化的系列贴附机；材质变化后的软膜与软膜、硬板与硬板及软膜与硬板等的贴附机（2）提高自动化程度，包括偏光片和玻璃片上

25、下料、清洁、离型膜剥离、图像对位、贴附以及检测全部实现自动化，以适应不同产品种类的贴附要求。随着时代的发展，技术的进步，偏光片贴附机在贴附偏光片领域中正起着越来越大的作用，其主要作用有以下几点：(1)可大大提高劳动生产率 。(2)能有效地保证加工质量。 (3)可降低劳动强度，改善劳动条件。手工贴片的劳动强度很大，操作频率较高，动作单调，易使工人得职业病。 (4)可降低贴片成本。 (5)可促进相关产业的发展。打包机械是一门综合性科学，它涉及到材料、工艺、设备、电子、电器、自动控制等多种学科，要求各相关学科同步、协调地发展，任何学科的问题都将影响包装机械的整体性能。因此，打包机械的发展将有力地促进

26、相关学科的进步。另外，为适应打包机械高速包装的需要，其相关的前后工序也势必与之适应，也就推动了相关工序的同步发展。1.2机械手知识简介 工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。1.2.1 机械手的执行机构 （1） 手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。 （2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可

27、用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较 为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。 （3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他

28、们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。 （4） 行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。 1.2.2 机械手的驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据

29、动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。1.2.3 机械手的控制机构 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。 第二章 运用Pro/E实体建模2.1 Pro/E软件简介Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模

30、具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。2.2 创建零件实体模型 以凸轮轴实体为例作详细阐述。 一、打开PROE软件，新建一零件，采用缺省模板。 二、建立轴体1、选中Top平面

31、，单击草绘按钮，进入草绘界面。2、根据设计数据，绘制出圆柱凸轮的截面图，如图2.1所示，单击确认完成截面的绘制。图2.1 圆柱凸轮截面图3、单击按钮，输入长度为84mm，单击确认，完成圆柱凸轮圆柱体部分建模。图2.2圆柱凸轮轮廓体4、选择圆柱体一个端面，进入草绘界面，根据设计数据绘制截面，单击确认完成。单击拉伸按钮，输入长度为31mm,单击确认。同理，选择圆柱体的另一端进行草绘，并对草绘进行拉伸，输入拉伸长度15mm，单击确认完成，如图2.2所示。三、建立键槽1、单击建立基准平面DTM1。2、选中新建的基准平面，进入草绘界面，绘制图2.3所示草图，并单击确认。图2.33、单击按钮，输入长度为5

32、mm，单击按钮，再单击去除材料按钮，单击确认完成操作。四、绘制切槽1、选择FRONT面，进入草绘界面。绘制如图2.4所示草绘，单击确认。2、选中草绘曲线，点击工具栏“编辑”“投影”命令，再选中圆柱体曲面，单击确认按钮，完成投影操作。图2.43、点击工具栏“插入”“扫描”“切口”弹出“切剪：扫描”对话框如图2.5所示，按图2.6所示，单击选取，依次选取草绘曲线，单击完成。再在菜单管理器中选择正向，完成轨迹定义，如图2.7。 4、定义截面。进入草绘界面，绘制如图2.8所示草绘，单击完成。图2.55、在菜单管理器中再次选择正向，单击确认，完成槽的创建。创建好的凸轮轴如图2.9所示。图2.8图2.7图

33、2.6图2.92.3 创建其它零部件实体模型按2.2所示的方法，依次完成其他零部件的实体建模，在这里就不再做详细叙述，只把最终完成的实体模型展示出来。偏光片自动送片机械手的其他主要部件包括机架、凸轮、直齿轮、齿条、连杆弹簧等。它们的实体图分别如下图所示。凸轮机架齿条直齿轮弹簧连杆2.4 建立装配体以曲柄滑块机构为例，用Pro/e软件建立减速机组的装配体。一、打开PROE，新建一组件，输入组件名qubinghuakuai，采用mms_asm_design模板。二、组装曲柄滑块机构。1、选择工具栏中“插入”“元件”“装配”功能，选择零件“jijia”，用户定义选择“刚性”，自动选项选择“固定”，单

34、击“确认”完成机架装配。图2.13 机座2、选择工具栏中“插入”“元件”“装配”功能，选择零件“dailun03”，用户定义选择“销钉”，选择零件“dailun03”中的轴线，再单击“jijia”中对应的装配的轴线，完成轴的对齐操作；再选择“dailun03”的一个端面，单击机架中对应装配轴的端面，最后单击“确认”，便完成带轮的装配。3、选择工具栏中“插入”“元件”“装配”功能，选择零件“huakuai”，用户定义选择“滑动杆”，选择滑块的一条棱边，再选择机架滑槽中相对应的一条棱，完成轴对齐操作。再选择滑块与滑槽相接触的一个面，并选择滑槽中对应的一个面，完成旋转操作。至此，可单击左下角“移动”

35、按钮，适当调整滑块位置。最后单击确认，完成滑块的装配。4、选择工具栏中“插入”“元件”“装配”功能，选择零件“liangan”，用户定义选择“销钉”，选择连杆一端孔的轴线，再选择带轮上小柱的轴线，完成轴对齐操作，再选择连杆孔的一个端面和带轮上小柱的端面，完成旋转操作。5、单击左下角“放置”“新建”按钮，新建一个销钉连接。然后按照4中的方法完成连杆另一端孔与滑块上小柱的配合。6、单击确认，完成连杆的装配，同时完成整个机构的装配。7、根据需要，给不同的元件渲染不同的色彩，加强视觉效果。单击工具栏中按钮，再分别选择不同的元件，并选择不同的颜色与之对应，装配好并上色的图如图2.4.1所示。图2.4.1

36、三、单击保存，将组件保存到所希望的路径。四、其他零件的组装其他零件的组装方法和上例基本相同，只有少数地方不同，要利用机构中的定义，如凸轮机构装配、齿轮齿条机构的装配，在这里不做赘述，将在后面第四章详细介绍。2.5装配体运动学仿真 组件装配完成后，检查无误，就可以进行机构运动学仿真了。具体步骤如下，还以曲柄滑块机构为例进行叙述。一、 连接组件组件装配完成后，选择“应用程序”“机构”菜单，进入机构界面。首先单击工具栏中按钮，弹出连接组件菜单，单击“运行”，弹出确认菜单，单击“是”。二、 定义伺服电机 1、在左下角窗口中，双击电动机按钮，然后右击子目录中“新建”，弹出伺服电机定义对话框，如图2.5.

37、1所示，选中曲柄滑块机构中轮和轴配合的运动轴。图2.52图2.5.1 2、进入电动机的轮廓定义，如图2.5.2所示，“规范”选择速度，“模”选择常数，模的大小A根据需要自己设置，这里设为5mm/sec，点击“应用”“确定”。三、机构运动学仿真点击右侧工具栏中检测按钮进入分析定义菜单，类型选择“运动学”，为了运行时间稍长一些，可以把终止时间改长些，如100，如果没有快照，初始配置选择“当前”。一切设置好后，就可以点击运行，机构就能动起来。如果机构不动或动的不符合规律，则需要从头仔细检查，找出错误，改正后重新运行。第三章 偏光片自动送片机械手的结构设计3.1 偏光片自动送片机械手的工作3.1.1偏

38、光片贴片机的工作原理偏光片贴片机的原理是通过一个机械手（下文称1号机械手）将贴膜贴到特制的传送带上，传送带将贴膜运送到一个固定的地方（与贴片贴合的地点），同时另一个机械手（下文称2号机械手）将贴片也送到同一地点，再通过第三个机械手（下文称3号机械手）将贴片和贴膜贴合。 这也就是贴片机工作的整个过程。3.1.2偏光片贴片机的工作现状由于用贴片机来贴片简单方便，效率高，且所贴的片的质量较高，因此被广泛应用。但据考查所知，目前国内所应用的大部分贴片机都没有实现完全自动化。因为虽然贴膜的传送实现了自动化，但贴片的送片一般还要由工人完成，需要多消耗一些时间。如图3.1所示，为贴膜的传送过程，图3.2为工

39、人手工送片场景。 图3.2图3.1贴膜运送过程：1、机械手1号将膜贴到运动的传送带上 2、传送带经过一系列的滚轮纠偏后，经过一个尖角 3、在尖角处，贴膜和传送带分离 4、3号机械手过来粘住分离开的贴膜，并送到贴片处进行贴合贴片送片手工操作过程：1、手工拿取贴片 2、将贴片放置在操作板上的合适位置 3、按运行按钮，操作板沿导轨接近3号机械手 4、3号机械手完成贴片 5、操作板返回原位置 6、从操作板上取下已经贴好的片3.1.3偏光片自动送片机械手的工作任务与设计思路 基于以上分析，偏光片送片机械手的工作任务已经很明确，就是要将贴片从贴片机之外某个地点自动送到3号机械手处，与贴膜进行贴合，而且当贴

40、合工作完成后，要将已经贴好的片送至贴片机之外的某处。明确自动送片机械手的工作任务后，其设计思路就明朗了。首先要有一个存放贴片的空间，然后需要一个机构间歇地将贴片一个一个送出。由于存片与贴片之间的距离较远，中间需要一个运送装置。运送装置只负责运送，但并不能将贴片运送到所需要的准确位置，这就还需要一个将贴片准确送至贴片的位置的机构，另外，当贴合动作完成后，需要有一个机构将贴好了的贴片从加工位置挪出，并将其从贴片机中运送出来。经过综合考虑，利用各种机构的特性，可以做出如下设计：可预先将贴片一叠叠存在一个槽中，设计一个曲柄滑块机构，利用其往复运动特性，等时间地将贴片推出；由于存片与贴片之间的距离较远，

41、就可以选择带传动来运送；可以设计一个圆柱凸轮机构，将贴片沿着固定的滑槽送到准确的加工位置；可以设计一个凸轮机构，用推杆将加工好了的贴片从加工位置推到另一个传送带上，由另一个传送带将其运回。3.2 贴片机的组成机构简介3.2.1贴膜传送机构 如图3.2.1所示，贴膜传送机构由许多带轮和一条特别的带（能粘住贴膜）组成。这些轮中，首尾两个轮用来卷带，其他的带轮主要用来纠偏。传送带经过一系列的滚轮纠偏后，经过一个尖角，就在这个尖角，传送带与贴膜相互分离，为被3号机械手抓取做好准备。通过调节电机的转速，可以调节传送带的线速度。图3.2.13.2.2贴膜送膜机械手机构如图3.2.2和图3.2.3所示，贴膜

42、送膜机械手就设计为齿轮齿条机构，其中齿轮由电机驱动，作往复运动，从而带动齿条来回运动。贴膜预先叠放在齿条上开的槽中，齿条每向前运动一次，就与传送带接触一次，从而可以把贴膜贴到传送带上去。通过调节电机往复转动的频率及传送带运动线速度，可以确定传送带上每相邻两片膜的间距。图3.2.3图3.2.23.2.3贴片送片机构贴片送片机构是本课题设计的重点。初步设计结构如图3.2.4和图3.2.5所示。图3.2.4图3.2.4为主视图，其中1为存片槽中的弹簧，在弹簧的推力作用下，贴片每被滑块推出一个，后面的就会补充进去；2为曲柄滑块机构的连杆，带轮每转动一周，连杆就带动滑块往复运动一次，从而将槽内存放的贴片

43、一片一片地推出；3为带传动机构中的带轮，由电动机驱动，将贴片运送到另一端。图3.2.5图3.2.5为俯视图，其中4为圆柱凸轮机构，负责将传送带运来的贴片准确地推送到待加工位置，即3号机械手处；5为凸轮机构，负责将加工好的贴片推出原位置，落到下面的返回传送带上；6为返回传送带装置，负责将加工好了的贴片运送回来。3.2.4贴片与贴膜压合机构如图3.2.6和图3.2.7所示，为所设计的贴片与贴膜压合机构。 图3.2.7图3.2.6贴片与贴膜压合机构的任务是将贴膜从与传送带分离处抓取到与贴片贴合的位置。如图所示，1为齿轮齿条机构的齿条；2为曲柄滑块机构的滑块；3为曲柄滑块机构的连杆。曲柄滑块机构带动滑

44、块来回运动，齿条由齿轮带动做上下往复运动，在PLC的控制下，当滑块运动到贴膜的上方时，曲柄停止转动，此时，齿条向下运动，抓取贴膜；抓取到贴膜后，齿条又往上运动，此时曲柄又开始转动，将滑块连同齿条送到贴片的上方。然后，曲柄再次停止转动，齿条向下运动，将贴膜与贴片贴合。这就是一个工作周期。3.3 偏光片自动送片机械手设计3.3.1存片部分考虑到空间的节省和取片的方便，将存片设计为槽型，槽的截面尺寸比贴片的长和宽略大，至于槽深，可根据实际情况决定。槽内固定一劲度系数合适的弹簧，用来自动推动贴片向前运动，实现1号机械手处的贴片不断补充。开槽的位置由送片传送带的位置决定，因为槽内的贴片最终是要被推到带上

45、面的，所以带的长度方向和槽的长度方向要对齐。这就是对存片部分的一个简单的设计。若要设计得更完善，可以在在弹簧上设一个传感器，用来测量弹簧的伸长，当弹簧伸到某一长度时，贴片被送完了，此时传感器可以向PLC发送一个信号，使整个机器停止工作。这属于控制部分的设计，在这里就不做详细叙述。3.3.2运送部分运送部分很简单。由于运送距离相对较远，在各种传动机构中，就自然而然地想到了带传动。带传动的优点是：结构简单，传动平稳能够缓冲吸震。另外，带传动机构的成本相对低廉。因为贴片既要运进去进行加工，又要在其加工好了之后再运送出来，所以要设计成两个带传动系统。又由于两个带传动系统的传动方向相反，所以不能共用一台

46、电动机，而必须是两台电机分别驱动。贴片需要水平传输，决定了两个带轮要直径相同，至于直径具体数值，可以根据转速及线速度的需要合理设定。带的宽度设计对送进和送出的带略有不同。因为送进去时，对位置精度要求高，所以带的宽度必须使是贴片的宽度，这样有利于将其准确运送到加工位置。而送出就不同了，没有位置精度要求。但必须能够接住从加工位置推出来的贴片，所以带的宽度略宽为好。至于传送带的安置位置，就要根据贴片的最终加工位置和传送距离确定。3.3.3变换位置部分贴片本身是静止的，需要外界对其施力以改变其运动状态，才能够使其按所需要的路径运动。这就需要设计一些能够使贴片改变运动状态的机构。这一部分又细分为三个小部

47、分。首先要将贴片从存片的槽内推出到传送带上。这一动作的特点是，载荷不大，但需要不断重复，而且贴片从存片槽内到传送带上需要滑动，这就很容易让人想到曲柄滑块机构，因为曲柄滑块机构刚好能满足这一运动要求；其次，送片传送带将贴片送到尽头后，又需要机构将其推送到加工的准确位置。要实现这一动作，当然也可以用曲柄滑块机构，但是考虑到与其他机构共用电动机问题，还是选择圆柱凸轮机构比较理想。最后，就是要将加工好了的贴片推送到返回传送带上，这一动作由凸轮推杆机构完成比较理想，一方面凸轮推杆机构能够重复动作，另一方面凸轮推杆机构可以和前面圆柱凸轮机构同轴，共用一个电动机，而且通过特殊设计可以使两个同轴的机构协调工作

48、，而不需要由PLC来协调。下面就来简单介绍一下圆柱凸轮机构和凸轮推杆机构相互协调工作的原理。如图3.3.1和图3.3.2所示，为机械手工作的两个特殊位置。图3.3.2图3.3.1在图3.3.1中，凸轮1最小半径和推杆2接触，此时推杆2处于收缩状态；同时圆柱凸轮4中最靠近凸轮1的槽与滑块3接触。这种状态下表示，贴片刚被滑块3推送到加工位置的瞬间。在图3.3.2中，恰与图3.3.1中相反，凸轮1最大半径与推杆2接触，此时推杆2处于伸出状态；同时圆柱凸轮4中最远离凸轮1的槽与滑块3接触。这种状态下表示，贴片被推杆2推出了加工位置，而滑块3又回到了原始位置，准备将下一个贴片准确推送到加工位置。如此不断

49、重复，就能实现，在一台电动机的带动下，保证两个凸轮的协调工作，完成所需要的工作。至于电动机的转速，需要通过计算，与其他的送片机构相协调，在这里就不做叙述。3.4 电动机的选择本打包机机械手采用三相步进电机，步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”，对于控制器发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度(简称一步)，如下图所示。如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。同时可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。由于步进电机工作原理易学易用，成本低(相对于伺服)、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近

50、年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。步进电机具有电机旋转的角度正比于脉冲数；电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；优秀的起停和反转响应；没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转；速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围等优点。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步

51、进电机（HB）和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。 反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。 混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度

52、而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。电机型号如表3.3。 表3.3 电机参数型号步距角电机长度保持转矩额定电流转子模量电机重量130BYG350B1.228050845.521.2第四章 基于Pro/E的偏光片自动送片机械系统的仿真4.1 Pro/E仿真功能4.1.1概述Pro/E系统提供了机构运动仿真功能，能够模拟真实环境中模型的工作状况，从而帮助用户更好地完成机构设计。通过Pro/E的Mechanism功能，对装配后的机构进行运动仿真，可获得机构在任一时刻的位置、速度、加速度及受力情况的综合数据。最经济直观的是在计算机上仿真机构的实际装配、干涉检测以及运动协调性的验

53、证，这样不仅使原来在二维图纸上难以表达和设计的运动，而且能够大大简化机构的设计开发过程，使需要设计的机械达到最佳的效果，缩短产品设计的开发周期。Pro/E在仿真模块注重运动的分析，机构运动分析是设计中重要的环节,他们之间有着紧密的联系，但是基于本课题的任务是实现3D功能的仿真，而不需要进行实际的受力分析，所以不从实际力学角度出发，只是模拟贴片机机械手的一个运动学仿真过程。 本课题仿真思路是，先从个体入手，验证贴片机机械手各个组成机构运动的可行性，再仿真整个贴片机机械手的工作过程。需要特别指出的是，通过查找资料和自己的钻研，克服了传统Pro/E Wildfire 4.0无法仿真带传动这种缺陷，在

54、下面的仿真过程中，将详细介绍传送带的仿真过程。装配前须合理确定各运动构件之间的运动副，按零件之间的位置、运动等关系完成装配连接。在进行贴片机机械手机构动态仿真设计过程中，可根据构件间的相对运动情况，通过设定各种连接来限制贴片机机械手机构的自由度，达到零件的正确约束。Pro/E装配提供的连接约束方式主要有：销钉（PIN）、滑动杆（SLIDER）、圆柱（CYLINDER）、平面（PLANAR）、槽（SLOT）、轴承（BEARING）等。具体操作：在组件放置阶段，切换至move（移动）窗口。可直接利用鼠标拖移组件。通过平移和旋转操作，完成三维实体模型。4.1.2仿真知识简介1、机构运动仿真原理机构是

55、由元件组合而成的，而每个元件都以一定的方式至少与另一个元件相连接。这种连接，即使两个元件直接接触，又使两元件能够产生一定的相对运动。在Pro/E中，执行仿真操作的前提是在“装配”环境中创建机构装配体，即创建机构连接方式，从而限制元件在装配体中的部分或全部自由度。这样在进入“机构“环境中，便可通过对机构添加运动副、驱动器的功能将机构的元件赋予运动，从而实现机构的运动仿真效果。2、部分运动仿真专业术语在机构运动仿真过程中，或者进行Pro/E运动仿真交流中经常需要使用专业名称，下面做简要解释。自由度：机械系统允许的运动。连接作为主体间运动的限制条件，增加连接将减少自由度总数。连接：也叫联接，它可以约

56、束元件之间的相对运动，减少机构的总自由度。LCS：与主体右击的局部坐标系，该坐标系是系统默认的坐标系，它与主体中定义的第一个零件有关。基础：也可以称为大地或者机架，它是一个固定的参照，其他元件相对于基础运动。在一个运动仿真机构中，可以定义多个基础。伺服电机：定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可以在接头或几何图元上放置驱动器，并指定主体之间的位置、速度或加速度。3、连接与部分连接类型连接就是把元件与元件、元件与组件通过一定的连接方式装配在一起，并限制两者的自由度，从而在两者之间建立一个确定的运动关系。在装配模式下，建立连接的目的是限制零件部分和全部自由度，这些操作是创建机构运动仿真的先决条件。主要的连接类型如下：（1）刚性 刚性是将两个零件粘结在一起，它的旋转自由度和平移自由度都为零，完全固定，一般是机架或机座等。（2）销钉 采用销钉连接的构件旋转自由度为1，平移自由度为0，构件只能绕固定的轴旋转。约束关系一般为轴线对齐和偏移。（3）滑动杆 构件只能沿直线方向平移，故其平移自由度为1，旋转自由度为0，该直线是指定的轴或边。