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本課題的主要任務(wù)是對(duì)SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型以及繪制自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖。要求完成機(jī)械手的電機(jī)選型或氣缸選型、試進(jìn)行輸入輸出分析，完成PLC的選型。并結(jié)合個(gè)人的設(shè)計(jì)思路及相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算及理論依據(jù)，撰寫1萬(wàn)字以上設(shè)計(jì)說(shuō)明書。完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其他工作（指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)平臺(tái)、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理等）。 2.DVD盒生產(chǎn)線、機(jī)械手概要及研究意義 在DVD盒生產(chǎn)市場(chǎng)上，DVD盒從注塑機(jī)加工出來(lái)之后，其整形過(guò)程幾乎都是由人工來(lái)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ば颉傆勺⑺軝C(jī)注塑成型的一個(gè)DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)程自動(dòng)化，為企業(yè)帶來(lái)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(chǎng)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(guó)家也都開始重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。在我國(guó)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。 隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線不斷地改造并優(yōu)化是十分必要的。在DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線，自動(dòng)堆放機(jī)械手的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)必不可少的流程。自動(dòng)堆放機(jī)械手的優(yōu)化，可以促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展以及提高生產(chǎn)的效率。同時(shí)使得企業(yè)在同行的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的低位。 3.本課題研究目的 本課題最終目的在于研制一套自動(dòng)堆放機(jī)械手用于DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線取代人工堆放工作，以實(shí)現(xiàn)成型工序參數(shù)的穩(wěn)定性。將自動(dòng)堆放機(jī)械手應(yīng)用于DVD盒生產(chǎn)線具有如下優(yōu)點(diǎn): (1).安全穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量 自動(dòng)堆放機(jī)械手模仿人手的動(dòng)作，嚴(yán)格按照給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)將DVD盒轉(zhuǎn)移到輸送帶上的任務(wù)。人工堆放的話，會(huì)給人造成危險(xiǎn)，還會(huì)損壞產(chǎn)品，產(chǎn)生缺陷甚至出現(xiàn)廢品，畢竟產(chǎn)品沒有進(jìn)行冷卻定型。采用自動(dòng)堆放機(jī)械手來(lái)完成堆放，一則保障人身安全，二則增加生產(chǎn)效率，從而得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。 (2).改善工人勞動(dòng)條件 自動(dòng)堆放機(jī)械手堆放DVD盒到輸送帶上，一次轉(zhuǎn)移兩個(gè)，一堆8—10個(gè)。而注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒，定型時(shí)每疊光碟盒數(shù)目為8-10個(gè)。工人需要把每個(gè)工件及時(shí)地搬運(yùn)、堆放到下一工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作現(xiàn)場(chǎng)噪聲大，溫度高，環(huán)境惡劣。機(jī)械手的應(yīng)用將工人從繁重、簡(jiǎn)單乏味的工作中解脫出來(lái)。 (3).縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資 自動(dòng)堆放機(jī)械手可以通過(guò)修改機(jī)械手程序或更換手爪模塊以適應(yīng)不同的工件和工況，因而適應(yīng)不同尺寸規(guī)格DVD盒的生產(chǎn)，同時(shí)可以配合不同生產(chǎn)機(jī)械的組合做出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而降低物耗、降低成本、節(jié)約投資。 (4).減少不安全因素 注塑機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，常常由于工人安全意識(shí)不足或操作失誤，造成嚴(yán)重的人身傷害事故。采用機(jī)械手堆放實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化的生產(chǎn)，杜絕了生產(chǎn)過(guò)程中人身安全事故的發(fā)生。 自動(dòng)堆放機(jī)械手作為整個(gè)DVD盒生產(chǎn)線的中間部件，在其中起著承上啟下的作用。堆放機(jī)械手是DVD盒生產(chǎn)線中的部件，而DVD盒自動(dòng)定型輸送線電機(jī)選型與氣缸選型也是機(jī)械手質(zhì)量最主要的組成部分，因此其電機(jī)及氣缸的選型將決定機(jī)械手是否能實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。機(jī)械手內(nèi)腔為電氣線路和腕部俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供安裝空間，其結(jié)構(gòu)及其剛度，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間和精度都起著決定性的作用。 通過(guò)自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的初步分析研究，熟悉了機(jī)械手設(shè)計(jì)分析的思路和流程，了解了我國(guó)和世界其他各國(guó)機(jī)械手的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，認(rèn)知了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的最新前沿科技，檢測(cè)了自己在分析理論和解決實(shí)際問(wèn)題上的能力，為日后的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。 二、本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(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(wú)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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、本課題的研究?jī)?nèi)容 1.主要的研究?jī)?nèi)容 在查閱了國(guó)內(nèi)外大量的有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及機(jī)械手的推廣應(yīng)用，分析確定使用六自由度機(jī)械手配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)取代人工作業(yè)的目的。 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下: (1).根據(jù)DVD生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定機(jī)械手的構(gòu)形方案。 (2).確定機(jī)械手的性能參數(shù)完成自動(dòng)堆放機(jī)械手的三維造型； (3).從驅(qū)動(dòng)裝置的連接的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成各關(guān)節(jié)零件的設(shè)計(jì)； (4).對(duì)機(jī)械手重要零件進(jìn)行受力分析，完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度校核； 2.設(shè)計(jì)要求 (1).自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì) (2).自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型 (3).繪制自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖 (4).機(jī)械手電機(jī)選型或氣缸選型 3.關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題 (1).伺服電機(jī)的安裝布局； (2).重要零件的受力分析及校核。 四、本課題的實(shí)施方案、進(jìn)度及預(yù)期效果 1.實(shí)施方案 (1).功能分析 堆放機(jī)械手初步機(jī)械臂簡(jiǎn)圖如下圖1，以自動(dòng)堆放機(jī)械手為中心，自動(dòng)定型輸送帶和自動(dòng)折疊合蓋裝置分別處于兩側(cè),成90度角。并且兩個(gè)裝置處于不同的高度，自動(dòng)堆放機(jī)械手需拿起DVD盒且不損壞物件，將其轉(zhuǎn)移到自動(dòng)定型輸送帶上。注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒，定型時(shí)每疊光碟盒數(shù)目為8-10個(gè)，單個(gè)盒子的DVD盒厚度范圍：7mm-15mm。堆放機(jī)械手主要工作是將翻折機(jī)械手完成的DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，一次轉(zhuǎn)移兩個(gè)，一堆8-10個(gè)。如此不斷的循環(huán)操作。 (2).方案擬定 根據(jù)以上工作要求，綜合考慮機(jī)械手的功能實(shí)現(xiàn)和通用性，確定采用六自由度關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。整體方案初步確定自動(dòng)堆放機(jī)械手通過(guò)方形底座固定，接著利用圓形圓盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)械手做九十度的來(lái)回移動(dòng)。機(jī)械手臂由三個(gè)關(guān)節(jié)相互連接組成，通過(guò)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手臂上下左右的移動(dòng)。最后一個(gè)關(guān)節(jié)分別連接著兩個(gè)吸盤，通過(guò)這兩個(gè)吸盤的動(dòng)作，將DVD盒利用氣缸吸附在機(jī)械手上，然后將其移動(dòng)到輸送帶上，如此往復(fù)的循環(huán)。 圖1 堆放機(jī)械手初步機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.實(shí)施進(jìn)度 本課題的實(shí)施計(jì)劃如下： （1）.2015年9月16日-2015年9月30日：確定課題，熟悉課題； （2）.2015年10月1日-2015年10月15日：查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，獨(dú)立開展調(diào)研； （3）.2015年10月16日-2015年10月31日：外文文獻(xiàn)翻譯； （4）.2015年11月1日-2015年11月15日：撰寫文獻(xiàn)綜述； （5）.2015年11月16日-2015年11月30日：撰寫開題報(bào)告； （6）.2015年12月1日-2015年12月15日：確定整體設(shè)計(jì)方案； （7）.2015年12月16日-2016年1月15日：計(jì)算設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)使用要求選擇合適的材料； （8）.2016年1月16日-2016年2月15日：繪制總裝圖、主要零件工程圖； （9）.2016年2月16日-2016年3月15日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書； （10）.2016年3月16日-2016年3月31日：資料修改、完善，定稿； （11）.2016年4月1日-2016年4月30日：準(zhǔn)備答辯； （12）.2016年5月10日：答辯。 3.預(yù)期效果 完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型，繪制結(jié)構(gòu)總裝配圖及主要零件的工程圖，為整個(gè)機(jī)器人的生產(chǎn)加工做好準(zhǔn)備，以便更好的投入到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中去。 參考資料： [1] 趙先仲．機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [2] 陳明秋. 自動(dòng)排坯輸送機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2007 [3] 陳平．注塑機(jī)械手控制器研究[D]．東北農(nóng)林大學(xué)，2006 [4] 王淼．生產(chǎn)線中生產(chǎn)節(jié)拍與速度的若干問(wèn)題的探討[J]．雷達(dá)與對(duì)抗，2004(2)：65-68 [5] 李笑．液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006 [6] SMC產(chǎn)品樣本 第一冊(cè)（執(zhí)行元件）第四版．SMC公司，2005 [7]羅天洪;熊小輝;六自由度重載裝配機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及求解[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009年06期 [8]陳志權(quán);基于PLC氣動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng)[J].兵工自動(dòng)化2008年04期 [9]劉爽;氣動(dòng)肌肉機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方法實(shí)現(xiàn)[D].浙江理工大學(xué)2010 [11]陶朱秋;介紹兩種氣動(dòng)機(jī)械手[J].液壓氣動(dòng)與密封1983年02期 [10]李昌輝;自動(dòng)上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)2009 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