【一种手机屏幕贴装工业机器人设计6000字（论文）】

一种手机屏幕贴装工业机器人设计 关键词 1 1.2国内外研究现状 1.3主要研究内容 2 22.1工作站结构设计概述 32.2工作站的组成 42.3工作站结构设计方案的确定 42.4设计流程图 5 5 63.1.1材料选取 63.1.2零件设计 63.1.3分析验证 63.2伺服电机的选取 93.3导轨底板的设计 3.3.1材料的选取 3.3.2零件设计 4.1吸吊时所需的真空度 4.2气缸选型的计算 4.3机器人的选型与程序 4.3.1机器人的选型 4.3.2机器人程序 5.结论 致谢 11绪论1.1主要研究背景和意义据统计，全球超过三分之二的3c产品在我国制造，根据2014年手机出货数据显示，全球出货总量为18.9亿部，其中有16亿是中国制造。在3c产品的生产制造过程中，柔性辅料的贴装是必不可少的一步，而辅料的贴装往往需要大量的人工。一条典型的手机辅料贴装的生产线需要20道左右的工序，在没有配备任何机械设备的生产线上需有50名左右工人同时工作，这样劳动密集的作业方式，不仅导致生产线平衡率底下，还会因我国劳动力成本的不断上涨，成为制约企业效益的关键因素。1.1.2研究意义在3c产品的制造过程中，各种辅料作为生产线上必不可少的环节，传统的制造企业中贴装手机辅料需要大量的工人，进行人工贴料，大大影响企业效益。随着我国劳动力成本的增加和劳动力短缺的现象，3c行业逐步采用大量的自动化设备代替人工完成产品的自动化生产。贴装的辅料具有尺寸不规则、较软等特点，不仅不容易抓取，而且在贴装的过程中对更换产线速度和贴装速度都有较高的要求，因此传统的工业机器人已经不能不满足贴装辅料的工艺需要，但新型的轻量化机器人不仅售价高昂，并且用于辅料贴装时效率较低，也不能完全满足辅料贴装的工艺要求，因此开展对柔性辅料贴装设备的研究具有重要意义。1.2国内外研究现状丹麦的UR是协作机器人的代表作，基于电流环的碰撞检测功能，可以检测到机器人受到的瞬间冲力，当瞬间冲击力大于设定的某个峰值后，机器人会自动停止，以避免对周围的人或者机器造成伤害。其关节处采用了精度较低的传感器，容易丢失机器人零点的编码器数值，关节的抗干扰能力差，容易造成电机驱动电路损坏。因此，受其性能2及价格方面的制约，无法适用于3c行业。瑞士Neuronics公司的开发的智能机械手Katana,其关节内部的电机组装了数字位置传感器，目前此款机器人仍处于研发阶段，只应用于科研教育中。与UR相同，受限于价格高昂的因素，此款机器人不适用于3c行业。厦门力巨自动化科技有限公司研发的自动贴标机，主要应用于3c行业，可以用于多个不同标签的同时粘贴、不停机更换料带的场景。设备含有自动上下料的装置，能够单台机器生产，或与其他机器配合生产。广东东方亮彩精密技术有限公司研发的的手机辅料贴标机，能够从上道工序结束的位置将手机壳搬运到贴标位置，贴标机贴标完成后将手机壳运送至下道工序的起始位置，将辅料的贴装过程和上下料结合在一起，不需要额外的上下料装置。1.3主要研究内容本课题的主要目标是研究手机贴料工作站的设计，对主要零部件的选型(外购件)、材料、尺寸(加工件)的确定，设计泡棉贴装方案，进行实际应用，并通过实验验证该设备能够完成手机辅料的贴装工作。针对这一目标，开展对泡棉贴装工预期目标，如图手机贴附设备工作站设计需要很强的实用性。本文设计的工作站，其方案确定经历以下阶段：首先通过资料明确工作站需要的功能，确定机设计方案。其次参照机械设计手册进行各个机构的零件设计，通过AutoCAD以及SolidWorks软件绘制工程图，建模，装配，以及运动分析，明确其合理性。最后对主要零部件进行材料校核。2.1工作站结构设计概述3本课题的主要目标是实用性的手机导电泡棉辅料贴装设备，通过已知的工艺参数，完成给定的任务目标。工艺参数：(2)按照辅料颗数计算设备综合良率不小于98%(4)辅料尺寸：辅料1:4.5mm×6.75mm;辅料2:32.65mm×9.9mm;辅料3:32.65mm×6.9mm(5)上料方式：手机屏幕利用前后站人员上下料，泡棉为Feeder自动供料(6)设备妥善率：95%预期目标：(1)圆形泡棉中心孔与TP摄像头中心孔同心偏差不大于0.1mm(距离偏差没有负值，±0.05mm定义为0.1mm的偏差)(机械手±0.02mm,系统精度受来料尺寸，颜色和形状影响)(2)须保证导电布贴装端正，不得超过TP外侧边缘或粘连FPC切角度如图不得歪(3)生产节拍：≤12s图2-1所示为一种工作站的总体结构。飞达*3成品下料位置泡棉贴装位置屏幕上料位置42.2工作站的组成工作站的流程为：机器人依此吸取飞达剥离完成的泡棉，在下CCD处对泡棉进行定位拍照，机器人移动到泡棉贴装位置，通过上CCD对屏幕进行定位，滑台托载手机到达指定位置，机器人完成对屏幕泡棉的贴装，滑台托载手机到下料区。工作站的整体设计会围绕以上流程分为以下三个部分：(飞达对泡棉的剥离由飞达供应商完成，本文不做研究)1.治具自动进出模组：定位手机屏幕，由伺服电机控制治具自动进出。品牌规格说明珞石定制治具珞石定制适用屏幕尺寸伺服电机台达2.机械人贴附模组：泡棉自动吸取和自动贴附。品牌规格说明安装底座珞石定制金属焊接珞石珞石定制真空吸取方式上视觉珞石定制定位手机屏幕下视觉珞石定制定位泡棉3.设备本体：各模组的安装基础，安全防护和控制系统。品牌规格说明机架珞石定制1.3m*1.1*1.76烤漆颜色为橘纹白RAL9010珞石定制显示器，键盘，鼠标，触摸屏珞石定制2.3工作站结构设计方案的确定设计方案应从以下方面讨论：(1)治具自动进出模组：运行轻便平稳，工作时速度均匀；无冲击和振动；足够的刚度，受温度变化影响较小。(2)机械人贴附模组：要求机器人有较高的节拍及定位精度、吸取泡棉的过程应牢固稳定，能顺利从泡棉分离位置到贴附位置以保证整个工作站能够稳定运行。2.4设计流程图设计流程如图2-1所示：案分所获数病并与性试图2-1设计流程图3.治具自动进出模组设计6图3-1治具自动进出模组装配图3.1滑动导轨的设计本设计的治具自动进出模组是底板连接双滑轨，由电机驱动滑轨。滑轨的运动是手机自动进出最基本、最重要的功能。所以滑轨的稳定显得尤为重要。导轨的材料需要有足够的强度和耐磨性。在传动的过程中，摩擦系数要足够小。对于耐磨性较高，强度较高的零件，一般采用合金钢或铸铁。。由于该零件的耐磨性要求比较高，且表面要求光滑，高碳合金钢中的碳含量能够达到百分之零点四十五以上，可以进行感应热处理，使材料的表面具有良好的耐磨性及硬度，因此滚珠丝杠也具有良好的寿命，所以材料选用高碳合金钢。X方向初选导轨型号为GGB20BAL2P12*940,Y方向初选导轨型号为GGB20AAL2R2*1090。图3-2导轨三维图(1)导轨长度：在本文的设计中由于工作站是封闭的，给导轨的两端出开槽，所以导轨底板长根据工作站的长度取1460mm,导轨长度需小于底板长度。导轨的长度的设计，一般可根据滑块需要运行的长度来确定。其公式为：式中：L-导轨长度，mm;7L取1400mm,选取大于1400mm且小于1460mm的导轨，综合导轨厂家，取导轨长度1440mm。(2)计算滚动导轨副的距离额定寿命荷分别为Ca=13.6kN,Pc=3.8kN。K-额定寿命单位(滚珠时，K=50KM滚柱时，K=100KM),KM;fc-接触系数，查表3-2,得fc=1;fw-载荷系数，查表3-4,得fw=1;工作温度/°C1812345工作条件精度等级2345表3-4载荷系数表(3)寿命时间的计算用双导轨，所以每个导轨每分钟平均往返2.5次);工况为：每天开机16小时，每年工作300天，则预计寿命年限为：3.2伺服电机的选取杠直径D为20mm,滚珠丝杠质量MB为1.78kg,因此导轨无减速器，所以G为1、η为9(1)换算到电机轴负载惯量的计算滚珠丝杠的惯量：负载的惯量：换算到电机轴负载惯量：(2)负载转矩的计算对摩擦力的转矩：式中：μ-滚珠丝杠摩擦系数，取0.1;换算到电机轴负载转矩：(3)旋转数的计算转数：(4)电机的初步选定(5)加减速转矩的计算式中：tA-A加减速时间，s;(6)瞬时最大转矩、有效转矩的计算=0.276N.mT₂=T式中：Ti-加速度时间，s;T₃-减速度时间，s;速度(mm/s)0时间(s)图3-3v-t图综上，伺服电机全部设计数据如表3-5所示。电机滚珠丝杠的惯量/kg.m²负载的惯量/kg.m²换算到电机轴负载惯量/kg.m²0.2373.3导轨底板的设计导轨底板材料需要优良的机械性能、耐磨性、尺寸稳定，具有一定的强度。6061铝合金经热处理预拉伸工艺后生产的产品属于的高品质铝合金产品。材料强度虽不能与其2系或者7系相比，但因镁、硅合金特性多，又具有加工性能好、优良的抗腐蚀性、韧性高及加工后不易变形等优良特点。图3-4底板工程图3.3.3板与滑轨的有限元分析对板与滑轨进行有限元分析，校核强度与刚度。1、固定板材与机架连接处，图3-3;2、施加载荷；图3-6施加载荷图根据所学力学知识，滑块在滑轨上移动时，当滑块移动至两固定部分中间，零件上的剪力与弯矩为最大，由于零件为左右对称，故只分析了滑块移动至一侧中间时的情况。滑块重0.26kg,导轨重2kg,托盘与手机重0.4kg,总重2.66kg,取滑轨上载荷为26.6N。图3-7网格图4、运行并分析结果图3-8应力图由应力图可知，最大应力约为1.63×10⁵N/m²,滑轨材料为合金钢，屈服强度为6.2×10⁸N/m²,板的材料为A6061铝合金，屈服强度为5.51×10⁷N/m²,两零件屈服强度都远大于最大应力，故零件强度合格。4.机器人贴附模组设计多取4mm。真空度转化为4.2气缸选型的计算实际测得气缸的负荷重量为0.25KG,行程为20mm,气缸所需移动时间为0.式中：S₁-气缸行程，mm;对于阻性负载(例如气缸作气动夹具使用时),负载不产生惯性力，一般可取负载率为0.8;对于惯性负载(如气缸用来推送工件时),负载将产生惯性力，负载率β的气缸速度<100mm/s时气缸速度100-500mm/s时气缸速度>500mm/s时缸径适合气管尺寸外径内径4软尼龙4根据表4-2可选2.5mm缸径，但2.5mm缸径行程不够，故选择4mm缸径。使用流体空气最高使用压力最低使用压力环境和流体温度(但未冻结)活塞速度缓冲无行程公差04.3机器人的选型与程序4.3.1机器人的选型根据工作站的可工作范围、节拍要求，选择臂展为450mm的RS3机器人，机器人的最大工作半径为450mm,重复精度为±0.02mm,能够保证加工的一致性，手腕负载3kg,末端工具选择铝铸件，能够满足负载要求。程序主要分为初始化程序、取料程序、放料点位一程序、放料点位二程序。图4-2主函数图图4-4放料1点函数图图4-5放料2点函数图w5.总结机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器。它可以执行人类提前编写的程序，还能够依靠人工智能技术规划的原则纲领行动。目前，从我国应用环境把机器人分为两类：工业机器人和特种机器人。国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人。本次毕业设计历时两个多月，从选题到开题，再到撰写、绘图直至论文完成，一切都紧锣密鼓地进行。首先，在选题结束后，上网查阅相关资料，并做相应笔记，对论文的整体结构有了初步设想，完成开题报告；随后，在现场对工作站进行测量、试验，根据总结笔记，开始论文初稿的撰写，在撰写过程中，遇到了很多专业难题，例如该如何对模组进行合理的设计，在请教校外指导老师后，查阅机械设计手册，了解板类零件