刀削面機(jī)器人設(shè)計(jì)-含PPT-削面機(jī)械手設(shè)計(jì)【16張CAD高清圖紙和文檔】【YC系列】

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The design is mainly the introduction of new ideas in the swing mechanism design noodle robot, the cleverly follows the linkage to achieve the determined displacement range, and the reciprocating mechanism design panel and frame lifting mechanism design have adopted the wire bar screw drive guiding function. Mainly on the part of the cam and link mechanism was designed with the computing and calculating means freedom, swinging the knife cutting speed, calculated as the width and depth of the cutting tool, parts reciprocating mechanism design panel and rack lift mechanism Check Calculation screw selection and use, as well as its structure. Keywords: noodle robot; swing mechanism; structural design 第一章 緒論51.1 引言51.2 課題研究的目的和意義51.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r51.4 課題研究的目的和意義61.4.1本課題主要研究解決的難點(diǎn)問(wèn)題和擬采用的辦法61.4.2本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作6第二章 刀削面機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)82.1 刀削面機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)82.2 刀削面機(jī)器人的基本機(jī)構(gòu)82.3 刀削面機(jī)器人的工作特點(diǎn)及傳動(dòng)原理92.4本章小結(jié)11第三章 刀削面機(jī)器人的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)123.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)及工作原理123.1.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)123.1.2擺動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理123.2 偏心輪與連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算133.3 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算163.4削面擺動(dòng)削刀的相關(guān)計(jì)算173.5 本章小結(jié)19第四章 刀削面機(jī)器人的往復(fù)面板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)204.1往復(fù)面板機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理204.1.1往復(fù)面板機(jī)構(gòu)主要的結(jié)構(gòu)204.1.2往復(fù)面板機(jī)構(gòu)的工作原理204.2絲杠的選用與計(jì)算214.2.1絲杠的類型選擇214.2.2絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算214.3本章小結(jié)24第5章 刀削面機(jī)器人機(jī)架升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)255.1機(jī)架升降機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理255.1.1升降機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)255.1.2升降機(jī)構(gòu)的工作原理255.2升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)絲杠的選用與計(jì)算校核265.3本章小結(jié)28第6章 刀削面機(jī)器人的PLC控制設(shè)計(jì)29第7章 結(jié)論36 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒論1.1 引言機(jī)器人技術(shù)是新興的跨學(xué)科綜合性高新技術(shù)，是力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、自動(dòng)控制、傳感技術(shù)、電液氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)、人工智能、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)的綜合與交叉。機(jī)器人作為高自動(dòng)化、智能化的典型機(jī)電一體化設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程能夠自動(dòng)完成目標(biāo)操作或移動(dòng)作業(yè)，具有較高的可靠性、靈活性、巨大的信息儲(chǔ)存、處理能力和快速反應(yīng)能力。機(jī)器人自 60 年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中主要的機(jī)電一體化設(shè)備。同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種各樣的機(jī)器人也被開發(fā)出來(lái)去適應(yīng)制造領(lǐng)域以外的各個(gè)行業(yè)。本文以刀削面機(jī)器人為研究對(duì)象。 1.2 課題研究的目的和意義刀削面一直是大眾所喜愛的面食之一，其口感爽滑，柔韌勁道，在中國(guó)擁有廣泛的 群眾基礎(chǔ)，隨著中華飲食文化的發(fā)揚(yáng)光大各民族各地域之間飲食習(xí)慣差距日漸縮小，刀削面越發(fā)普及。無(wú)論南北，男女老少都愛吃甚至在國(guó)外的華人區(qū)刀削面也經(jīng)常可見。刀削面機(jī)器人一種新型仿人工刀是削面機(jī),具有操作簡(jiǎn)便,自動(dòng)智能化操作 , 高效率,低能耗 ,維護(hù)方便 ,外形美觀 , 工作效率高，相對(duì)于人工技師而言不存在疲勞和情緒波動(dòng)而影響工作效率的情況，易招攬顧客等優(yōu)點(diǎn)。刀削面機(jī)器人機(jī)是替代人工技師執(zhí)行削面工作的一種機(jī)器裝置；它不僅可以按預(yù)先編排的程序去完成標(biāo)準(zhǔn)化的削面工作，還可以臨時(shí)接受人工指令改變工作狀態(tài)；是人工智能技術(shù)應(yīng)用于餐飲領(lǐng)域的重大突破。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r機(jī)器人是近30年發(fā)展起來(lái)的一種典型的、機(jī)電一體化、獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)工具。在制造業(yè)中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一，也是新技術(shù)革命的一個(gè)重要內(nèi)容。我國(guó)是個(gè)人口大國(guó),餐飲行業(yè)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位,經(jīng)濟(jì)人士稱其為永不衰敗的產(chǎn)業(yè),刀削面是我國(guó)傳統(tǒng)的具有旺盛生命力的主導(dǎo)面食品種,尤其是在我國(guó)東北, 西北,山東地區(qū)各大中小城市及縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要街道,到處都有刀削面館,而刀削面作為中國(guó)一個(gè)名優(yōu)美食已發(fā)展到在全國(guó)各地,形成長(zhǎng)盛不衰的趨勢(shì),那么刀削面機(jī)器人無(wú)疑會(huì)因此順勢(shì)得寵。刀削面機(jī)器人，系列智能刀削面機(jī)器人機(jī)是替代人工技師執(zhí)行削面工作的一種機(jī)器裝置；它不僅可以按預(yù)先編排的程序去完成標(biāo)準(zhǔn)化的削面工作，還可以臨時(shí)接受人工指令改變工作狀態(tài)；是人工智能技術(shù)應(yīng)用于餐飲領(lǐng)域的重大突破。1.4 課題研究的目的和意義1.4.1本課題主要研究解決的難點(diǎn)問(wèn)題和擬采用的辦法本設(shè)計(jì)主要研究解決的難點(diǎn)問(wèn)題：1.左手的左右搖擺運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)設(shè)定使其按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，但是上下調(diào)整面和刀之間的距離如何運(yùn)動(dòng)？需要什么裝置感應(yīng)反饋？2.電機(jī)帶動(dòng)右手工作時(shí)，哪種傳動(dòng)方式更好些？1.4.2本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作 設(shè)計(jì)出刀削面機(jī)器人設(shè)計(jì)刀削面機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，提供設(shè)計(jì)說(shuō)明書與相關(guān)附件。并且削出的面狀如柳葉，長(zhǎng)短寬窄薄厚均勻。削面速度至少是人工速度的1.5倍。第2章 刀削面機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)2.1 刀削面機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)題目要求設(shè)計(jì)一種刀削面機(jī)器人，根據(jù)任務(wù)書的整體要求，以及任務(wù)書的數(shù)據(jù)，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)是負(fù)責(zé)刀削面機(jī)器人的具體機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)出削面擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架升降機(jī)構(gòu)、往復(fù)面板機(jī)構(gòu)等。使得板材加工后更為美觀，整密。功率強(qiáng)勁，操作方便，噪聲低，更為人性化等。其主要參數(shù)如下所示：型號(hào)重量電壓功率產(chǎn)量外形尺寸10080kg220V2.2kw60條/分1050X850X13002.2 刀削面機(jī)器人的基本機(jī)構(gòu)刀削面機(jī)器人就是替代人工技師執(zhí)行削面工作的一種機(jī)器裝置，其主要由機(jī)架、削面擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架升降機(jī)構(gòu)、往復(fù)面板機(jī)構(gòu)以及底座組成。刀削面機(jī)器人的機(jī)架在底座上端，機(jī)架外包裝的塑料殼為人體上半身。底座上有四根是矩形分布的升降導(dǎo)柱并且與機(jī)架底部連接。削面擺動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)架右上部，由削面電機(jī)、偏心輪、傳動(dòng)桿、削面刀、杠桿、支點(diǎn)軸、支桿、軸碗組成。往復(fù)面板機(jī)構(gòu)位于底座內(nèi)前部,機(jī)架升降機(jī)構(gòu)位于底座內(nèi)后部。如圖所示：2.3 刀削面機(jī)器人的工作特點(diǎn)及傳動(dòng)原理由于市面上的刀削面機(jī)器基本上全部普及了數(shù)控操作，這導(dǎo)致了它的高成本高價(jià)位使得一般的餐飲業(yè)的老板放棄了對(duì)它的需求。因此，刀削面機(jī)器人的推廣需要重新設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制模式來(lái)降低人員維護(hù)與保養(yǎng)成本、保養(yǎng)費(fèi)用及造價(jià)。運(yùn)用常見機(jī)構(gòu)配合的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)刀削面的走刀運(yùn)動(dòng)以及進(jìn)給量控制來(lái)降低成本，提高刀削面的生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。其主要優(yōu)點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)：1、本機(jī)主要傳動(dòng)部伯，均選用優(yōu)質(zhì)鋼材并經(jīng)熱處理和精密的加工完成，使用壽命長(zhǎng)，噪音小。2、和面接觸的機(jī)頭部件均為不銹鋼材料，并經(jīng)光整修理，具有不銹蝕和基本不粘面的效果，清理非常方便。3、本機(jī)削出的面中厚邊薄，長(zhǎng)度適中，外形佳，口感好，遠(yuǎn)勝于人工削面。厚度，寬度和面飛出的距離可根據(jù)需要調(diào)整。 4、削面效率高，更適合客流大，削面量大的場(chǎng)合。 5、外罩采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成。外面亮麗，防腐防銹性能好。 刀削面機(jī)器人工作原理：如圖所示：本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種智能機(jī)器人刀削面機(jī)，使其具有仿人制刀削面過(guò)程，且還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用，操作簡(jiǎn)便和使用效果好的優(yōu)點(diǎn)。為此，本實(shí)用新型主要主要由底座、削刀和機(jī)架所組成，其特征在于:包括機(jī)架、削刀擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、置面板移動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架升降機(jī)構(gòu);機(jī)架，機(jī)架位于底座上端，機(jī)架外包設(shè)的塑殼呈人體上半身形，機(jī)架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降導(dǎo)柱上;削刀擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，位于機(jī)架上的右側(cè)端，由刀削電機(jī)、偏心輪、傳動(dòng)桿、軸碗、支桿、支點(diǎn)軸、杠桿和削刀所組成，削刀與位于人體右手外的杠桿端連接，杠桿另一端位于人體中空的右臂內(nèi)并通過(guò)軸碗軸接傳動(dòng)桿的一端，靠近傳動(dòng)桿的杠桿中部通過(guò)支點(diǎn)軸與固定在機(jī)架上的支桿軸接，傳動(dòng)桿的另一端與偏心輪軸接，刀削電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng);置面板移動(dòng)機(jī)構(gòu)，位于底座內(nèi)前部，兩板架上端與位于底座上端與削刀下端的置面板下端面固接，兩板架下端位于底座內(nèi)的滑軌上，兩板架之間設(shè)絲母桿，板架移動(dòng)電機(jī)通過(guò)絲杠帶動(dòng)絲母桿轉(zhuǎn)動(dòng);機(jī)架升降機(jī)構(gòu);位于底座內(nèi)后部，機(jī)架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降導(dǎo)柱上，機(jī)架底部設(shè)有絲母托板，絲母托板中部與升降絲杠螺接，升降電機(jī)帶動(dòng)升降絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的底座側(cè)端設(shè)有控制面板。所述的右臂的右胳脖肘處為布層。所述的機(jī)架下端周邊與對(duì)應(yīng)的底座之間設(shè)有波紋形布層或波紋伸縮管。所述的置面板呈前低后高的斜置。刀削面機(jī)器人右臂由電機(jī)帶動(dòng)通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，左右托著面并且配合右手而上下左右擺動(dòng)。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：2.4本章小結(jié)本章主要介紹了這次設(shè)計(jì)的任務(wù)以及刀削面機(jī)器人的部件組成和工作原理和特點(diǎn)32長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章 刀削面機(jī)器人的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu) 刀削面機(jī)器人的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)位于機(jī)架右部，由削面電機(jī)、偏心輪、傳動(dòng)桿、削面刀、杠桿、支點(diǎn)軸、支桿、軸碗組成。其示意簡(jiǎn)圖如下： 其選用的電機(jī)參數(shù)：額定電壓380V、額定頻率50Hz、額定功率2.2Kw、額定轉(zhuǎn)速1410r/min。3.1.2擺動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理削面電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)桿的一端與偏心輪軸連接，靠近傳動(dòng)桿的杠桿中部通過(guò)支點(diǎn)軸與固定在機(jī)架上的支桿軸接，杠桿一端位于人體中空的右臂內(nèi)并通過(guò)軸碗軸接傳動(dòng)桿的一端，位于人體右手外的杠桿另一端則與削刀連接。當(dāng)控制電路使削面電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)則使傳動(dòng)桿拉動(dòng)杠桿以支點(diǎn)軸為支點(diǎn)上下擺動(dòng)帶動(dòng)削面刀在面板上端擺動(dòng)，從而形成仿人削面動(dòng)作。3.2 偏心輪與連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算偏心輪是指這個(gè)輪的中心不在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上，一般指代的就是圓形輪，當(dāng)圓形沒(méi)有繞著自己的中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，就成了偏心輪。偏心輪為原動(dòng)件做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其幾何中心也即偏心輪與連桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)福的中心。偏心輪幾何中心至轉(zhuǎn)軸的距離為定值，因此偏心輪在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的作用相當(dāng)于一個(gè)曲柄的作用，所以該機(jī)構(gòu)也相當(dāng)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小時(shí)，通常把曲柄做成偏心輪，這樣不僅增大了軸頸的尺寸，提高偏心軸的強(qiáng)度和剛度，而且軸頸位于中部時(shí)，還可以安裝整體式連桿，得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，由圖可得任意時(shí)刻滑塊運(yùn)行距離：且所以 所以且所以所以有滑塊運(yùn)行距離：滑塊速度V為：滑塊加速度為：3.3 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度如圖所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如給定任一活動(dòng)件一個(gè)確定的運(yùn)動(dòng)，例如給定滑塊一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=f（t），則其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律即可完全確定。這說(shuō)明曲柄滑塊機(jī)構(gòu)只有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)只有一個(gè)自由度。要使該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須給定該機(jī)構(gòu)中一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。又如鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如機(jī)構(gòu)有兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)有兩個(gè)自由度，要使該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須同時(shí)給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案選擇： 方案一 方案二選擇機(jī)械手小臂的切削動(dòng)作方案：刀削面機(jī)械手方案一優(yōu)點(diǎn):該方案的空間利用率高，尤其在空間有限的仿真機(jī)械手比較實(shí)用。缺點(diǎn)：雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的成本比較高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜度高，機(jī)械效率比較低。刀削面機(jī)械手方案二：優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械效率高，制造成本低，空間復(fù)雜度低，便于安裝維護(hù)。缺點(diǎn)：占用比較大的空間。該機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的在于降低其制造成本，由于方案二在機(jī)械效率和制造成本上都高于方案一，故選方案一作為刀削面機(jī)械手小臂切削機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)構(gòu)的自由度可能是一個(gè)、兩個(gè)，甚至兩個(gè)以上。若某機(jī)構(gòu)由N個(gè)構(gòu)件組成，除去機(jī)架，機(jī)構(gòu)中共有n=N1個(gè)活動(dòng)件。構(gòu)件在連接之前，全部活動(dòng)件共有3n個(gè)自由度。而在聯(lián)接后，構(gòu)件的自由度由于運(yùn)動(dòng)副的約束而減少。設(shè)在機(jī)構(gòu)中有PL個(gè)低副，PH個(gè)高副，則該機(jī)構(gòu)全部運(yùn)動(dòng)副的約束數(shù)目共有2PL+PH個(gè)。則機(jī)構(gòu)自由度F3n2PLPH=1由于機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：原動(dòng)件數(shù)目W應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度F。即WF3n2PLPH原動(dòng)件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)無(wú)確定運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)在薄弱處損壞。得出機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)條件。3.4削面擺動(dòng)削刀的相關(guān)計(jì)算由于切削機(jī)構(gòu)的連桿機(jī)構(gòu)如圖所示： 由于R45=CDBD；R65=CD + BD由圖知，R45，R65與R18的交點(diǎn)分別是該曲柄連桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置，兩極限位置夾角為78度，符合該機(jī)械手設(shè)計(jì)方案。一，急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)求解：極位是曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置。當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180+時(shí)，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時(shí)間為t1 , 平均速度為V1, 由公式當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180-時(shí)，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時(shí)間為t2 ,平均速度為V2 , 有：因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等。并且：t1 t2，V2 V1。搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度：由公式有：只要 0 ， 就有 K1。且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。由數(shù)據(jù)代入得到，K=2.5。所以可通過(guò)分析機(jī)構(gòu)中有急回運(yùn)動(dòng)的程度不較高。二，削刀的速度計(jì)算：（1） 由于Na : Nb = da : db = 2 : 1 ;Nb : Nd = db: dd = 2 : 1 ;則：Na : Nd = 4 : 1 ;（2） 刀削面機(jī)械手的小臂搖桿機(jī)構(gòu)搖擺速度即是切削速度?？紤]到搖桿機(jī)械疲勞強(qiáng)度限制，搖桿最高速度v為4次每秒。不同電機(jī)極數(shù)的三相異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速如下：2極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。4極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分。6極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。8極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分。（3） 三相異步電機(jī)速度V v*Nd/Na = 16/s= 960轉(zhuǎn)/分；故選擇8極三相異步電機(jī)。（4） 已知凸輪轉(zhuǎn)速1，求推桿的速度V2，根據(jù)三心定理和公法線nn求瞬心的位置P12 。由公式V2l(P13P12)1 得出刀削面機(jī)械手的切削速度v = 750/（4*60）=3.125條/秒；三，刀具切寬，切深：由推程角與回程角比是1 ：2 =1 ：5 即1 =60；2 =300該刀削面機(jī)械手在面料表層將切削的最大面條數(shù)為：28*5/6=24（取整）。由最大推程為12cm，者刀削面面寬最大為12/24=0.5cm；因此刀具的削面最小寬慰5mm。刀具的切深為2mm。如圖所示：3.5 本章小結(jié)本章節(jié)重點(diǎn)介紹了刀削面機(jī)器人擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)及工作原理，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要工作原理，對(duì)并凸輪與連桿機(jī)構(gòu)的進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算以及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，擺動(dòng)削刀的速度計(jì)算，刀具的切削寬度與深度的計(jì)算。長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第4章 刀削面機(jī)器人的往復(fù)面板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1往復(fù)面板機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理4.1.1往復(fù)面板機(jī)構(gòu)主要的結(jié)構(gòu)置面板移動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要是由托面架，連接支架，滑道，滑塊，減速電機(jī)，絲杠，連軸器等組成。它位于底座內(nèi)前部，兩板架上端與位于底座上端與削刀下端的置面板下端面固接，兩板架下端位于底座內(nèi)的滑軌上，兩板架之間設(shè)絲母桿，板架移動(dòng)電機(jī)通過(guò)絲杠帶動(dòng)絲母桿轉(zhuǎn)動(dòng)：如圖4-1所示： 4.1.2往復(fù)面板機(jī)構(gòu)的工作原理其主要工作原理：置面板移動(dòng)機(jī)構(gòu)，位于底座內(nèi)前部，兩板架19上端與位于底座上端與削刀下端的置面板7下端面固接，兩板架下端位于底座內(nèi)的滑軌20上。兩板架移動(dòng)范圍的底座上端面留有滑槽9，兩板架之間設(shè)絲母桿23，板架移動(dòng)電機(jī)21通過(guò)絲杠22帶動(dòng)絲母桿轉(zhuǎn)動(dòng)。置面板位于仿人體形左胳脖5及左手處。當(dāng)控制電路控制刀削電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制電路同時(shí)控制板架移動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)置面板沿滑軌緩慢左、右移動(dòng)，移動(dòng)的置面板將其上的面團(tuán)送至擺動(dòng)的切刀處，切成削面。4.2絲杠的選用與計(jì)算4.2.1絲杠的類型選擇首先根據(jù)螺紋副摩擦性質(zhì)，特點(diǎn)與用途不同，如表4-2所示：表4-2 各類螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用種類滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋特點(diǎn)1 摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（通常為3040%）2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便3 易于自鎖4 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行4 螺紋有側(cè)身間隙，反射時(shí)有空行程，空位精度和軸向剛度較差（采用消隙機(jī)構(gòu)可提高定位精度）5 磨損快1 摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（一般在90%以上）2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難3 具有傳動(dòng)可逆性（可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可以把直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），為了避免螺旋副受載后逆轉(zhuǎn)，應(yīng)設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行5抗沖擊性能較差1摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率高（可達(dá)99%）2螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜3具有傳動(dòng)可逆性，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象5需要一套壓力穩(wěn)定，溫度恒定，過(guò)濾要求較高的供油系統(tǒng)應(yīng)用舉例金屬切削機(jī)床，木工機(jī)床的、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋、摩擦壓力機(jī)的傳動(dòng)螺旋數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床、起重機(jī)構(gòu)和汽車等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳力螺旋，飛行器、船舶等自控系統(tǒng)的傳動(dòng)螺旋和傳力螺旋精密機(jī)床的進(jìn)給，分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)的螺旋選擇滑動(dòng)螺旋類型，用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋，采用梯形螺紋。4.2.2絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算關(guān)于耐磨性的基本參數(shù)確定：小氣缸推動(dòng)旋轉(zhuǎn)的絲杠材料選為40Cr，絲母材料選為Q235-A。旋轉(zhuǎn)速度也屬于低速。由螺桿中徑公式 （4-3）已知軸向載荷，查機(jī)械手冊(cè)得，則螺桿中徑mm。由機(jī)械手冊(cè)查得公稱直徑mm，螺距mm。則螺母高度mm；旋合圈數(shù)1012。螺紋的工作高度mm。由工作壓強(qiáng)公式 （4-4）得則工作壓強(qiáng)校核合理。關(guān)于自鎖的驗(yàn)算：螺紋升角已知mm，則由當(dāng)量摩擦角公式 （4-5）查表機(jī)械手冊(cè)知，則則。所以符合自鎖條件。關(guān)于螺桿強(qiáng)度的驗(yàn)算：許用應(yīng)力當(dāng)量應(yīng)力公式（4-6）已知取2000則螺桿強(qiáng)度符合要求。關(guān)于螺紋牙強(qiáng)度的驗(yàn)算：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得螺紋牙底寬度mm，絲桿螺紋許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，查表知，。絲桿剪切強(qiáng)度絲桿彎曲強(qiáng)度。關(guān)于螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算：絲桿柔度，此絲為一端固定，一端自由，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得最大工作長(zhǎng)度140mm，危險(xiǎn)截面的慣性半徑mm，則絲桿柔度取133.3mm，由，則臨界載荷 查機(jī)械手冊(cè)有軸慣性矩mm，彈性模量，則則所以絲桿穩(wěn)定性符合條件。關(guān)于效率計(jì)算：。4.3本章小結(jié)本章主要介紹了刀削機(jī)器人中的往復(fù)面板機(jī)構(gòu)以及部分零件裝配結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)工作原理分析，重點(diǎn)介始了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用，絲杠的選用以及各參數(shù)的確定與強(qiáng)度校核計(jì)算。第5章 刀削面機(jī)器人機(jī)架升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1機(jī)架升降機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理5.1.1升降機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)刀削面機(jī)器要的機(jī)架升降機(jī)構(gòu)，主要是是電機(jī)，升降導(dǎo)柱，絲母托板，滑軌，升降絲杠，支架等組成，如圖5-1所示：5.1.2升降機(jī)構(gòu)的工作原理其工作原理（如上圖所示）：機(jī)架升降機(jī)構(gòu);位于底座內(nèi)后部，機(jī)架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降導(dǎo)柱24上，機(jī)架底部設(shè)有絲母托板27，絲母托板中部與升降絲杠螺接，升降電機(jī)26帶動(dòng)升降絲杠25轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制電路控制刀削電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使削刀擺動(dòng)且同時(shí)控制板架移動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使置面板的緩慢移動(dòng)時(shí)，控制電路也同時(shí)控制升降電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，升降電機(jī)帶動(dòng)升降絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使絲母托板帶動(dòng)機(jī)架做緩慢的上、下移動(dòng)，帶動(dòng)削刀擺動(dòng)機(jī)構(gòu)亦下移，使完成切削一層面團(tuán)的削刀再下移，重復(fù)對(duì)下一層面團(tuán)的切削。5.2升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)絲杠的選用與計(jì)算校核此絲杠與4.4.2章節(jié)中絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算原理相同。關(guān)于耐磨性的基本參數(shù)確定：小氣缸推動(dòng)旋轉(zhuǎn)的絲杠材料選為40Cr，絲母材料選為Q235-A。旋轉(zhuǎn)速度也屬于低速。已知軸向載荷，查機(jī)械手冊(cè)得，則螺桿中徑mm。由機(jī)械手冊(cè)查得公稱直徑mm，螺距mm。則螺母高度mm；旋合圈數(shù)1012。螺紋的工作高度mm。工作壓強(qiáng)公式則工作壓強(qiáng)校核合理。關(guān)于自鎖的驗(yàn)算：已知mm，則螺紋升角查表機(jī)械手冊(cè)知，則當(dāng)量摩擦角則。所以符合自鎖條件。關(guān)于螺桿強(qiáng)度的驗(yàn)算：許用應(yīng)力已知取6000則當(dāng)量應(yīng)力螺桿強(qiáng)度符合要求。關(guān)于螺紋牙強(qiáng)度的驗(yàn)算：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得螺紋牙底寬度mm，絲桿螺紋許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，查表知，。絲桿剪切強(qiáng)度絲桿彎曲強(qiáng)度關(guān)于螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算：此絲杠為兩端固定，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得最大工作長(zhǎng)度862mm，危險(xiǎn)截面的慣性半徑mm，則絲桿柔度取95.7mm，由，則臨界載荷 查機(jī)械手冊(cè)有軸慣性矩，彈性模量，則則所以絲桿穩(wěn)定性符合條件。關(guān)于效率計(jì)算：。5.3本章小結(jié)本章主要介紹了刀削面機(jī)器人的升降機(jī)構(gòu)以及部分零件裝配結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介始了升降機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)絲杠的選用以及各參數(shù)的確定與強(qiáng)度校核計(jì)算。第6章 刀削面機(jī)器人的PLC控制設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。6.1 可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程6.1.1 可編程序控制器的選擇目前 ，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。6.1.2 可編程序控制器的工作過(guò)程可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)， CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號(hào)階段。在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。6.2可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對(duì)象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行:(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。(2) I/0分配 即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào);哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào).此外，對(duì)用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別信號(hào)的。(3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對(duì)簡(jiǎn)易編程器，則往往要經(jīng)過(guò)下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過(guò)程。 (4)助記符機(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡(jiǎn)易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。(5)編制程序即檢查程序中每條語(yǔ)法錯(cuò)誤，若有則修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè)計(jì)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。如IBM-PC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。(7)保存程序調(diào)試通過(guò)的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。6.3機(jī)械手可編程序控制器控制方案1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介控制對(duì)象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平方向的伸、縮;豎直方向的上、下;繞豎直軸的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)及逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置機(jī)械手，還可完成抓、放功能。以上動(dòng)作均采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用五個(gè)二位五通電磁閥(每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作)分別控制五個(gè)氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動(dòng)作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣 ，可用PLC的8個(gè)輸出端與電磁閥的8個(gè)線圈相連，通過(guò)編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作.如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。另外 ，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測(cè)動(dòng)作是否到位，如果某動(dòng)作沒(méi)有到位，則出錯(cuò)指示燈亮。2、工業(yè)機(jī)械手的工作流程此機(jī)械手用于沖床的上下料。當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作:先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動(dòng)作(1DT通電) 下降至下限位開關(guān)(5DT通電) 手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90(7DT通電) 手臂伸長(zhǎng)至限位開關(guān)(3DT通電) 檢查有無(wú)物品，若有物品，手爪抓緊(9DT通電) 手臂收縮至限位開關(guān)(4DT通電) 上升至上限位開關(guān)(6DT通電) 左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動(dòng)作(2DT通電) 手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90 (8DT通電) 手臂伸長(zhǎng)至最長(zhǎng)(3DT通電) 手爪松開(IODT通電) 延時(shí)T 手臂收縮最短(4DT通電)。至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。3、機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示。4, I/0分配根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用OMRONC 28P型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為00000015; 12個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0500-0511.5、梯形圖設(shè)計(jì)(如附圖所示)根據(jù)機(jī)械手的邏輯時(shí)序圖及1/0分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。由梯形圖可以看出:(1)手臂左轉(zhuǎn)的條件:左轉(zhuǎn)不到位(0003為OFF)，收縮到位(0006為ON),上升到位(0007為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON),無(wú)右轉(zhuǎn)命令(0501為OFF).(2)手臂右轉(zhuǎn)的條件:右轉(zhuǎn)不到位(0004為OFF)，上升到位(0007為ON),收縮到位(0006為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF),無(wú)左轉(zhuǎn)命令(0500為OFF).(3)手臂伸長(zhǎng)的條件:伸長(zhǎng)不到位(0005為OFF)，無(wú)收縮命令(0503為OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪放松(0002為OFF); 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，手爪抓緊(0002為ON).(4)手臂收縮的條件:收縮不到位(0006為OFF)，無(wú)伸長(zhǎng)命令(0502為OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON); 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON).(5)手臂上升的條件:上升不到位(0007為OFF)，無(wú)下降命令(0505為OFF)，收縮到位(0006為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，右轉(zhuǎn)到位(0004為ON). (6)手臂下降的條件:下降不到位(0008為OFF)，無(wú)上升命令(0504為OFF)，右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，收縮到位(0006為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF).(7)手腕逆轉(zhuǎn)的條件:逆轉(zhuǎn)不到位(0009為OFF)，無(wú)順轉(zhuǎn)命令(0507為OFF)，右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，收縮到位(0006為ON)，下降到位(0008為ON),手爪放松(0002為OFF).(8)手腕順轉(zhuǎn)的條件:順轉(zhuǎn)不到位(0010為OFF)，無(wú)逆轉(zhuǎn)命令(0506為OFF)，左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，收縮到位(0006為ON)，上升到位(0007為ON),手爪抓緊(0002為ON).(9)手爪抓緊的條件:手爪未抓到物品(0002為OFF)，無(wú)放松命令(0509為OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，伸長(zhǎng)到位(0005為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，檢測(cè)到有物品(0011為ON), 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，伸長(zhǎng)到位(0005為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)(9)手爪放松的條件:手爪抓緊(0002為ON)，無(wú)抓緊命令(0508為OFF),并且滿足下列條件之一:1)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，伸長(zhǎng)到位(0005為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON). 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，收縮到位(0006為ON).另外，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，手臂停止動(dòng)作，即手臂停止在不定的位置。6、機(jī)械手控制程序機(jī)械手控制程序：第7章 結(jié)論本次設(shè)計(jì)的刀削面機(jī)器人是以機(jī)器人專利為基礎(chǔ)改進(jìn)的，我主要設(shè)計(jì)刀削面機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，在符合整體人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)同時(shí)，我參考了其它類型機(jī)器以及機(jī)器本身其它機(jī)構(gòu)部分的參數(shù)對(duì)其進(jìn)行重新改造設(shè)計(jì)，在整個(gè)機(jī)器的作圖過(guò)程中，上學(xué)校圖書館查關(guān)于食品機(jī)械的資料，還有一些制圖資料，大多數(shù)零件圖紙的設(shè)計(jì)是由本人經(jīng)過(guò)測(cè)繪完成，實(shí)際圖紙是由本人在老師的指導(dǎo)下修改完成的。在本次設(shè)計(jì)及研究中，所做的工作如下：(1)基于以前的刀削面機(jī)中的系統(tǒng)中的工作部分中存在振動(dòng)大，噪音大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中采用了曲柄滑塊導(dǎo)向裝置，增加了機(jī)構(gòu)的靈活性。(2)在整個(gè)機(jī)構(gòu)的固定上，采用了絲杠帶動(dòng)支撐塊對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行滑動(dòng)，增加了整個(gè)系統(tǒng)的緩沖度，使刀削面機(jī)器人在工作時(shí)，起到了保護(hù)了穩(wěn)定的作用，也避免了損傷工件以及工作不穩(wěn)定。(3)整個(gè)系統(tǒng)中，在升降裝置中設(shè)計(jì)齒條，實(shí)現(xiàn)半旋轉(zhuǎn)裝置，又設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)加了氣動(dòng)裝置，起到了微調(diào)作用，這樣，完全實(shí)現(xiàn)了三個(gè)自由度的控制。(4)設(shè)計(jì)計(jì)算連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)連桿的長(zhǎng)度與各性能尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。(5)設(shè)計(jì)計(jì)算絲杠時(shí)，嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行了各參數(shù)的確定與強(qiáng)度校核在整個(gè)刀削面機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，本人通過(guò)測(cè)繪得到的數(shù)據(jù)，用CAD2008將測(cè)繪的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維零件圖，在測(cè)繪中，有些零件測(cè)量實(shí)在有難度，比如說(shuō)平磨輪的內(nèi)腔圓徑不易測(cè)量，之后將一根細(xì)管標(biāo)記測(cè)量下來(lái)的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是從測(cè)繪，設(shè)計(jì)，制圖整個(gè)過(guò)程，并結(jié)合運(yùn)用了機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，以及CAD制圖等專業(yè)知識(shí)課程。這個(gè)過(guò)程也讓我去上學(xué)校圖書館查詢更多相關(guān)的資料文獻(xiàn)等，這個(gè)設(shè)計(jì)也讓我溫習(xí)了設(shè)計(jì)絲杠和絲杠的校核，以及對(duì)軸承的選用與壽命計(jì)算，對(duì)機(jī)構(gòu)工作原理設(shè)計(jì)與分析，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)與畫法，機(jī)械精度的選用等，這次讓我對(duì)機(jī)械專業(yè)知識(shí)相關(guān)有了更深的鞏固。姓名 鄭律詩(shī)專業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師 郭磊設(shè)計(jì)時(shí)間 2015 6 1 2013 8 02 傳說(shuō) 蒙古韃靼侵占中原后 建立元朝 為防止 漢人 造反起義 將家家戶戶的金屬全部沒(méi)收 并規(guī)定十戶用廚刀一把 切菜做飯輪流使用 用后再交回韃靼保管 一天中午 一位老婆婆將棒子 高粱面和成面團(tuán) 讓老漢取刀 結(jié)果刀被別人取走 老漢只好返回 在出韃靼的大門時(shí) 腳被一塊薄鐵皮碰了一下 他順手揀起來(lái)揣在懷里 回家后 鍋開得直響 全家人等刀切面條吃 可是刀沒(méi)取回來(lái) 老漢急得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn) 忽然想起懷里的鐵皮 就取出來(lái)說(shuō) 就用這個(gè)鐵皮切面吧 老婆一看 鐵皮薄而軟 嘟喃著說(shuō) 這樣軟的東西怎能切面條 老漢氣憤地說(shuō) 切 不動(dòng)就 砍 砍 字提醒了老婆 她把面團(tuán)放在一塊木板上 左手端起 右手持鐵片 站在開水鍋邊 砍 面 一片片面片落入鍋內(nèi) 煮熟后撈到碗里 澆上鹵汁讓老漢先吃 老漢邊吃邊說(shuō) 好得很 好得很 以后不用再去取廚刀切面了 這樣一傳十 十傳百 傳遍了晉中大地 傳統(tǒng)的制作方法是一手托面 一手拿刀 直接削到開水鍋里 其要訣是 刀不離面 面不離刀 胳膊直硬手平 手端一條線 一棱趕一棱 平刀是扁條 彎刀是三棱 山西刀削面固然好吃 但由于它的制作工藝復(fù)雜 費(fèi)力 并且能夠在自家中自制刀削面的更是少之又少 因而刀削面卻得不到很大推廣 現(xiàn)在刀削面機(jī)器的出現(xiàn)很可能改變上述這一困境 運(yùn)用刀削面機(jī)械手能夠連續(xù)提供高效安全的勞動(dòng)力來(lái)替代刀削面技師進(jìn)行大批量生產(chǎn) 這使得它的市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊 1 生產(chǎn)中應(yīng)用刀削面機(jī)械手 有利于提高面料的傳送 刀具的更換以及刀削面機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度 從而可以提高勞動(dòng)刀削面的生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本 加快實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐 2 在高溫 高油煙 潮濕等惡劣的環(huán)境中 刀削面技師用手工操作是十分繁瑣 辛苦 而刀削面機(jī)械手即可部分或全部代替刀削面技師高效地進(jìn)行作業(yè) 大大地改善了技師的勞動(dòng)限制 同時(shí) 在一些簡(jiǎn)單的機(jī)械動(dòng)作作業(yè)的操作中 用刀削面機(jī)械手代替廚師操作 可以避免由于刀削面技師操作疲勞而引發(fā)的安全事故 3 應(yīng)用刀削面機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作 這是直接減少勞動(dòng)力的一個(gè)方面 同時(shí)由于刀削面機(jī)械手可以連續(xù)地工作 這是減少勞動(dòng)強(qiáng)度的另一個(gè)方面 由于市面上的刀削面機(jī)器基本上全部普及了數(shù)控操作 這導(dǎo)致了它的高成本高價(jià)位使得一般的餐飲業(yè)的老板放棄了對(duì)它的需求 因此 刀削面機(jī)械手的推廣需要重新設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制模式來(lái)降低人員維護(hù)與保養(yǎng)成本 保養(yǎng)費(fèi)用及造價(jià) 為了更大范圍推廣刀削面機(jī)械手 因而本課題設(shè)計(jì)的主要目的就是放棄數(shù)控操作刀削面機(jī)械手 而通過(guò)借助于SW軟件 運(yùn)用常見機(jī)構(gòu)配合的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)刀削面的走刀運(yùn)動(dòng)以及進(jìn)給量控制來(lái)降低成本 推廣刀削面機(jī)械手的市場(chǎng) 1 結(jié)合機(jī)械手設(shè)計(jì)這方面的知識(shí) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)會(huì)怎樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 研究問(wèn)題 解決問(wèn)題 2 改善了技師的勞動(dòng)限制 避免由于刀削面技師操作疲勞而引發(fā)的安全事故 3 提高刀削面的生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本 加快實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐 4 推廣中國(guó)山西美食刀削面走向世界 為增強(qiáng)中國(guó)軟實(shí)力做微薄的貢獻(xiàn) 機(jī)械手在人為放置好面料后 選擇并調(diào)整好刀具使得機(jī)械手全自動(dòng)完成整個(gè)削面的所有動(dòng)作 其中該機(jī)械手需要完成的三個(gè)主要作業(yè)動(dòng)作如下 1 機(jī)械手小臂繞肘關(guān)節(jié)往返擺動(dòng)60 90 做切削動(dòng)作 2 大臂相對(duì)于面料放置板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 完成面料表層的切削后回復(fù)進(jìn)刀的初始位置 3 大臂相對(duì)于面料放置板做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 完成切削面料后停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 該機(jī)械手臂握緊刀具用于切削面板上的面料 整個(gè)機(jī)械手安裝在一個(gè)固定的機(jī)架上 大臂保持固定姿態(tài)下 小臂的回轉(zhuǎn)角度控制在60 90 則切削作業(yè)可以依靠放置面料面板的橫向進(jìn)給和縱向抬升配合小臂的擺動(dòng)三個(gè)驅(qū)動(dòng)力共同完成 因此整個(gè)機(jī)械手的自由度最高為3 三個(gè)不同驅(qū)動(dòng)力也可通過(guò)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)配合完成則該機(jī)械手自由度最低為1 由3個(gè)不同布局的電機(jī)控制3個(gè)不同的作業(yè)動(dòng)作 該自由度為3 由2個(gè)不同布局的電機(jī)控制2個(gè)不同的作業(yè)動(dòng)作 其中選一個(gè)對(duì)控制要求高的動(dòng)作為獨(dú)立動(dòng)作 例如上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 另外兩個(gè)動(dòng)作通過(guò)連桿或齒輪等機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng) 由一個(gè)電機(jī)控制 該自由度為2 由1個(gè)電機(jī)通過(guò)連桿或齒輪等機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)控制3個(gè)不同的作業(yè)動(dòng)作 該自由度為1 針對(duì)機(jī)械手動(dòng)作控制情況可以分以下三種 方案一 為市面上典型的刀削面機(jī)械手 它借助于數(shù)控程序來(lái)精確控制三個(gè)不同動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與運(yùn)動(dòng)速度 達(dá)到全自動(dòng)化控制整個(gè)作業(yè)動(dòng)作 方案二 也是通過(guò)數(shù)控控制兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)配合完成切削作業(yè) 方案三 則對(duì)數(shù)控技術(shù)依賴程度大大降低 甚至可以完全擺脫數(shù)控控制進(jìn)行整個(gè)作業(yè)操作 綜上所述 從刀削面機(jī)械手的成本控制上 數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用以及電機(jī)的使用數(shù)量不僅占了刀削面機(jī)械手的大部分制造成本 而且增加了機(jī)械手的不穩(wěn)定性和維護(hù)成本以及可操作的簡(jiǎn)易性 也提高對(duì)機(jī)械手對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求 對(duì)比下 單自由度的方案一比較單一 制造成本低因而更加適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)需求 1 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手小臂的切削動(dòng)作方案 圖 刀削面機(jī)械手圖一優(yōu)點(diǎn) 該方案的空間利用率高 尤其在空間有限的仿真機(jī)械手比較實(shí)用 缺點(diǎn) 雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的成本比較高 機(jī)構(gòu)復(fù)雜度高 機(jī)械效率比較低 刀削面機(jī)械手圖二 優(yōu)點(diǎn) 機(jī)械效率高 制造成本低 空間復(fù)雜度低 便于安裝維護(hù) 缺點(diǎn) 占用比較大的空間 該機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的在于降低其制造成本 由于圖二在機(jī)械效率和制造成本上都高于方案一 故選方案一作為刀削面機(jī)械手小臂切削機(jī)構(gòu) 2 大臂相對(duì)于面料放置板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 可靠性高 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 缺點(diǎn) 不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn) 齒輪齒條優(yōu)點(diǎn) 承載力大 傳動(dòng)精度較高 可達(dá)0 1mm 可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù) 傳動(dòng)速度可以很高 缺點(diǎn) 若加工安裝精度差 傳動(dòng)噪音大 磨損大 運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)在控制刀削面面料板時(shí)運(yùn)動(dòng)速度十分緩慢 且安裝便捷 故選擇凸輪機(jī)構(gòu)作為面料進(jìn)給機(jī)構(gòu) 3 大臂相對(duì)于面料放置板做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案面料板的縱向進(jìn)給速度相比于橫向進(jìn)給速度更加緩慢 因此選擇凸輪機(jī)構(gòu)作為面料縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 但是 由于齒輪齒條機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)可以合并成一個(gè)新的機(jī)構(gòu) 詳見 不僅減少機(jī)械手的復(fù)雜度也減少了一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)占用的空間 故最終選擇齒輪齒條機(jī)構(gòu)作為面料縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) R45 CD BD R65 CD BD由圖知 R45 R65與R18的交點(diǎn)分別是該四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置 兩極限位置夾角為78度 符合該機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 小臂建模如下 由機(jī)械手在切削運(yùn)動(dòng)時(shí) 面料在單位時(shí)間的橫向進(jìn)給量是不變的 并且面料表層切削完成后的回程運(yùn)動(dòng)要迅速 則該凸輪設(shè)計(jì)如下 由于橫向進(jìn)給的速度V是均勻的 則凸輪的推程是等速運(yùn)動(dòng) 但是凸輪在起始位置的推程速度就達(dá)到V時(shí) 加速度a v 0 t 則加速度a無(wú)窮大 因此凸輪推程起始與結(jié)束位置作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 中間作等速運(yùn)動(dòng) 凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 基圓半徑為10mm則推程 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)s h 2 1 cos v h 2 sin a h 2 2 2 2 cos 等速運(yùn)動(dòng)s h v v0 h a 0回程 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)s h 2 1 cos s v sin s h 2 a h 2 2 2 2 cos s 等速運(yùn)動(dòng)s h h s v v0 h a 0其中最大推程 12cm 1 2 1 5即推程角 60 回程角 300 最遠(yuǎn)端最近端 由于面料橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu) 為了降低機(jī)械手內(nèi)部機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度 我們可以將凸輪機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)構(gòu)向融合 形成一個(gè)具有自主創(chuàng)新的新機(jī)構(gòu)如下圖所示 該機(jī)構(gòu)的矩形螺紋在作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于齒輪 齒距為2mm 該刀削面機(jī)械手完成一次面料表層的切削 即凸輪旋轉(zhuǎn)一圈 則放置面料板抬升2mm繼續(xù)切削下一層面料 面料縱向與橫向進(jìn)給合并機(jī)構(gòu)建模如下 面料縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的止停方案如下 在面料板上升至最高處時(shí) 刀具已經(jīng)接近面料放置板 如果未能停止 則會(huì)對(duì)刀具及面料板造成一定的損害 如上圖 面料板上的方塊是一個(gè)電機(jī)的電源開關(guān)控制器 當(dāng)面料板機(jī)構(gòu)上升頂住開關(guān)則斷開電機(jī)電源 完成刀削面全自動(dòng)切削生產(chǎn) 換擋功能機(jī)構(gòu) 換擋功能無(wú)非就是控制該刀削面機(jī)械手的三大運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 切削 橫向進(jìn)給 縱向進(jìn)給 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 它涉及到更換的機(jī)構(gòu)有如下 刀具 凸輪 過(guò)度齒輪 圖1 螺紋板 圖2 簡(jiǎn)要的文字說(shuō)明 通過(guò)更換過(guò)度齒輪 如圖1 的上齒輪及凸輪來(lái)控制機(jī)械手的橫向進(jìn)給速度 更換嵌套在面料板機(jī)構(gòu)下的螺紋板 如圖2 來(lái)控制機(jī)械手的縱向進(jìn)給速度 由于橫向和縱向進(jìn)給速度改變導(dǎo)致切削面料的寬度和深度也跟著改變 因而 選擇對(duì)應(yīng)型號(hào)的刀具 切寬 切深相符 從而自定切削出來(lái)的刀削面的寬厚來(lái)滿足不同顧客不同口味的需求 圖一圖二 換擋功能 為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) 所有的齒輪采用相同的模數(shù) 如上圖 該機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的錐齒輪a通過(guò)整個(gè)輪系帶動(dòng)凸輪h旋轉(zhuǎn) 則 注釋 d 齒輪直徑m 齒輪模數(shù)z 齒輪齒數(shù)n 齒輪傳動(dòng)比由于 d m z則N1 N2 z2 z1 d2 m2 d1 m1 又因?yàn)?m1 m2 m3 m4 mn傳動(dòng)比為 Na Nb db da 2 1 Nb Nd dd db 2 1 Nd Nf Nd Ne 6 1 Nf Ng 14 3即 Nd Ng 28 1 d齒輪即是四桿機(jī)構(gòu)的曲柄 刀具的切寬和切深 由推程角與回程角比是 1 2 1 5即 1 60 2 300 該刀削面機(jī)械手在面料表層將切削的最大面條數(shù)為 28 5 6 24 取整 由最大推程為12cm 者刀削面面寬最大為12 24 0 5cm 因此刀具的削面最小寬慰5mm 刀具的切深為2mm 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置通常是電力傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四個(gè)基本形式由于本設(shè)計(jì)研究的機(jī)械手的額定負(fù)載一般 綜合分析后 決定采用電力傳動(dòng) 這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易于控制 使用維修方便 不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) 而電機(jī)又分以下4種 1 步進(jìn)電機(jī) 2 直流伺服電機(jī) 3 交流伺服電機(jī) 4 三相異步電機(jī) 使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制 精度高 額定轉(zhuǎn)速高 但價(jià)格較高 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低 但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng) 并伴有嘯叫聲 上述電機(jī)的功能要求基本上是針對(duì)數(shù)控加工的 而刀削面驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)需通過(guò)脈沖控制 因而使用通用的三相異步電動(dòng)機(jī) 由于Na Nb da db 2 1 Nb Nd db dd 2 1 則 Na Nd 4 1 刀削面機(jī)械手的小臂搖桿機(jī)構(gòu)搖擺速度即是切削速度 考慮到搖桿機(jī)械疲勞強(qiáng)度限制 搖桿最高速度v為4次每秒 不同電機(jī)極數(shù)的三相異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速如下 2極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) 分 4極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn) 分 6極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn) 分 8極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn) 分 三相異步電機(jī)速度V v Nd Na 16 s 960轉(zhuǎn) 分 故選擇8極三相異步電機(jī) 則刀削面機(jī)械手的切削速度v 750 4 60 3 125條 秒 換擋功能 由于設(shè)計(jì)時(shí)間有限 對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多不足和可以該進(jìn)的地方 希望各位老師評(píng)審多多指教