胶囊抓取机械手设计说明书.docx

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1、胶囊抓取机械手设计I摘 要药品企业在升级改造以及上新产品线的过程中从经济上、技术上，卫生上考虑引入更多的自动化控制，胶囊抓取机械手面向药品企业，主要应用在胶囊或类似产品的包装环节中，它的性能影响整个包生产装的效率和质量。首先结合生产线的工作要求确定机械臂的各项技术指标，为机械臂的结构设计提供依据，在参考多种机器人方案基础上，确定机械臂的总体方案为三自由度的机械臂，对机械臂的各部分结构进行设计选型，完成口胶囊抓取机械手各部件的Solidworks三维图的设计，并在软件中完成装配。并且对胶囊机械手的关键零部件，如伺服电机、同步齿形带，进行选型计算。【关键词】胶囊、机械手、结构设计AbstractI

2、n the process of upgrading and new product line, pharmaceutical enterprises consider tointroduce more automation control in terms of economy, technology and health. Capsule graspingmanipulator is mainly used in the packaging of capsules or similar products for pharmaceuticalenterprises. Its performa

3、nce affects the efficiency and quality of the whole packaging production.Firstly, according to the working requirements of the production line, the technical indexes ofthe manipulator are determined to provide the basis for the structural design of the manipulator. Onthe basis of referring to a vari

4、ety of robot schemes, the overall scheme of the manipulator isdetermined to be a three degree of freedom manipulator. The structure of each part of themanipulator is designed and selected, and the Sol id Works of each part of the manipulator iscompleted The design of three-dimensional drawing, and c

5、omplete the assembly in the software.And the key parts of the capsule manipulator, such as servo motor, synchronous toothed belt, areselected and calculated.Key words capsule manipulator Structural design摘 要第一章概述1.1 课题背景及研究的目的和意义1.2 机械臂发展情况1.2.1 机械臂国外发展概况1.2.2 机械臂国外发展概况1.3 主要研九内第二章、2.1第三章、3.1胶囊机械手方案

6、总体设计胶囊机械手需求分析2.2胶囊机械手的方案设计胶囊机械手整体结构设计胶囊机械手动力与驱动部件配置3.2 胶囊机械手具体结构设计及三维建模3.3 胶囊机械手工作原理第四章、4.14.2第五章、机械臂主要部件的计算及选型伺服电机的选型计算同步带的选型计算总结与展望致谢.主要参考文献12233 一,4710 1 0111214141 4171819第一章概述1.1 课题背景及研究的目的和意义随着科学技术的发展机器人变的越来越灵活，能够完成的工作也更加的广泛。机器人在对外部环境进行操作时，主要依靠其自身的机械臂实现对物体的抓取，能否实现对机械臂准确控制，是机器人有效完成工作的前提。机械臂系统是多

7、种学科的融合，在对其进行设计和控制时需要用到多种技术，主要有电子与通信工程、传感器技术、人工智能、仪器科学等。随着计算机科学、电子信息技术上的突破，机械臂智能化程度越来越高，其使用的工业领域也愈加广泛，其对外部环境的适应性也越来越强。随着全球化经济的愈演愈烈，传统的制造业面临着诸多挑战，如何改变以往的劳动密集型产业提高工业化水平是大多数国家面临的重要困境。1958年美国研制出世界第一台机械手，该手臂结构较为简单，只能完成一些较为简单的工作。随着技术的不断成熟，机械臂功能越来越完善，由于机械臂在一些特种工作环境下更具有优势，能够完成人工无法完成的工作，机械臂生产行业得到了快速的发展。目前我国在许

8、多药品加工领域中，往往药品流水线上的分拣，装箱等工作还需要人工操作，在药品问题备受关注的今天，人工操作不仅费时费力，效率低下，更可能会造成药品的二次污染，影响药品安全，在即食类产品中体现的尤为明显。而机械臂能代替人完成重复枯燥、危险、高精度的工作，从而提高生产力并减低员工劳动强度，在低温，高温的环境下可以通过用机械手完成人工无法完成的工作，同时可以营造完全无菌无污染的环境，确保药品安全。我国的工业机器人在中小型药品企业的包装环节应用较少，随着近年来我国经济不断发展，工人的工资逐步提高，劳动力成本也在逐渐提高，从而造成我国制造业成本也有大步提升，因此很多劳动密集型企业纷纷把工厂搬迁到东南亚地区以

9、降低人工成本，很多中小型企业在升级改造产品线的过程中从经济和技术上考虑引入更多的自动化控制是十分必要的。在药品加工领域，虽然近些年工业机器人的应用有快速增长，但是在生产中真正应用工业机器人的并不多。药品行业与其他行业相比，除了要考虑人工成本之外还要考虑药品的安全问题，所以药品企业实际对机器人的需求更加的迫切,用“机器换人”既可以降低工人的数量，降低生产成本不仅避免了药品对人的影响,而且提高了药品安全性。药品工业机器人也和其他行业机器人一样，朝着功能多元化，设计模块化，标准化，控制智能化，信息化，高精度化等方向发展。目前药品企业应用的机器人仍然集中在后期的大型产品的包装和码垛中，而小型产品较复杂

10、的装配、排列、装箱等工作基本都是人工完成，既不容易保证工作的稳定，有可能对药品造成污染，如果应用机器人在这些环节则能有效避免以上问题。胶囊为硬包装类，且重量相近，包装类似，考虑复杂程度，本课题最终以胶囊为载体，尝试研究利用小型机械臂来代替人工分拣完成最终装箱工作，最终设计出一款可以完成该项工作的机械臂并对该机械臂的运动进行分析设计。现在大型设备虽然成熟但价格昂贵同时体积庞大无法对小型胶囊进行精确抓取装箱，同时小型化机械臂结构，降低成本，因此，进行此项设计和研究是很有意义的。1.2 机械臂发展情况1.2.1 机械臂国外发展概况人们对机器人的研究开始于20世纪40年代，至今已有70多年的历史。上世

11、纪20年代初初在美国国家科学发展基金会的自助下，世界上第一个计算机控制的焊接机器人问世，开启了机器人领域发展的新篇章。该机器人准确来说是一个机械手臂，它能够从箱子里抓取零件，通过视觉传感器识别零件，并且能够准确的将零件放置在生产线上，大大的提高了生产线的生产效率。机械臂通过计算机控制具有良好的生产能力，在工业生产中解决了劳动力不足问题，这些优点促使人们加大了对该领域的研究投入，机械臂进入了快速发展轨道。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate （即万能自动）网。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作

12、为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本人的机器人发展较早，也比较成熟，比较有名的是日本法弩克（FANUC）研制的食品装箱机器人，该机器人曾获大奖，它也是日本食品行业机器人高水平的代表。它可以通过摄像

13、头识别出散在传送带上的物品，并以每分钟120个以上的速度用机械臂末端吸盘吸起物品，并完成装箱工作，可以搬运较小的物品，目前主要应用在饼干的装盒工作中。该机器人工业设计美观简洁大方，没有明线,既降低了污染可能，还便于清洗叫欧洲的ABB机器人公司生产的IRB1200机器人。小巧灵活，可靠性高，有多种安装方式的特点，IRB1200进入稳定工况速度快，为企业生产大大减少次品率，节约能耗，提升效率。该机器人可以将设备缩小15%,速度加快10%,其负载可达9kg,活动空间达到900mm1101 o德国一直是机械制造强国，机器人方面德国具备很高的水平，德国KUKA公司的码垛机器人KR100-2PA,该机器人

14、为了获得更高的强度和更轻的重量，大量采用了碳纤维材料，采用了平行四杆机构，约束了末端姿态，从而简化了控制，提高了负载能力，该机器人能承受高达100公斤载荷，最大工作范围可达到3.2米。并可以适合低温工作，最低工作温度可以达到零下30度1。1.2.2 机械臂国外发展概况和欧美许多发达国家相比起来，我国工业机器人的研究起步属于比较晚的，最早一批工业机器人的研究开始于上个世纪的70年代，我国工业机器人虽然只有短短的四十多年历史，但是取得了一定的成绩。我国工业机器人的发展历程可以归结为四个主要的阶段，第一阶段是70年代的理论研究阶段，在这个阶段，对于工业机器人的研究主要体现在理论方面，没有进行实践上的

15、探索；第二阶段是80年代的样机发展阶段，在这个阶段中开始进行工业机器人样机的探索研究,并在这一阶段研发出一些较为成型的机器人，主要是由于国家863计划的支持，建立了多个科研基地，进而产生了许多代表性的机器人，比如点焊机器人和弧焊机器人等。第三阶段到了九十年代，在这一阶段开始实行工业机器人的示范应用，主要是选取了一些试点，在这些试点开展工业漆气人的使用，并对使用效果等进行调研，不断加强和改进工业机器人的整体质量和使用效果等；到了 21世纪,已经进入第四阶段，即初步产业化阶段，这个阶段里机器人方面的研究取得了显著的成就，最具有代表性的就是七种工业应用型机器人和一百多种特种应用型机器人，同时，为了机器人能够进一步规模化，