芯片檢測中的自動吸取傳動系統(tǒng)設(shè)計及仿真含SW三維及7張CAD圖.zip,芯片,檢測,中的,自動,吸取,傳動系統(tǒng),設(shè)計,仿真,SW,三維,CAD
芯片檢測中的自動吸取傳動系統(tǒng)設(shè)計及仿真
摘要
在芯片產(chǎn)品開發(fā)的整個流程中，可測試性設(shè)計對于提高產(chǎn)品可靠性和成品率是不可忽略的。因此，正確的設(shè)計并不能保證制造出來的芯片就一定能夠正常的工作。在制造過程中由于制造工藝和制造環(huán)境等多種原因，可能會使制造后的電路出現(xiàn)各種各樣的物理缺陷問題，比如線與線之間或者層與層之間出現(xiàn)短路，線與線之間出現(xiàn)開路等，這些都會導(dǎo)致制造后的電路與預(yù)期的結(jié)果不一樣，而不能正確的工作。
如果故障芯片已經(jīng)裝在了PCB上，可能會造成整個PCB維修甚至更換，這種更換的成本是相當(dāng)大的，所以出場前進(jìn)行完整的測試是相當(dāng)重要的，雖然為提高芯片制作質(zhì)量做出了很大的努力，卻不可避免的出現(xiàn)制作故障和生產(chǎn)出廢品。
本次設(shè)計為芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的設(shè)計，芯片檢測中的自動吸取傳動裝置主要包括兩個部分組成，分為為：間隙傳動機(jī)構(gòu)芯片轉(zhuǎn)移圓盤和上料機(jī)械手。本次設(shè)計首先選取適合的間隙傳動機(jī)構(gòu)和機(jī)械手結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)確定的方案完成整個芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的設(shè)計，最后利用三維軟件SOLIDWORKS完成整個機(jī)構(gòu)的建模與仿真。
關(guān)鍵詞：間隙傳動機(jī)構(gòu) 上料機(jī)械手 建模與仿真
Abstract
In the whole process of IC product development, testability design is not negligible for improving product reliability and yield. Therefore, the correct design does not guarantee that the chip will be able to work normally. In the manufacturing process, a variety of physical defects may be caused by the manufacturing process and the manufacturing environment, such as a short circuit between lines and lines or between layers and layers, and open circuits between lines and lines, which will lead to a different circuit from the expected results. But not the right job.
If the fault chip has been installed on the PCB, it may cause the entire PCB maintenance and even replacement. The cost of the replacement is quite large, so it is very important to carry out a complete test before coming out. Although a great effort has been made to improve the quality of the chip, the failure and production of waste can not be avoided.
This design is the design of the automatic transmission device in the chip detection. The automatic transmission device in the chip detection consists of two parts, which is divided into two parts: the chip of the gap transmission mechanism and the manipulator. This design first selects the suitable clearance transmission mechanism and the manipulator structure, and then completes the design of the automatic transmission device in the whole chip detection according to the determined scheme. Finally, the 3D software SOLIDWORKS is used to complete the modeling and Simulation of the whole mechanism.
Key words: Modeling and Simulation of manipulator for clearance drive mechanism
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2 芯片檢測技術(shù)國內(nèi)的發(fā)展 2
1.3機(jī)械手國內(nèi)外的發(fā)展與趨勢 4
1.3.1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)械手研究現(xiàn)狀 4
1.3.2國外工業(yè)機(jī)械手研究現(xiàn)狀 6
1.3.3 發(fā)展趨勢 7
1.4 課題完成的內(nèi)容 7
第二章 芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的總體設(shè)計方案 9
2.1 設(shè)計思路 9
2.2 機(jī)械手方案的確認(rèn) 9
2.2.1 液壓驅(qū)動 9
2.2.2 機(jī)械手的基本形式選擇 10
2.2.3 上料機(jī)械手方案確認(rèn) 11
2.3 間隙傳動機(jī)構(gòu)的選擇 12
2.3.1 槽輪機(jī)構(gòu) 12
2.3.2 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 12
2.3.3 凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu) 13
2.3.4 運動機(jī)構(gòu)方案確定 14
2.4 總體方案擬定 14
第三章 芯片檢測中的自動吸取傳動裝置整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 15
3.1參數(shù)確定 15
3.2減速器選型計算 16
3.3 電動機(jī)的選擇 16
3.4同步帶的選型計算 16
3.5 凸輪間隙傳動機(jī)構(gòu)的主要運動參數(shù) 19
3.5.1 凸輪分度廓線頭數(shù)Ｈ、轉(zhuǎn)盤滾子數(shù)Ｚ與轉(zhuǎn)盤分度書Ｉ之間的關(guān)系 19
3.5.2 凸輪與轉(zhuǎn)盤在分度期與停歇期的運動參數(shù) 19
3.5.3 動停比k與運動系數(shù) 20
3.5.4 嚙合重疊系數(shù) 21
3.6凸輪間隙傳動機(jī)構(gòu)的主要幾何尺寸計算 21
3.6.1凸輪節(jié)圓半徑，轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑與中心距C 21
3.6.2許用壓力角 21
3.6.3轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑 22
3.6.4滾子數(shù)z、相鄰兩滾子軸線間夾角、滾子半徑與寬度b 22
3.6.5凸輪的主要尺寸 22
3.6.6裝上滾子后轉(zhuǎn)盤的尺寸 24
第四章 芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的三維建模與仿真 25
4.1 SOLIDWORKS軟件介紹 25
4.2 間隙傳動機(jī)構(gòu)三維建模 28
4.4芯片檢測中的自動吸取傳動裝置裝配體 30
芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的三維模型裝配體如圖4-6所示。 30
4.5芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的仿真 30
結(jié)論 32
參考文獻(xiàn) 33
致謝 34
IV
第一章 緒論
1.1課題研究的意義
在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)要取得成功的關(guān)鍵因素之一就是產(chǎn)品合格的質(zhì)量；在軍事領(lǐng)域里面，要求武器裝備要有更高的可靠性，保障性和可維修性。另一方面，由于現(xiàn)代工業(yè)及科技的迅速發(fā)展，自動化程度也越來越高，設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，不僅僅同一設(shè)備的不同部分之間相互關(guān)聯(lián)，緊密耦合，而且不同設(shè)備之間也存在著緊密聯(lián)系，在運行過程中形成了一個不可分割的整體。因此，如果設(shè)備某一部分發(fā)生了故障，就可能引起一系列連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個設(shè)備不能正常運行，輕者造成停機(jī)，停產(chǎn)，重則產(chǎn)生嚴(yán)重的甚至災(zāi)難性的人員傷亡。最典型的由于設(shè)備運行出現(xiàn)的故障而引起的災(zāi)難有：1986年4月，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站放射性泄漏事故，損失達(dá)到30億美元，核污染波及周邊各國。2003年2月載有7名宇航員的美國哥倫比亞號航天飛機(jī)，在結(jié)束了為期16天的太空任務(wù)之后，返回地球時，在著陸前發(fā)生意外故障，航天飛機(jī)全部解體墜毀，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且使人類探索太空的航天遭到重大影響。 因此，如何檢測系統(tǒng)并且讓它正常的運行已成為一個十分重要的問題。
芯片產(chǎn)品開發(fā)的整個流程中，可測試性設(shè)計對于提高產(chǎn)品可靠性和成品率是不可忽略的。因此，正確的設(shè)計并不能保證制造出來的芯片就一定能夠正常的工作。在制造過程中由于制造工藝和制造環(huán)境等多種原因，可能會使制造后的電路出現(xiàn)各種各樣的物理缺陷問題，比如線與線之間或者層與層之間出現(xiàn)短路，線與線之間出現(xiàn)開路等，這些都會導(dǎo)致制造后的電路與預(yù)期的結(jié)果不一樣，而不能正確的工作。
如果故障芯片已經(jīng)裝在了PCB上，可能會造成整個PCB維修甚至更換，這種更換的成本是相當(dāng)大的，所以出場前進(jìn)行完整的測試是相當(dāng)重要的，雖然為提高芯片制作質(zhì)量做出了很大的努力，卻不可避免的出現(xiàn)制作故障和生產(chǎn)出廢品。本次設(shè)計的芯片檢測中的自動吸取傳動裝置其設(shè)計及應(yīng)用對機(jī)電一體化、機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝、機(jī)械制造、自動化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。
該課題不僅需要設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)，還需要涉及到自動化裝配等問題。該課題涉及到設(shè)計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決具體工程項目的能力。
1.2 芯片檢測技術(shù)國內(nèi)的發(fā)展
國內(nèi)測試產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，雖然自1981年起陸續(xù)有六五、七五、八五等每五年為一期的國家科技計劃支持，使得我國IC測試業(yè)取得10MHz數(shù)字測試系統(tǒng)、20MHz內(nèi)存測試系統(tǒng)、40MHz數(shù)字測試系統(tǒng)等一系列科研成果，但是這些成果并未進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，以供應(yīng)工業(yè)之用，因此目前國內(nèi)IC生產(chǎn)線中的中、高檔的測試系統(tǒng)仍以依賴國外進(jìn)口為主，基本上尚無國產(chǎn)中、高檔的半導(dǎo)體測試設(shè)備或是測試的生產(chǎn)線。其實問題的主要癥結(jié)，在于過去二十幾年以來，中國IC產(chǎn)業(yè)尚未成型，因此也沒有足夠可供以練兵或是刺激發(fā)展的客觀環(huán)境。目前國內(nèi)已經(jīng)裝配的IC生產(chǎn)線之測試系統(tǒng)，主要偏重在低檔數(shù)字測試系統(tǒng)、模擬及數(shù)字、模擬混合測試系統(tǒng)等，提供測試服務(wù)的公司有北京泰思特測控技術(shù)公司、華峰測控技術(shù)公司及科力測試系統(tǒng)公司。在中高檔測試能力部分目前仍十分薄弱，尚無法與國外業(yè)者相抗衡。但在國家、北京市==科技發(fā)展基金的大力支持下，國產(chǎn)中、高檔測試系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，目前正進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。相信不久將逐步服務(wù)于國內(nèi)IC生產(chǎn)線中。
隨著IC設(shè)計、制造業(yè)的快速發(fā)展，高速、高密度、SOC、ASIC等新型芯片不斷出現(xiàn)，對測試設(shè)備提出了高速、高密度、通用性、高性/價比的要求。但高速、高密度、高性能的要求，必然導(dǎo)致測試系統(tǒng)的工藝、結(jié)構(gòu)、器件性能、復(fù)雜性的提高，從而使得測試系統(tǒng)體積增加、成本提高。雖然新技術(shù)、新器件的使用，提高了測試系統(tǒng)的速度和性能，降低了功耗和成本，但測試性能永遠(yuǎn)要高于被測芯片的性能，新型高性能IC的速度達(dá)到幾百兆甚至幾千兆，通道數(shù)達(dá)到幾百個到幾千個。所以高端、高性能的測試系統(tǒng)仍然是高價格、大體積的特點。
目前國際上測試系統(tǒng)根據(jù)測試對象主要分為三大類：
（a）高端產(chǎn)品：針對高性能CPU、DSP、高速、大容量存儲器及高端SOC、ASIC電路。
（b）中端產(chǎn)品：測試速率一般為幾十兆到一百兆，測試通道達(dá)幾百個。其特點為：一般采用新型高速、高密度、低功耗MOS器件，在測試精度、速度、測試范圍做了優(yōu)化調(diào)整，使測試系統(tǒng)的體積、功耗、成本都大為降低。主要測試對象是新型的消費類IC、通用類的存儲器、微控制器、數(shù)/?；旌螴C及不斷出現(xiàn)的SOC、ASIC類芯片。
（c）專用設(shè)備：針對測試對象采用最優(yōu)設(shè)計的測試系統(tǒng)，其特點是結(jié)構(gòu)相對簡單。
成本低、但測試范圍窄、適應(yīng)性差。主要用于中、低端IC及特出測試需求，從以上測試系統(tǒng)應(yīng)用而言，每種系統(tǒng)都有其主要的應(yīng)用范圍。但最受歡迎的測試設(shè)備一定是性/價比最優(yōu)的設(shè)備，能夠提供較強(qiáng)的測試能力，適應(yīng)較寬的測試范圍，且價格適中的設(shè)備。此類設(shè)備能夠滿足大多數(shù)中、抵擋各類IC測試需求。所以根據(jù)我國目前及未來幾年IC設(shè)計能力、生產(chǎn)水平及市場主流芯片的性能需要，中端測試系統(tǒng)將是最受歡迎的主流測試設(shè)備。
國際上先進(jìn)的測試設(shè)備制造商都針對主流測試市場推出中、高檔測試設(shè)備、但任何一款測試設(shè)備都不能滿足不斷更新的測試需求，性能、價格的矛盾，適應(yīng)性和復(fù)雜性的矛盾仍需解決。各大測試設(shè)備制造商（如泰瑞達(dá)、愛德萬公司）都先后提出測試系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化，使系統(tǒng)具有靈活配置，不斷升級，快速編程，以適應(yīng)各種測試需求，構(gòu)造出最優(yōu)性/價比的系統(tǒng)。但目前國際化的測試系統(tǒng)開放性標(biāo)準(zhǔn)仍未形成。主要是各大測試設(shè)備制造商都希望采用各自的標(biāo)準(zhǔn)。所以目前測試系統(tǒng)的開放標(biāo)準(zhǔn)都有局限性。
國內(nèi)測試市場正以前所未有的速度增長，隨著中國CAD設(shè)計水平的提高，將會有大量的各類SOC、ASIC等國產(chǎn)芯片出現(xiàn)，能夠貼近測試市場，提供快速、靈活配置，優(yōu)良的技術(shù)服務(wù)，符合國內(nèi)市場需求價位的國產(chǎn)測試設(shè)備，將是最受歡迎的測試設(shè)備。由于目前國內(nèi)測試系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)水平、科研經(jīng)費、企業(yè)規(guī)模與國際先進(jìn)水平有較大差距，完全靠企業(yè)自身能力無法滿足不斷更新的測試需求，為此北京自動測試技術(shù)研究所早在1998年就開展了開放性測試系統(tǒng)的研發(fā)工業(yè)，我們采用國際儀器、測控行業(yè)推行的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化總線VXI、PXI總線，使我們的設(shè)備從低端到中高端產(chǎn)品都建立在統(tǒng)一的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)上，保證了產(chǎn)品的兼容性、延續(xù)性、開放性及標(biāo)準(zhǔn)化的特點，加快了產(chǎn)品的升級換代。利用其開放性、標(biāo)準(zhǔn)化特點，可方便插入各儀器制造商提供的通用VXI、PXI測量，測試模塊靈活配置系統(tǒng)。這對今后大量涌現(xiàn)的數(shù)?；旌?、SOC芯片測試提供了大量測試資源。能夠根據(jù)測試需求，以最優(yōu)性/價比配置系統(tǒng)。
通過研究國際上芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成熟經(jīng)驗，為了適應(yīng)國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，必須建立中性的專業(yè)芯片檢測公司，逐步形成芯片測試服務(wù)產(chǎn)業(yè)，為此北京自動測試技術(shù)研究所從1999年開始進(jìn)行了一些有益的嘗試。
1999年由北京自動測試技術(shù)研究所發(fā)起組建的“無錫泰思特測試有限公司”成為國內(nèi)第一家芯片專業(yè)測試公司。公司成立幾年來業(yè)務(wù)進(jìn)展很快，2001年經(jīng)過重新擴(kuò)充和改造，建成了1000級凈化檢測廠房，目前已經(jīng)完成了幾十類專用芯片和電路的測試，并開發(fā)消費類ASIC測試軟件兩百多個品種，月測試能力5000片以上，處于滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這是國內(nèi)第一家專業(yè)的芯片檢測公司，中性化的芯片檢測公司建立開創(chuàng)了我國芯片測試產(chǎn)業(yè)的先河。“無錫泰思特測試有限公司”為IC設(shè)計企業(yè)服務(wù)和IC生產(chǎn)線配套，同時也為“無錫國家IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)化基地”搭建了測試平臺。該公司的成立和運營是在中國建立專業(yè)的芯片檢測公司的有益探索。
在芯片測試技術(shù)方面，上海華嶺芯片技術(shù)股份有限公司和北京時代民芯科技有限公司的測試技術(shù)覆蓋了高性能CPU、DSP、FPGA、SoC、高速高精度AD/DA、大容量存儲器和高速總線等高端芯片產(chǎn)品。上海華嶺芯片技術(shù)股份有限公司還承擔(dān)了上海市機(jī)場電路測試技術(shù)公共服務(wù)平臺的職責(zé)，建成了目前國內(nèi)最大規(guī)模的12英寸和8英寸晶圓芯片測試車間，可以向客戶提供芯片芯片測試、芯片成品測試和芯片性能參數(shù)的測試分析。
1.3機(jī)械手國內(nèi)外的發(fā)展與趨勢
1.3.1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)械手研究現(xiàn)狀
如今，機(jī)器人是科學(xué)研究的熱點，其研究的具體現(xiàn)狀如下所述：
（1） PC機(jī)開放式控制器是其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，這樣會使其網(wǎng)絡(luò)化與標(biāo)準(zhǔn)化；電子元器件變得高度集成化，控制中心結(jié)構(gòu)模塊化。
（2） 機(jī)器人具備模塊化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的整體機(jī)構(gòu)由關(guān)節(jié)和連桿模塊構(gòu)成。
（3） 傳感器的作用變得越來越重要。某些機(jī)械手的控制是基于力、觸、視與聲覺多種傳感器結(jié)合一起來實現(xiàn)，多傳感器融合的技術(shù)是未來機(jī)械手的重要技術(shù)。
（4） 常用的用于運輸、裝配、焊接等機(jī)器人已經(jīng)逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、通用化[7]。
總的來講，機(jī)器人的研究大致可以分為兩個方向：一是通過先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的控制系統(tǒng)、多傳感器以及智能化；二是基于生產(chǎn)加工，為特定的工作任務(wù)，通過使用高性價比的模塊，在滿足工作要求的前提下，使機(jī)器人控制系統(tǒng)盡量簡單，從而使機(jī)器人經(jīng)濟(jì)、簡潔。
我們國家是從20世紀(jì)80年代初期開始進(jìn)行機(jī)器人的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)主持研發(fā)的弧焊機(jī)器人是我國的第一臺工業(yè)機(jī)械手。并且從1986年開始，我們國家啟動了許多發(fā)展計劃，例如“863”高技術(shù)發(fā)展計劃，“七五”機(jī)器人攻克計劃等，使得我國從原來的理論研究到如今已經(jīng)研發(fā)出一系列具有先進(jìn)科學(xué)水平機(jī)器人[8]?？梢源_定的是，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化是未來工業(yè)發(fā)展的趨勢，現(xiàn)如今，我們國家隨著科技的進(jìn)步，也能生產(chǎn)出許多有著不同應(yīng)用的機(jī)器人，例如搬運機(jī)器人、平面關(guān)節(jié)型加裝機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人、弧焊機(jī)器人等[9]。隨著國家對工業(yè)機(jī)械手的研發(fā)與推廣，我國也出現(xiàn)了一批具有自主研發(fā)能力和知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，如廣州數(shù)控、沈陽新松等企業(yè)。
如圖1-1是沈陽新松開發(fā)的一款型號為SR50A的機(jī)器人，可用于噴涂、鑄造、打磨以及拋光等行業(yè)。
圖1-1 SR50A機(jī)器人
總的來看，我國的工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展和應(yīng)用與西方國家和日本都有一定的差距，比如某些中小型企業(yè)發(fā)展模式較為傳統(tǒng)，很大一部分的生產(chǎn)線依然是采用人工搬運或上下料，即便有些企業(yè)采用了工業(yè)機(jī)械手，但其精度和可靠性都達(dá)不到生產(chǎn)要求，而且也不能完全取代人工或構(gòu)建高效率的自動化生產(chǎn)線，甚至不能解決批量生產(chǎn)和成本的問題[10]。
1.3.2國外工業(yè)機(jī)械手研究現(xiàn)狀
世界上第一臺工業(yè)機(jī)械手是在1958年誕生的，它是由美國的一間名叫Unimation公司研發(fā)出來的。這是一臺用于壓鑄行業(yè)的五軸液壓驅(qū)動的機(jī)器人，由一臺專用計算機(jī)來控制機(jī)械臂動作，能夠記憶多達(dá)180個工作步驟[11]。 美國一直著重于機(jī)器人理論技術(shù)的發(fā)展，其機(jī)械人研制發(fā)展得較為全面，語言種類多、應(yīng)用范圍廣、水平層次高，在軍事領(lǐng)域、汽車行業(yè)、航空航天及太空搜索中的應(yīng)用取得了巨大的成功。到了21世紀(jì)，美國在它原先的雄厚工業(yè)機(jī)械手技術(shù)基礎(chǔ)上，逐步研發(fā)出了具有聽覺、視覺等類人智能化的機(jī)械人。例如美國的探測器，以及軍用探測機(jī)器人等。
日本一開始是引進(jìn)了美國的機(jī)械手，經(jīng)過了一段時期的研究，自身的機(jī)械人發(fā)展逐漸壯大。到了20世紀(jì)七八十年代，進(jìn)入了一個機(jī)器人快速發(fā)展的黃金期。根據(jù)資料顯示，日本各個大學(xué)以及政府研究機(jī)構(gòu)在機(jī)械手的研究經(jīng)費占到了研究總經(jīng)費的41%。隨后，工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?jié)u漸向歐美轉(zhuǎn)移。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著中國以及亞洲部分國家對機(jī)器人的巨大需求，日本機(jī)器人也迎來了一波新的浪潮[12]。
在上個世紀(jì)70年代，德國在其雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)上加大力度發(fā)展機(jī)械手，主要包括上下料機(jī)械手、工業(yè)焊接機(jī)械手、起重運輸機(jī)械手等相關(guān)設(shè)備上的應(yīng)用。1973年，德國的庫卡機(jī)器人公司研發(fā)出了第一臺由電機(jī)驅(qū)動的六軸機(jī)器人。庫卡公司生產(chǎn)的機(jī)器人多種多樣，有搬運機(jī)、SCARA以及多關(guān)節(jié)型機(jī)器人等，都是通過PC控制器來控制的。庫卡公司研發(fā)的六軸工業(yè)機(jī)械手以及其他用于特殊場合的機(jī)器人，能夠承受的負(fù)載為3kg到1000kg。如下圖1-2所示為六軸機(jī)器人S2000，能夠承受載荷150kg[13]。
瑞典的ABB公司在上世紀(jì)70年代率先研發(fā)出了電力驅(qū)動的工業(yè)機(jī)械手和噴涂機(jī)器人，到現(xiàn)在ABB公司生產(chǎn)的機(jī)器人在全球的裝機(jī)量已經(jīng)超過了16萬臺，成為全球最大的機(jī)器人制造商。ABB公司這些年來也研發(fā)出了許多不同用途的機(jī)器人，其中IRB型系列機(jī)器人是ABB生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列機(jī)器人，常用于焊接、涂刷、搬運、切割等工作。例如，2015年該公司研發(fā)了目前為止用途最廣泛，負(fù)載最大的工業(yè)機(jī)械手IRB8700，其工作范圍可達(dá)3.5m，有效負(fù)載可達(dá)800kg，能針對重型和大尺寸零件自行調(diào)整運行速度[14]。還有IRB-6660機(jī)器人，如下圖1-3該機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)血多汽車廠商，如吉利、長城、長安鈴木等公司的沖壓自動化生產(chǎn)線。
圖1-2 S2000六軸機(jī)器人 圖1-3 IRB-6660機(jī)器人
1.3.3 發(fā)展趨勢
現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機(jī)械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機(jī)械手。
目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均具有高精化，高速化，多軸化，輕量化等的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達(dá)到3M/S，良新產(chǎn)品可以達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相互結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，從而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。
1.4 課題完成的內(nèi)容
1) 查閱相關(guān)資料，了解課題的背景、意義及國內(nèi)外發(fā)展慨況，并根據(jù)文獻(xiàn)資料分析該系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)或難點，將其作為復(fù)雜工程問題并對照畢業(yè)要求對應(yīng)的能力指標(biāo)點進(jìn)行研究和設(shè)計。
(2) 對不完全齒輪的傳動裝置進(jìn)行探討，針對自動上料的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，設(shè)計相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在方案設(shè)計階段，應(yīng)通過多種方案比較，選擇綜合性能較優(yōu)的方案。
(3) 進(jìn)行材料分析，調(diào)研收集有關(guān)資料，理解進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計方案、原理，學(xué)習(xí)cad設(shè)計軟件，考慮采用三維軟件等工具設(shè)計仿真相應(yīng)的進(jìn)料系統(tǒng)的關(guān)鍵動作；
(4) 設(shè)計方案和技術(shù)路線應(yīng)從項目管理角度出發(fā)，對相關(guān)產(chǎn)品或企業(yè)進(jìn)行市場調(diào)研，其間注意遵守相關(guān)法律、職業(yè)道德規(guī)范，考慮對社會、環(huán)境的影響，并對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析或成本估算。
(5) 完成主要受力的計算、二維工程圖、三維建模、非標(biāo)零件圖，并完成相應(yīng)的設(shè)計說明書。
第二章 芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的總體設(shè)計方案
2.1 設(shè)計思路
本設(shè)計是芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的設(shè)計本次設(shè)計為芯片檢測中的自動吸取傳動裝置的設(shè)計，芯片檢測中的自動吸取傳動裝置主要包括兩個部分組成，分為為：間隙傳動機(jī)構(gòu)芯片轉(zhuǎn)移圓盤和上料機(jī)械手。上料機(jī)械手用于芯片的上料；間隙傳動機(jī)構(gòu)芯片轉(zhuǎn)移圓盤是將機(jī)械手上料的芯片轉(zhuǎn)移的下一工位。
2.2 機(jī)械手方案的確認(rèn)
2.2.1 液壓驅(qū)動
驅(qū)動裝置屬于工業(yè)類型的機(jī)械手結(jié)構(gòu)部件的主要構(gòu)成部分。結(jié)合基本的動力源結(jié)構(gòu)的不同, 我們能夠分成下面的四類：
（一）氣壓傳動機(jī)械手
氣壓類型的基本機(jī)械手結(jié)構(gòu)部件通常是以壓縮類型的基本空氣的壓力載荷來予以驅(qū)使執(zhí)行部件的基本運動形式的機(jī)械手部件。他的基本優(yōu)勢為：輸出的基本載荷比較大、比較的容易保養(yǎng)、作業(yè)的基本速度快、整體基本結(jié)構(gòu)簡易，而且基本的作業(yè)成本比較低。與此之外由于空氣介質(zhì)具有一定的壓縮的基本性能，作業(yè)的基本速度大小的穩(wěn)定性能是比較差的、基本的沖擊載荷比較大、定位時候的基本精度大小比較一般、抓取的基本載荷比較小。
（二）液壓傳動機(jī)械手
液壓類型的傳動的機(jī)械手部件的是通過油介質(zhì)的基本壓力載荷來驅(qū)使執(zhí)行部件的，他的基本優(yōu)勢在于輸出的基本載荷大、作業(yè)的時候比較的平穩(wěn)、整體結(jié)構(gòu)較為的簡易、作業(yè)的基本精度比較的高、抓取物件的時候其載荷較大。通常情況下此類的機(jī)械手結(jié)構(gòu)部件對封閉的性能要求比較的高，比較不好保養(yǎng)以及維護(hù)，對作業(yè)環(huán)境的要求十分的高，此外液壓有的基本過濾要求很好，整體成本較高。
（三）機(jī)械驅(qū)動機(jī)械手
機(jī)械類型的傳動機(jī)械手結(jié)構(gòu)部件往往是由機(jī)械類型的基本傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪結(jié)構(gòu)零件、連桿結(jié)構(gòu)零件、齒輪結(jié)構(gòu)零件和齒條結(jié)構(gòu)零件、間歇機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)零件等)予以驅(qū)動實現(xiàn)。它通常是一種附屬類型的裝配于主機(jī)上面的專用類型的機(jī)械手部件設(shè)備，他的基本優(yōu)勢在于作業(yè)的基本精度很好、作業(yè)的頻率很大，但不足在于整個設(shè)備的尺寸比較大，維護(hù)保養(yǎng)的要氣很高。
（四）電氣驅(qū)動機(jī)械手
電力類型的用于傳動的機(jī)械手部件往往由特殊的能夠感應(yīng)的電動機(jī)部件、直線類型的電機(jī)部件、步進(jìn)類型的電機(jī)部件或這是伺服類型的電機(jī)部件進(jìn)行直接方式的驅(qū)動執(zhí)行部件進(jìn)行運動。他的基本優(yōu)勢在于整體的響應(yīng)速度十分的迅速，作業(yè)的基本行程比較的大，定位時候的基本精度等級比較的高，而且維護(hù)和保養(yǎng)較為的簡單和方便，但是不足在于其整體的結(jié)構(gòu)比較的復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性能不好。
2.2.2 機(jī)械手的基本形式選擇
通常情況下，工業(yè)類型的機(jī)械手結(jié)構(gòu)的手臂部件的基本作業(yè)形資根據(jù)坐標(biāo)的不同形式往往包含了四種不同的類型，分別是直角類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)機(jī)械手部件、圓柱類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的機(jī)械手部件、球類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的機(jī)械手部件、多個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)類型的機(jī)械手結(jié)構(gòu)（見圖2-1）。
直角類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)機(jī)械手部件：他的基本形式是每一個基本自由度形式之間的空間基本夾角大小為都是直角，所以他所占用的基本空間大小是比較大的，基本的作業(yè)范圍比較的小，整體基本結(jié)構(gòu)較為簡易。
圓柱類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的機(jī)械手部件：整體占用的基本空間范圍大小比較小，作業(yè)的基本范圍比較的大，整體基本結(jié)構(gòu)較為簡易，基本的定位精度等級較高。
球類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的機(jī)械手部件：整體占用的基本空間范圍大小比較小，基本的自由度大小比較多，整體基本結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
多個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)類型的機(jī)械手結(jié)構(gòu)：與球類型的坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的機(jī)械手部件特點相似，自由度的大小會更高，整體基本結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
圖2-1 機(jī)械手基本形式
2.2.3 上料機(jī)械手方案確認(rèn)
本次設(shè)計的上料機(jī)械手用于芯片的上料，由于芯片的重量輕，考慮到機(jī)械手的成本和制作的便利性，本次設(shè)計機(jī)械手的驅(qū)動采用氣壓驅(qū)動；機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)采用直角坐標(biāo)形式，具體結(jié)構(gòu)如下圖2-2所示：
圖2-2 上料機(jī)械手
如圖2-2所示：上料機(jī)械手的X軸采用無桿氣缸結(jié)構(gòu)，無桿氣缸的優(yōu)點是占用空間??；Y軸采用氣動滑臺，氣動滑臺可保證Y軸的移動精度；吸取采用真空吸盤，他是通過一定的吸附載荷對物件進(jìn)行吸附的，通常情況下其手部的結(jié)構(gòu)有負(fù)壓類型的吸盤結(jié)構(gòu)和電磁類型的吸盤結(jié)構(gòu)兩種不同的類型。
2.3 間隙傳動機(jī)構(gòu)的選擇
2.3.1 槽輪機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)如圖2-3所示。結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，其效率高，并能平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，但因傳動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。普通槽輪機(jī)構(gòu)有外槽輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)。內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)中運動時間大于靜止時間，外槽輪機(jī)構(gòu)運動時間小于靜止時間。
圖2-3 槽輪機(jī)構(gòu)
2.3.2 不完全齒輪機(jī)構(gòu)
不完全齒輪機(jī)構(gòu)如圖2-4所示。設(shè)計靈活，很容易實現(xiàn)一周中的多次不同動，停時間的間歇運動。但在進(jìn)入嚙合和退出嚙合時使速度有突變，產(chǎn)生沖擊，不宜用于高速傳動，同時傳動精度不高。
圖2-4 不完全齒輪機(jī)構(gòu)
2.3.3 凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)
凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)如圖2-5所示。一般由帶有特殊廓線的主動凸輪和做簡諧運動的從動件組成。其傳動結(jié)構(gòu)簡單，不僅可傳遞平行軸還可以傳遞交錯軸間的間歇運動，只要合理設(shè)計廓線，選擇合適的運動規(guī)律，可使從動件運動平穩(wěn)，減少沖擊，得到較好的運動特征，以適應(yīng)高速運動的需求。
圖2-4 凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)
2.3.4 運動機(jī)構(gòu)方案確定
考慮到整個裝置的精度要求，本次設(shè)計采用凸輪式間隙運動機(jī)構(gòu)。
2.4 總體方案擬定
圖2-5 整體方案
如圖2-5所示，整個裝置機(jī)架采用鋁型材拼接而成，回轉(zhuǎn)圓盤一共十二個工位，每個工位配有一個傳感器用于檢測對應(yīng)的工位是否有芯片，凸輪分度裝置采用減速電機(jī)和同步帶的驅(qū)動方式。
第三章 芯片檢測中的自動吸取傳動裝置整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算
3.1參數(shù)確定
芯片檢測中的自動吸取傳動裝置標(biāo)準(zhǔn)件的選擇需要考慮以下四個因素：負(fù)載參數(shù)、減速器的參數(shù)、電機(jī)的參數(shù)。負(fù)載參數(shù)計算分為兩步：設(shè)備運轉(zhuǎn)時間的確定、負(fù)載力矩的確定。
減速器參數(shù)選擇分為三部分：減速比的確定、平均輸入轉(zhuǎn)速的確定、平均負(fù)載力矩的確定；電機(jī)參數(shù)的選擇也分為三部分：電機(jī)扭矩的確定、電機(jī)功率的確定、慣量匹配。
擬定設(shè)計參數(shù)，每個工位的時間為6s，總共12個工位，因此
（3.1）
設(shè)加速時間為0.1s，則角加速度為：
（3.2）
根據(jù)設(shè)計要求：圓盤的半徑為275mm，質(zhì)量為10kg，因此轉(zhuǎn)動慣量為：
（3.3）
負(fù)載的力矩為：
（3.4）
電機(jī)與末端的轉(zhuǎn)盤之間有多級傳動，設(shè)安全系數(shù)為1.5，則總的力矩為：
(3.5)
3.2減速器選型計算
減速比的確定：
預(yù)選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，減速比i為：
考慮到速比較大，因此選用多級集成的減速箱。
3.3 電動機(jī)的選擇
所需電動機(jī)的功率可用如下公式計算：
Pd為工作機(jī)的實際電動機(jī)輸出功率KW，
Pw為工作機(jī)所需要的輸入功率KW，
n為電動機(jī)只工作機(jī)之間的總效率。
因負(fù)載力矩較小，選用功率為200w，額定轉(zhuǎn)速為為1000 r/min的電機(jī)
3.4同步帶的選型計算
1.電機(jī)額定輸出功率為0.2kw
2、確定計算功
電動機(jī)每天使用24小時左右，查表4-1得到工作情況系數(shù)KA=1.7。則計算功率為：
3、小帶輪轉(zhuǎn)速計算
通過上面的計算為：1000r/min
4、選定同步帶帶型和節(jié)距
由同步帶選型圖可以看出，由于在這次設(shè)計中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號可以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距Pb=12.7mm
表3-1工作情況系數(shù)看KA
圖3-1 同步帶選型圖
5、選取主動輪齒數(shù)
查表3-2知道小帶輪最小齒數(shù)為18，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為18。
6、小帶輪節(jié)圓直徑確定
表3-2 小帶輪最小齒數(shù)表
7、大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定
由于系統(tǒng)傳動比為1:1，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)18，節(jié)距12.7mm。
8、帶速v的確定
9、初定周間間距
根據(jù)公式
得：
10、帶輪嚙合齒數(shù)計算
有在本次設(shè)計中傳動比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即zm=20。
11、基本額定功率P0的計算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
3.5 凸輪間隙傳動機(jī)構(gòu)的主要運動參數(shù)
設(shè)計的部分常量為：中心距Ｃ＝80ｍｍ，分度數(shù)Ｉ＝8，轉(zhuǎn)速ｎ＝200ｒ/min
3.5.1 凸輪分度廓線頭數(shù)Ｈ、轉(zhuǎn)盤滾子數(shù)Ｚ與轉(zhuǎn)盤分度書Ｉ之間的關(guān)系
凸輪分度廓線的頭數(shù)Ｈ主要有下列幾種：單頭，雙頭，多頭，多頭的比較少用。凸輪分度廓線如為左旋用Ｌ表示，右旋則用Ｒ表示，一般采用左旋較多。
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)移圈中的停歇次數(shù)成為轉(zhuǎn)盤分度數(shù)Ｉ，它與轉(zhuǎn)盤滾子數(shù)ｚ間的關(guān)系為
Ｉ＝＝8
3.5.2 凸輪與轉(zhuǎn)盤在分度期與停歇期的運動參數(shù)
凸輪分度期轉(zhuǎn)角θf在滿足工作要求的條件下，一般取大一些的值對機(jī)構(gòu)的運轉(zhuǎn)情況是有利的，較常用的θf＝～。在滿足動停比的情況下我們選θf＝
凸輪角速度為
凸輪停歇期轉(zhuǎn)角為
機(jī)構(gòu)分度期的時間和停歇期的時間為
凸輪角位移以表示，并以凸輪分度期開始處作為=0。
轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角
轉(zhuǎn)盤在分度其任意時刻的角位移
式中 S——所選定的運動規(guī)律—無因次位移
轉(zhuǎn)盤分度期的角速度為
式中 V——所選的運動規(guī)律—無因次速度。
在計算時，無論是順時針向或逆時針向轉(zhuǎn)動，總?cè)〗^對值，即它不帶正負(fù)號，因此也沒有正負(fù)號。
分度期轉(zhuǎn)盤與凸輪的角速度比/與最大角速度比（/）max為
/=
（/）max=
式中 Vmax——所選定的運動規(guī)律—無因次速度的最大值，每種運動規(guī)律的Vmax是一個定值。
3.5.3 動停比k與運動系數(shù)
凸輪轉(zhuǎn)移圈中，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位時間與停歇時間之比稱為動停比k
k===0.5
凸輪轉(zhuǎn)移圈中，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位時間所占的比率稱為運動系數(shù)
3.5.4 嚙合重疊系數(shù)
由于制造和安裝誤差等影響，可能發(fā)生凸輪廓線與轉(zhuǎn)盤滾子嚙合中斷的現(xiàn)象。所以必須有適當(dāng)?shù)臅r間使前一個滾子尚未退出嚙合時，后面的另一個滾子已先期紀(jì)念館如嚙合，以保證轉(zhuǎn)動連續(xù)。在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線時推動兩個滾子所占的時間按比率加上1定義為嚙合重疊系數(shù)：
式中 ——凸輪分度期轉(zhuǎn)角；
——在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線同時推動兩個滾子時所應(yīng)對的凸輪轉(zhuǎn)角。
單頭是一般取=1.1～1.3，雙頭時可以再大些，但也不宜過大，否則容易發(fā)生由于兩條同側(cè)廓線間的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生卡住的現(xiàn)象。
3.6凸輪間隙傳動機(jī)構(gòu)的主要幾何尺寸計算
3.6.1凸輪節(jié)圓半徑，轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑與中心距C
轉(zhuǎn)盤的基準(zhǔn)尺寸用節(jié)圓半徑來表示，是轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動軸心到滾子寬度b中點處的轉(zhuǎn)盤徑向尺寸。凸輪的基準(zhǔn)尺寸用節(jié)圓半徑來表示，是沿凸輪中心與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動軸線的公垂線量度的到的距離。故中心距C為
C=+
兩節(jié)圓的交點稱節(jié)點
3.6.2許用壓力角
凸輪上的壓力角是指在凸輪與從動件接觸點上的從動件運動方向和凸輪表面的法線方向的夾角。限制壓力角值可以防止從動件和導(dǎo)槽間卡住，并使從動件側(cè)面反推力最小。如果壓力角過大，會使內(nèi)核副很快磨損，若再大，將導(dǎo)致從動件卡住或彎曲變形，或產(chǎn)生振動等不能正常運轉(zhuǎn)。所以壓力角越小越好，根據(jù)經(jīng)驗一般=30o～40o，所以設(shè)計中我們選=30o。
3.6.3轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑
37.2
所以我們?nèi)?35（mm），=C-=80-35=45（mm）
3.6.4滾子數(shù)z、相鄰兩滾子軸線間夾角、滾子半徑與寬度b
滾子數(shù)z一般都為偶數(shù)，常用的z=6～12。
相鄰兩滾子軸線間夾角為
滾子半徑和寬度b一般取為
=（0.5～0.7）sin=（0.5～0.7）*35*sin22.5o=6.69～9.38
由上我們?nèi)?8mm
b=（1.0～1.4）=8～11.2（mm）
由上我們?nèi)=10mm
3.6.5凸輪的主要尺寸
凸輪的頂弧面半徑為
=31.04（mm），取=31mm
凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角為
凸輪的定位環(huán)面?zhèn)让骈L度h為
h=b+e
式中 e——滾子與凸輪槽底間沿滾子方向的間隙，一般取e=（0.2～0.3）b，但至少e≥5～10mm，所以我們有h=15
凸輪定位環(huán)面外圓直徑為
所以我們可以計算出o，=98.45mm
凸輪定位環(huán)內(nèi)圓直徑為
= -2hcos =98.45-2×15cos22.5o=70.73（mm），取=70mm
凸輪的理論寬度為相鄰兩滾子軸線與凸輪底部弧面相交處的寬度，為
（mm）
在選定凸輪的實際寬度l是必須注意以下兩點：
（1） 應(yīng)驗算有適當(dāng)?shù)膰Ш现丿B系數(shù)；當(dāng)l愈大時，愈小。
（2） 不允許在凸輪上出現(xiàn)兩條定位環(huán)面，因次l亦不能太大。
一般l為
得到
34.44
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