摘 要

伴随着电子信息技术的不断提升，电子元件装配所需要的技术也水涨船高，过去的人工装配无法满足电子元件装配所需的高效率高质量要求，电子元件的装配问题迫在眉睫，因此为提高工作效率和装配质量，本文设计了气动组合双臂装配机械手。装配机械手具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好等优势，可大幅提高生产效率,节约人力资本,提高经济效益。

本文以装配薄膜电容和电解电容为例，基于SolidWorks三维建模软件，设计了一种气动组合双臂转配机械手，该机械手适用于多种电子元件，本文研究的主要内容为装配机械手机械结构的选型设计和控制系统的选型设计。主要完成的工作有:

(1)对PCB生产线电子元件装配工艺进行了方案分析，确定了电容供料和PCB输送的工作方案，对装配机械手进行了整体结构设计。

(2)对不同方向上的传动以及驱动部分进行选型计算，选用三菱伺服电机HG-MR系列进行驱动，采用多种传动方式：滚珠丝杠和同步带传动等，并分别对其进行了选型计算，最后利用SolidWorks2软件对机械手进行了三维建模。

(3)对电容夹爪进行了计算选型，确定选用平行手指作为机械手系统的执行部件，并根据电容的不同对爪指的外形进行设计。

(4)对机械手控制过程进行分析设计，对控制系统进行进行了选型与设计，主要包括伺服电机驱动器的选型、传感器的选型和PLC的选型与设计，最后利用GX Works2软件进行程序的编写。

关键词：装配机械手；电子元件；PCB; SolidWorks2

Abstract

Along with the improving of the electronic information technology, electronic components required for assembly technology is also rising, the manual assembly can meet the high efficiency high quality electronic components needed for assembly, electronic components assembly problem is around the corner, so to improve the work efficiency and quality of assembly, this paper designs the pneumatic assembly manipulator arms. Assembly manipulator has the advantages of high work efficiency, stability and reliability, good repeatability, etc., which can greatly improve production efficiency, save human capital and improve economic benefits.

Based on the SolidWorks 3d modeling software, this paper designs a pneumatic combination double-arm transfer manipulator, which is suitable for a variety of electronic components. The main content of this paper is the selection design of the mechanical structure of the assembly manipulator and the selection design of the control system. Main tasks completed include:

(1) program analysis was made on the assembly process of electronic components of PCB production line, and the work program of capacitor feeding and PCB conveying was determined. The overall structure design of the assembly manipulator was carried out.

(2) select and calculate the drive and drive parts in different directions. Mitsubishi servo motor hg-mr series is selected for drive. A variety of transmission modes are adopted: ball screw and synchronous belt drive, etc., and the model selection and calculation are carried out respectively.

(3) the capacitor gripper was calculated and selected, and the parallel fingers were selected as the execution part of the manipulator system, and the shape of the claw fingers was designed according to the different capacitors.

(4) analyze and design the manipulator control process, select and design the control system, including servo motor driver selection, sensor selection and PLC selection and design, and finally use GX Works2 software to write the program.

Keywords: assembly manipulator; Electronic components; PCB. SolidWorks2

目录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究目的与意义 1

1.2 国内外现状 2

1.2.1电子元件装配机械手的国外现状 2

1.2.2 电子元件装配机械手的国内现状 4

1.3 主要研究内容 6

第二章 电子元件装配生产线设计方案 8

2.1 工艺流程分析 8

2.2 设计参数要求 9

2.2.1 电子元件的工艺要求 9

2.2.2 PCB的工艺要求 11

2.3 电容供料器 12

2.3.1 薄膜电容供料器 12

2.3.2 电解电容供料器 12

2.4 PCB输送供料形式选择 13

2.5 电子元件装配机械手方案分析 14

2.6 本章小结 16

第三章 电子元件装配机械手的选型与设计 17

3.1 气动手爪的选型计算 17

3.1.1 气动手爪的技术要求分析 17

3.1.2平行手指夹爪的选型计算 18

3.2各方向传动方式的选定 20

3.3滚珠丝杠的选型计算 21

3.4 各方向电机选型计算 26

3.5 同步带轮的选型计算 30

3.6 最终设计方案 33

3.7本章小结 34

第四章 控制系统的设计 35

4.1 PLC技术简介 35

4.2 控制系统的需求分析 35

4.3 伺服驱动器模块 36

4.4 传感器的选定 38

4.5 PLC的设计 39

4.5.1 PLC的选定 39

4.5.2 PLC关键程序的设计 40

4.5 本章小结 41

第五章 总结与展望 42

5.1 总结 42

5.2 发展与展望 42

参考文献 43

附录A 45

附录B 48

致谢 49

第一章 绪论

1.1 课题的研究目的与意义

印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）又称印刷线路板，是重要的电子部件，是支撑各种电子元器件的母体以及电气连接中电子元器件的载体。由于它是通过电子印刷术制作完成的，因此被称为“印刷”电路板^[1]。据统计，2018年全球PCB行业产值达到635.5亿美元，中国PCB行业产值达到302.1亿美元，同比增长8.0%。预测2020至2025年间中国将保持3.5%的复合年均增长率，高于全球平均增长率^[2]。此外，全球PCB产业的重心正在向亚洲地区转移，中国PCB行业的占比将不断提升。

图 1.1 PCB

目前流通在市面上以及厂家所运用的关键PCB设备主要包括SMT贴片机、异形电子元器件插件机、电压机、激光钻孔机、AOI、四线飞测和文字喷印机等^[3]。高端的PCB产品主要就是用这些设备来生产的。时至今日，这些设备的大部分关键技术仍然掌握在国外设备企业的手中，相对来说国内的相关技术方面比较薄弱^[4]。

电子元件自动插件设备(Auto-Insert Machine)是一种机电一体化设备，是把编带电子元件按照程序自动安装在印刷电路板上的机器，可自动标准地将电子元件插装在PCB板导电通孔内的。自从PCB插装工作开始大规模集中化后，对于传统电子装配行业中人工插件这种生产方式来说，效率低且产品质量不易保证的缺陷暴露出来。采用插件机将电子元件自动插装在电路板上，可以提高工作效率和质量，降低了人工成本 ^[5]。靠人工把电子元器件插在电路板上这种工作方式必将淘汰，插件机装配才是最优的选择，目前插件机的主要工作方式有两种:：SCARA机械手式和直角坐标机械手式，其中由于SCARA机械手具有结构简单、工作速度快和精度高的优点，使用较为普遍。为提高电子元件插件生产线的生产效率，本文就电容装配过程进行了研究，设计了一种生产效率较高的气电组合双臂装配机械手。