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一.选题背景及其意义
1.生产线概述
生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某些产品（零部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。
生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所需要的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目越多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。
2.转位装置概述
转位装置主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。根据被抓持物体的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托特性和吸附性等。运动结构，使装置完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动形式，称为转位装置的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，转位装置灵活性越大，通用性广，其结构也越复杂。一般专用装位装置有2~3个自由度。控制系统是通过对转位装置每个自由度的电机控制，来完成待定工作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dps等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。
3.机械手概述
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更促进了机械手的发展，使得机械说能更好的实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰；二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。
二.国内外研究现状（文献综述）
[1]郑玲燕通过分析转位装置关键部件的变形状况对其工作的影响，应用有限元方法对该转位装置的关键部件进行了静力学分析，找出其刚度不足的部位，并对这些刚度不足部位进行了改进设计，提高了砌块生产线转位装置的静刚度；
[2]刘春林设计了一种适合自动生产线上工件翻转或转位的装置，以达到加工多个面的要求。该装置既能将工件绕水平轴旋转，也能绕垂直轴回转，还能实现复合回转运动；
[3]胡雪平等提出对接环的推出精度、主被动环的间隙是转位机械臂捕获锥捕获初始条件偏差的主要来源；两者与捕获锥捕获初始条件偏差的关系由转臂的尺寸、舱体（空间站内的待转舱）的尺寸决定；
[4]汪功明等以PLC取代传统的硬继电器对转位机械手的液压系统进行控制，一方面可以节省硬件的使用,特别是可以利用PLC系统的自动报警功能和自诊断功能,降低故障率,排除故障迅速,有节能增效的效果；
[5]纪海峰等基于 Pro/E 所提供的平台对可转位车刀的参数化设计与自动装配进行了有意义的尝试, 通过将参数化设计和自动装配两种理念相结合, 大大缩短可转位车刀的设计和研发周期，提高工作效率，为今后的研究和改进提供便利；
[6]汤树人等应用功能分析法自主创新,仅靠单电机驱动实现了具有多功能的末端抓手装置设计,具有体积小、质量轻、可靠性高等优点,推动了对接转位机构的设计研发工作。所设计的末端抓手装置为我国将来空间站建设进行了技术准备,同时也具有相关空间自由行走机器人机械臂方面的潜在应用价值；
[7]任建国等介绍了一种应用槽轮机构与圆盘定位 V 形槽相结合的新型转位与精密定位机构。详细介绍了槽轮机构的工作原理、设计和计算方法。这种新型的分度转位和精密定位机构，具有结构简单、使用可靠、成本低廉、重复定位精度高、使用寿命长等优点，并经过实验和产品验证；
[8]王静设计了一种可用于多种小型机电产品装配的四工位回转式机器人柔性装配工作站,主要对其结构、功能和控制系统做了一个总体设计。可适应一定范围内不同型号、不同工艺要求、不同批量的不同产品自动装配的需要；
[9]同长虹等根据籽瓜挖瓤机总体设计方案,利用矩形循环图法对挖瓤机进行运动协调设计,并对机构进行了详细的设计计算,最后对该槽轮机构进行了动力学分析,结果表明所设计的转位机构转位准确、工作可靠、运动平稳性较好,停歇时间完全能满足籽瓜挖瓤的要求；
[10]王旭鹏等对一种转位机构的结构和工作原理进行分析,建立了以评价该转位机构旋转过程扫掠面积最小为目标的数学模型,通过MATLAB软件对其进行优化求解,并依据优化结果在SolidWorks中建立其装配体模型,应COSMOSMotion软件进行了机构仿真,验证了优化结果的合理性,对实际设计、生产具有一定的指导意义；
[11]陈晓军等通过某型雷达馈源转台中槽轮机构的设计和分析,并附加凸轮带动销轴等辅助定位装置,实现多馈源旋转转换工作和精确定位,满足总体设计要求；
[12]王斌等针对惯性测量单元(IMU)批量检测效率低、人工劳动量大的现状，设计开发出一种基于分度台转位装置的IMU智能检测系统。该系统可同时自动检测4套IMU 的参数指标,并自动计算、显示和保存检测数据,且检测精度、效率和智能化程度高,人工劳动量小,性价比高,此外,软件界面上所有功能均可手动触摸操控,操作十分便捷；
[13]钱晓平针对当前汤圆食品生产流水线中，需要人工搬运输送汤圆托盘的不足，创新地设计了一种由取盘装置、下移盘装置、90°转位与上送装置、上移与放盘装置等组成，PLC控制、气电结合驱动的托盘输送搬运机；
[14]关玉明等提出了一种实现连续转位机构的结构形式,介绍了此机构的自动转位特性。通过对转位机构的运动分析,得出了机构的几何参数与转位角度大小之间的关系，并将这种机构成功应用于生产线上。
三.研究内容
本课题的研究生产线转位装置机械结构及驱动机构，在现有工业运用装置的基础上，设计一种具有转位功能的运用于某生产线的装置，具体研究内容如下：
1.研究分析生产线转位装置的结构与生产工艺，确定设计方案；
2.动力及传动系统的确认；
3.驱动方式的选取；
4.重要零部件的设计和选取；
5.完成生产线转位装置机械结构及驱动机构的设计和零件图与装配图的绘制；
6.整理相关资料，编写设计说明书。
四.研究方案
目前工厂中很多产线都有机械手，这是工业先进水平的象征。在工业领域，主要体现在传动和转动等方面。本课题可以参照现有各种机械手结构，功能方面进行研究，来帮助完成本次设计。
1.动力及驱动系统确认
机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动及机械驱动。其中一液压驱动、气压驱动用的居多。
（1）液压驱动式
（2）气压驱动式
（3）电气驱动式
（4）机械驱动式
2.旋转结构的确认
本设计中要求，转位装置具有两个方向的旋转功能，并且对旋转行程有要求。在结构中主要考虑如下因素：
（1）水平旋转的方案选择与设计
（2）翻转的方案设计
（3）两者的有机结合
（4）旋转角度限位装置的设计
（5）零部件工作强度的校核
五．参考文献
[1] 郑玲燕.陶粒增强加气砌块生产线转位装置的设计[D].浙江工业大学，2013.
[2] 刘春林.自动复合转位装置[J].机械制造，2010.
[3] 胡雪平，时军委，沈晓鹏，刘艳.转位机械臂捕获初始条件分析[J].载人航天，2011.
[4] 汪功明，姚道如.液压转位机械手的PLC电气控制[J].轻工机械，2011.
[5] 纪海峰，范宁.基于Pro_E的可转位车刀参数化与自动装配的设计[J].机电产品开发与创新，2014.
[6] 汤树人，陈宝东，柏合民，肖杰，赵金才.对接转位机构末端抓手装置的创新设计[J].机械传动，2009.
[7] 任建国，路峰.高精度多位置转位机构设计[J].导弹与航天运载技术，2010.
[8] 王静.柔性装配系统转位机构总体设计[J].科学技术与工程，2009.
[9] 同长虹，孟刚，李俊文，李建政.籽瓜挖瓤机中插瓜架的转位机构设计[J].机械研究与应用，2008.
[10] 王旭鹏，吉晓民，雷培.基于MATLAB与COSMOSMotion的平面转位机构优化设计[J].机械工程与自动化，2009.
[11] 陈晓军，陈伟.一种多馈源转位机构的设计[J].雷达与对抗，2009.
[12] 王斌，张林，邓军，熊耀臣，吕明.基于分度台转位装置的惯性测量单元智能检测[J].计算机系统与应用，2015.
[13] 钱晓平.基于PLC的托盘输送机设计和应用[J].制造业自动化，2014.
[14] 关玉明，李春书，张明路，刘广盛.复合行星齿轮连续自动转位机构的设计[J].机械设计，2002.
