The design of the mechanical claw mechanism is completed through the design of the theoretical knowledge of the past, and the control simulation of the material classification and distribution of the mechanical arm is completed through the simulation sequence. Finally, the reasonable verification of the whole material classification and distribution system is completed through the MCD platform.

Key words: material classification;  conceptual design;  MCD;  manipulator;  motion control simulation

目  录

1 绪论 1

1.1课题的背景 1

1.2机电一体化产品概念设计的国内和国外研究现状 2

1.3物料分类分装设备的发展现状及发展前景 3

1.4机电一体化概念设计器的认识 3

1.4.1集成式系统工程方法 4

1.4.2概念建模的物理场 4

1.4.3通过智能对象封装机电系统 6

1.4.5 MCD为企业带来的价值 8

1.4.6 MCD的初步操作 9

2 物料分类分拣装置的设计 11

2.1机器人设计 11

2.1.1机器人的分类 11

2.1.1.1按规格（所搬运的工件重量）分类 11

2.1.1.2 按功能分类 11

2.1.1.3按用途分类 12

2.1.1.4按控制轴数量分类 12

2.1.2机器人选型 13

2.1.2.1所选择机器人具有的优势 14

2.1.2.2所选择机器人的性能参数 14

2.2夹钳式双支点回转型机械爪的结构设计 15

2.2.1机械爪的设计原理 15

2.2.2机械爪结构确定 16

2.2.3手部夹紧气缸的设计 17

2.2.3.1手部驱动力计算 17

2.2.3.2气缸直径计算 19

2.2.3.3缸筒壁厚的设计 21

3基于NX/MCD对物料自动分类分装的运动仿真设计的分析与设计 21

3.1基于需求的机电一体化产品概念设计原理 21

3.2物料分类分拣装置的需求分析设计 22

3.3物料分类分拣装置三维模型的建立 23

3.4物料分类分拣装置的功能分析设计 23

3.5物料分类分拣装置的逻辑分析设计 24

3.6物料分类分拣装置概念设置 25

3.6.1基本机电对象的定义 25

3.6.2运动副和约束的定义 25

3.6.3传感器和执行器的定义 26

3.7序列编辑器operation编辑 28

3.7.1物料颜色编辑 28

3.7.2机械臂下降动作编辑 28

3.7.3传送带编辑 30

3.7.4机械臂抬起动作编辑 31

3.7.5机械爪松爪动作编辑 32

3.7.6 其余动作编辑 33

3.8序列编辑器的调试 34

4 基于MCD的机械臂物料分类分装的PLC控制设计 36

结论 46

谢辞 47

参考文献 48

1  绪论

1.1  课题的背景

随着制造业的不断发展壮大，作为国民经济的主体，智能制造和自动化制造势必成为未来一大发展方向。中国制造2025计划主要目标就在于实现制造业的升级，这不单单是设备的升级，更是制造方法与技术的一次升级。西门子工业软件有限公司所开发的Mechatronics Concept Designer (机电一体化概念设计) 则是一种全新的智能化解决方案，应用的领域在于机电一体化产品的概念设计。首先在特定的平台建立简易模型，这些平台可以是西门子的UG NX，也可以是CATIA, SolidWorks等同类软件。随即赋予各种属性，模拟真实动作，达到控制仿真的目的。这是一种全新的设计制造技术。虚拟仿真技术顺应社会的发展，兴起于上世纪八十年代，并不断壮大，它可以缩短产品的设计周期，减少生产成本，可以说是是未来企业发展的不可或缺的竞争优势。

随着中国经济社会的持续高速发展，人们的生活水平也得到了极大的提升，对于衣食住行的要求也陡然提升，是以对制造业的要求越也愈来愈高，愈来愈严苛，将来制造业的发展方向将趋于智能化和自动化。物料是制造业最根本的一环，而传统制造业中，物料的分类分装通常都由人工进行操作。根据物料不同的属性，再通过肉眼的识别和人手的操作将物料分到不同的区域中去。这些属性包括是颜色、质量、形状等等。但人工的操作不可避免会制造业的进步正需要这种与时俱进的创新。本文主要是阐述基于MCD的机械臂物料分类分装系统的虚拟仿真设计，实为对其进行概念设计。一个产品的诞生不可能说一步到位，直接实物成型，它需要一个过程，同时预备多套方案，不断修正。我们把机械臂物料分类分装系统的物理行为放到NX虚拟环境中，同时对其加以物理属性，在NXMCD虚拟平台上模拟现实的动作，进行仿真调试，用一种全新的方式来验证方案的可行性。验证之后，就可以挑选出最佳方案进行工程研究与制造。通过基于MCD的机械臂物料分类分装系统的虚拟仿真设计，来验证机电一体化概念设计解决方案在实际中的可行性。