【正文】 機電工程學(xué)院 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計 設(shè)計題目： 基于 PRO/E 的抓取 機械手 設(shè)計與運動仿真 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 20210663146 姓 名： 蔡長派 指導(dǎo)老師： 邱麗梅 課程設(shè)計任務(wù)書 一、題目： 基于 PRO/E 的抓取 機械手 設(shè)計與運動仿真 二、研究內(nèi)容與目標(biāo)： 本設(shè)計主要的研究內(nèi)容是 1. 擬定機械手的整體設(shè)計方案，特別是機械手各組成部分的方案。 2. 設(shè)計出機械手的各執(zhí)行機構(gòu)，包括 :手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計。 3. 各主要組成部分的設(shè)計計算，機械手的傳動系統(tǒng)的設(shè)計。 4. 機械手裝配圖的繪制，編寫設(shè)計計算說明書。 目標(biāo)：本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的抓取機械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。 三、研究方法： 觀察法是指研究者根據(jù)一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。 功能分析法是社會科學(xué)用來分析社會現(xiàn)象的一種方法，是社會調(diào)查常用的分析方法之一。 四、主要參考文獻(xiàn)： [1] 鄒慶華。數(shù)控新技術(shù)動向研究?？萍紕?chuàng)新導(dǎo)報， 2021，（ 31）： 8991. [2] 艾興 肖詩綱著 .切削用量簡明手冊 [M].北京：機械工業(yè)出版社，,1~50 [3] 陳宏均著 .實用機械加工工藝手冊 [M].北京：機械工業(yè)出版社， ，167~258 [4] 楊勝群。 中文版數(shù)控加工仿真技術(shù) .北京：清華大學(xué)出版社，2021. [5] 張衛(wèi)衛(wèi)，李建生。數(shù)控仿真技術(shù)分析及發(fā)展趨勢。心聲， 2021:8587. [6] 王先奎。機械制造工藝學(xué) .北京：機械工業(yè)出版社， 2021. 目錄 摘要 ................................................................ 1 第一章 緒論 ........................................................ 2 機械手的介紹 ................................................. 2 機械手的發(fā)展?fàn)顩r ............................................. 2 目的和現(xiàn)實意義 ............................................... 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................... 4 發(fā)展和研究方向 ............................................... 4 第二章 PRO/E 的選擇使用 ............................................ 6 Pro/ENGINEER 產(chǎn)品介紹 ......................................... 6 Pro/ENGINEER 概述 ............................................. 6 Pro/ENGINEER 的特點 ........................................... 8 第三章 六自由度機械手零件的設(shè)計 ................................... 10 六自由度機械手底座建模 ...................................... 11 六自由度機械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過程 ........................ 11 六自由度機械手的臂膀建模過程 ................................ 12 六自由度機械手手部建模過程 .................................. 13 第四章 六自由度機械手的裝配 ....................................... 15 Pro/E 的裝配過程 ............................................. 15 六自由度機械手裝配步驟及方法 ................................ 15 第五章 打孔機的 裝配 ............................................. 18 打孔機的裝配效果圖 .......................................... 18 打孔機的分解爆炸圖 .......................................... 18 第六章 六自由度機械手運動仿真 ..................................... 19 運動學(xué)仿真及過程 ............................................ 19 進(jìn)入機構(gòu)模塊 ................................................ 19 添加“伺服電動機” .......................................... 21 定義初始條件 ................................................ 22 定義分析 .................................................... 22 運動仿真視頻制作 ............................................ 22 運動仿真及效果分析 .......................................... 23 總結(jié) ............................................................... 25 致謝 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ........................................................... 28 基于 PRO/E 的抓取 機械手 設(shè)計與運動仿真 三明學(xué)院機電工程學(xué)院 蔡長派 [摘要 ] 利用三維軟件 Pro/E 建模，對六自由度機械手的運動機構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計，并對其進(jìn)行三維造型的建模與仿真。通過 Pro/E 這個三維軟件工具來進(jìn)行六自由度機械手的建模設(shè)計，完整體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的基本流程，提出一種產(chǎn)品設(shè)計的新思路 ,展示 Pro/E 在產(chǎn)品設(shè)計上的優(yōu)勢。一 ,利用 Pro/E 便捷的建模工具來對機械手的各零件進(jìn)行造型設(shè)計；二 ,利用 Pro/E 按要求對機械手零件以各種約束和銷釘?shù)冗B接來進(jìn)行合理裝配；三 ,利用 Pro/E 的機構(gòu)模式對機械 手的裝配作添加伺服器等操作，來實現(xiàn)六自由度機械手的運動仿真。 Pro/E 簡單便捷的的實現(xiàn)了對六自由度機械手的裝配和運動仿真，效果非常直觀明了。 關(guān)鍵詞 ：六自由度機械手， Pro/E，建模，仿真 第一章 緒論 機械手的介紹 機械手是一種能模仿人手和臂膀的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作 業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有 2～ 3個自由度。 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動 軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。 1 機械手的發(fā)展?fàn)顩r 機器人的歷史并不算長， 1959 年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機器的運動。 1954 年 ,德沃爾又獲得可編程機械手專利，這種機械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機器人，認(rèn)為汽車工業(yè)最適于用機器人干活，因為是用重型機器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過程較為固定。 1959 年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。它成為世界上第一臺真正的實用工業(yè)機器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特”，意思 是“萬能自動”。他們因此被稱為機器人之父。 1962 年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人，稱為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬能搬動”?！庇饶崦诽亍焙汀拔譅査_特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。近百年來發(fā)展起來的機器人，大致經(jīng)歷了三個成長階段，也即三個時代。第一代為簡單個體機器人， 第二代為群體勞動機器人，第三代為類似人類的智能機器人，它的未來發(fā)展方向是有知覺 , 有思維、能與人對話。第一代機器人屬于示教再現(xiàn)型 ,第二代則具備了感覺能力 ,第三代機器人是智能機器人 ,它不僅具有感覺能力 ,而且還具有獨立判斷 和行動的能力。 英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個動作。 2 目的和現(xiàn)實意義 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手。其目的和現(xiàn)實意義在于： 一是提高生產(chǎn)效率，因為在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生 產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 二是應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化。 三是代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全。 20世紀(jì) 40 年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性材料，人在安全間操縱機械手進(jìn)行各種操作和實驗。 50 年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在 高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在 國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人 。其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品，機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國