【正文】 隨著對機(jī)械手研究的不斷深入和機(jī)械手領(lǐng)域的不斷拓展，機(jī)械手仿真系統(tǒng)作為機(jī)器人設(shè)計和研究的安全可靠，靈活方便的工具，在本領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速為 Vφ 則瞬時速度 Vx = dl/dt , Vy = dh/dt 。角 γ 為手抓與小臂所在直線所成夾角 ,順時 針為負(fù)逆時針為正。 軸 5 （手抓） 90~+90176。 仿真實體的繪制 六自由度機(jī)械手不是很復(fù)雜的機(jī)構(gòu) ,CATIA軟件建立三維模型并不太困難 ,用 CATIA 強大CATIA數(shù)字化模型 模型導(dǎo)入 導(dǎo)入成功？ 添加復(fù)雜約束力 仿真分析 是否符合實際？ 模型優(yōu)化 是 否 是 否 29 的三維設(shè)計能力利用拉伸、陣列和切除等功能將模擬機(jī)器人的各零部件分別繪制出來 ,然后根據(jù)同軸、共面等幾何約束關(guān)系將幾個零部件裝配起來可以得到六自由度機(jī)械手的裝配圖。 如圖 4 l0a所示，手臂 總G 的作用下有順時針方向傾斜趨勢，而立柱導(dǎo)套可阻止手臂傾斜。 計算 cJ 時，可把形狀復(fù)雜的零件分成幾種形狀 細(xì)棒： 221212 lgGlmJ c ?? 圓柱體： )3(12)3(12 2222 RlgGRlmJ c ???? 16 圓盤： 2222 RgGRmJ c ?? 長方體： )(12)(12 2222 bagGbamJ c ???? 偏重力矩的計算 偏重力矩就是手臂懸伸部分的全部零件重量 (作用在各自的重心上 )對手臂回轉(zhuǎn)中心的靜力矩 eM 。 慣M —— 手臂啟動時的慣性力矩； )()( k gmtJJtJM co ??????? ??慣 （ ） J— 手臂回轉(zhuǎn)部件對其回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 (公斤用 a*表示工件的姿勢，設(shè)其初始值為 *0a 。為了分析研究上述的動作，可用機(jī)械手的本體、手腕到手指一系列動作的矢量 R R G 之和來表示，見圖（ 3— 1） 即 P= GRR ??? ??21 機(jī)械手特性方程式 設(shè)機(jī)械手以初始狀 態(tài)到達(dá)夾持點順次經(jīng)過幾次位移，其位移角分別取 ? ?2??等，規(guī)定標(biāo)記： 從原始點零開始依次標(biāo)上下腳注字 3 ?? 有長度變化的矢量用 L表示， 無長度變化的矢量用 C表示， 夾持矢量用 G表示。 (3).完全漢化，使用過程中無任何語言障礙。尤其在航天、國防及其它大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，計算機(jī)運動仿真己經(jīng)成為不可缺少的工具。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計 試驗 設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。因此，傳動效率很低。 11 關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大臂和小臂的擺動，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運動。 (2)手臂伸縮 。 如在 X、 Y、 Z 三個直線運動方向上各具有 A、 B、 C 三個回轉(zhuǎn)運動，即構(gòu)成六個自由度。它基本能滿足于各種要求，結(jié)構(gòu)簡單。 3 智能機(jī)械手具有較高的判斷能力，它以光敏元件模擬人的“眼睛”，以聲敏元件模擬人的“耳朵”，以熱電偶和電阻應(yīng)變儀模擬人的“皮膚”的冷熱感覺和觸覺，以電子計算機(jī)模擬人的“大腦”。 （ 2）通用機(jī)械手 通用機(jī)械手是在專用機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。換一種程序只需抽換一種插銷板就可，而同 9 一插件又可以反復(fù)使用。分離存貯是將各種控制因素的信息分別存貯于兩種以上的存貯裝置中，如順序信息存貯于插銷 .飯、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)，位置信息存貯于時間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。 為了減少停機(jī)時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖減震機(jī)構(gòu)。它利用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動，利用擺動油缸、油馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。 手臂有無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂之分。對未來大量采用焊接機(jī)器人的生產(chǎn)企業(yè) , 在高技術(shù)、高質(zhì)量、低成本條件下必將獲得高速發(fā)展 , 真正實現(xiàn)與國際接軌 ,也必將為民族工業(yè)的發(fā)展帶來新的生機(jī)。公司還與國際眾多知名的機(jī)器人自動化企業(yè)建立了緊密的商業(yè)合作伙伴關(guān)系 , 緊緊圍繞客戶需求 , 公司把國外先進(jìn)的機(jī)器人自動化技術(shù)、產(chǎn)品與自身強大的研發(fā)設(shè)計能力、先進(jìn)的技術(shù)裝備與完善的服務(wù)體系進(jìn)行完美整合 , 充分發(fā)揮各自的技術(shù)和資源優(yōu)勢 , 為客戶提供完整的技術(shù)解決方案和交鑰匙工程。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力成本不斷上升，我國由制造大國向制造強國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強企業(yè)競爭力，這一切預(yù)示著機(jī)器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間巨大。 1984年豐田汽車公司己在其作業(yè)線上安排了 1300個機(jī)器人 , 今年又將引進(jìn) 300個晝夜工作的機(jī)器人。尤其在高溫、高壓、粉塵、嗓音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。 機(jī)器人三維運動仿真技術(shù)在機(jī)器人的研究與應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。 重點分析了六自由度機(jī)械手的三維建模和建模后運動軌跡規(guī)劃的實現(xiàn) 關(guān)鍵詞 ： CATIA 。 三維運動仿真 。它對于在實際工作中機(jī)器人行走路徑的生成、工作空間防止碰撞等具有十分重要的現(xiàn)實意義。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。預(yù)計在未來的五年中 , 日本焊接機(jī)器人的產(chǎn)值將迅速增長。 焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會和中國焊接協(xié)會進(jìn)行了一次比較全面的焊接機(jī)器人在制造業(yè)中應(yīng)用情況調(diào)查 ,結(jié)果顯示 , 到 1996 年底焊接機(jī)器人已得到廣泛應(yīng)用。保證了公司的產(chǎn)品技術(shù)水平始終與世界先進(jìn)水平同步 , 為廣大客戶提供最大增值服務(wù) , 形成了以機(jī)器人和先進(jìn)裝備為主體的核心技術(shù) , 從而具有較強的綜合競爭優(yōu)勢和差異化競爭優(yōu)勢。 機(jī)械手的組成、分類 組成 焊接機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運送到 8 所需要的位置上。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小，出力大，動作平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置 停止。 電氣驅(qū)動采用的不多。它的優(yōu)點是動作確實可靠，工作速度高。 集中存貯是將各種控制因素的信息全部存貯于一種存貯裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。 穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發(fā)生錯誤時就要全部更換。它能對不同物件完成多種動作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯浴＞哂幸陨稀耙曈X”、“聽覺”、“觸覺”以及能 思考的智能機(jī)械手 (機(jī)械人 )，目前正處在研究試制階段，個別已達(dá)到實用的階段。絕大部分機(jī)械手是點位控制型。 : (1)產(chǎn)量大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求， (2)容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機(jī)械相配合， (3)適于裝箱類、多工序復(fù)雜的工作，定位容易變更 , (4)定位精度高，可達(dá)到士 毫米以下，載重發(fā)生變化時不會影響精度， (5)易于實行數(shù)控，可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用。 (3)少手臂上下 。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手具有上肢結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)近似于人手操作的機(jī)能。如需要大的轉(zhuǎn)動角，則宜采用擺動油缸。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期無法縮短，更不用談對市場的靈活反應(yīng)了。借助于這項技術(shù)，工程師們可以在計算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的虛擬模型，伴之以三維可視化處理，模擬其在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真的結(jié)果來精化和優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計。 (4).可向下兼容二維 AutoCAD，使得以前采用 Aut0CAD進(jìn)行的設(shè)計可以繼續(xù)使用 和轉(zhuǎn)化。 對于初始狀態(tài)而分別向著 i、 j、 k方向的矢量上，則分別在右上角添上 i、 j、 k。則)))))((((( *0655443482211* aCECECELECECaP iikikiikik ????????? ????? （ ） 將此式展開并取式（ ）與（ ）之差： a*= )( *032321 aEEEEE jjijk ????? 將各個方向的矢量代入 *0a 給出各抽位移后，就變成 a*。米最大偏重力矩產(chǎn)生于手臂伸縮缸全部伸出，并夾持額定重量的零件時，如圖 3—— 5所示。 導(dǎo)套對升降立柱的作用力如圖示 1R 和 2R .根據(jù)升降立柱的力平衡條件 : 1R = 2R ?總GhR ?1 總GRR h21 ??? fh2f22 1121 總總 GRFFFG ?????? （ ） 所以 ?f2h? 17 f為摩擦系數(shù)，一般為 f= 則 ??h （ ） 上式即為升降導(dǎo)向立柱不自鎖的條件。 表 4— 1 機(jī)械手零部件明細(xì)表 序號 零部件名稱 數(shù)量 序號 零部件名稱 數(shù)量 1 機(jī)座 1 8 轉(zhuǎn)軸 1 2 機(jī)身 1 9 銷釘 1 3 轉(zhuǎn)臺 1 10 銷釘 1 4 大臂 1 11 銷釘 1 5 小臂 1 12 螺栓 M18 4 6 手腕 1 13 螺母 M18 4 7 手抓 2 模擬加載是在所作 CATIA 文件基礎(chǔ)上進(jìn)行的 ,此種情況下建立仿真需要注意 :設(shè)置長度單位選擇 mm ,質(zhì)量單位選擇 kg ,時間選擇 s。 圖 4— 3 六自由度機(jī)器人簡化模型 圖 4— 3為六自由度機(jī)械手簡化模型 ,以基座底面圓的圓心為坐標(biāo)原點設(shè)立三維坐標(biāo)系。 φ 為轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度 , x 軸正向為 0176。其中