【正文】 機(jī)械臂，譬如：應(yīng)用于刷墻的刷墻機(jī)械臂，應(yīng)用于刷漆的噴漆機(jī)械臂，還有應(yīng)用于焊接的焊接機(jī)械臂等等。 運(yùn)動(dòng)分析，一般來(lái)講有圖解法和解析法。如建筑機(jī)械臂可用來(lái)砌墻，抹水泥地面，安裝天花板，搬用玻璃，預(yù)訂件等特殊材料；農(nóng)，林，牧用機(jī)器人用于種耕，收割，采果，噴灑農(nóng)藥化肥，擠奶等；水下機(jī)器人可用于深海探測(cè)，沉船打撈和海洋礦產(chǎn)，漁業(yè)的開發(fā)，建立海上牧場(chǎng)；此外機(jī)械臂還有大量軍事應(yīng)用，個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā) 了許多海，陸，空戰(zhàn)用機(jī)器人，以顯示軍事現(xiàn)代化的實(shí)力。機(jī)械臂上的末端執(zhí)行裝置根據(jù)操作需要也可以換成焊槍、吸盤、扳手等其他工具。目前，世界上機(jī)器人無(wú)論從技術(shù)水平上，還是從已裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢(shì)集中在以日美味代表的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家之中。 3 機(jī)器人的發(fā)展及趨勢(shì) 基于 MatlabAutoCAD 下的機(jī)械臂仿真 18 世界上第一臺(tái)機(jī)器人于 1954 年誕 生于美國(guó)，它體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用機(jī)器人的重要特征。工業(yè)機(jī)器人在經(jīng)歷了誕生 —— 成長(zhǎng) —— 成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約 75 萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。 典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)例 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)例 機(jī)構(gòu)通過演示能夠得到許多有用的信息，如主要構(gòu)件的位移，速度，加速度曲線等。當(dāng)需要輸入一個(gè)點(diǎn)時(shí)，既可直接鍵入點(diǎn)的坐標(biāo)，也可以用光標(biāo)給出位置，還可以利用 AutoCAD 對(duì)光標(biāo)的約束功能，捕捉已有實(shí)體上的特殊點(diǎn)；當(dāng)需要輸入一個(gè)值時(shí)，既可直接鍵入一個(gè)值，也可通過橡皮筋的長(zhǎng)度給出。 圖 22 四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖 圖 23為 四桿滑塊 機(jī)構(gòu)及其模擬運(yùn)動(dòng)結(jié)果機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性主要反映搖桿的位移 s，速度 v 和加速度 a 的變化，調(diào)整幾何參數(shù)，可獲得不同的運(yùn)動(dòng)特性。 平面基本桿組應(yīng)滿足的基本條件為： 32Fn?? 0LPP?? () 式中 n—— 桿組中的構(gòu)件數(shù)目； Lp —— 桿組中所含的 低副數(shù)； Hp —— 桿組中所含的高副數(shù)； F —— 桿組的自由度數(shù)。由原動(dòng)件的已知位置開始，按機(jī)構(gòu)的組成順序，逐步按桿組依次確定各個(gè)構(gòu)件的位置。 18 世紀(jì)下半葉第一次工業(yè)革命促進(jìn)了機(jī)械工程學(xué)科的迅速發(fā)展，機(jī)構(gòu)學(xué)在原來(lái)的機(jī)械力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，通過對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究形成了機(jī)構(gòu)學(xué)獨(dú)立的體系和獨(dú)特的研究?jī)?nèi)容，對(duì)于 18～ 19 世紀(jì)產(chǎn)生的紡織機(jī)械、蒸汽機(jī)及內(nèi)燃機(jī)等的結(jié)構(gòu)和性能的完善起了很大的推動(dòng)作用。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++ ， JAVA 的支持。 a) AutoLISP和 VisualLISP Visual LISP 是一個(gè)對(duì)使用 LISP 語(yǔ)言開發(fā)和定制 AutoCAD 的可視化開發(fā)環(huán)境。如果不利用 AutoCAD 開發(fā)系統(tǒng)，要想完成某一具體醒目的設(shè)計(jì)，就會(huì)顯得較為復(fù)雜。既為工具，則務(wù)求易學(xué)好用、得心應(yīng)手，形成一個(gè)友好的、具有某種智能化的工作環(huán)境。包括： ① 數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，如 MATLAB、 MATHCAD 等 。 與硬件和操作系統(tǒng)密切相關(guān)，用于對(duì)系統(tǒng)資源的管理，對(duì)輸和輸出設(shè)備的控制等。這種人機(jī)交互式的設(shè)計(jì)方法，就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD(puter aided design)。在不斷實(shí)踐的過程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。 仿真作為一門綜合性科學(xué) , 將隨著其相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的深入發(fā)展 , 繼續(xù)向縱深快速發(fā)展 , 同時(shí)將擴(kuò)大其綜合應(yīng)用的領(lǐng)域 , 在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。 可以滿足地空空導(dǎo)彈毫米波精確制導(dǎo)仿真的需要。但總的技術(shù)水平 , 特別是應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家比較還有差距 , 需要進(jìn)一步努力 , 加速發(fā)展仿真技術(shù)以縮小差距。半實(shí)物仿真系統(tǒng)的應(yīng)用在國(guó)防工業(yè)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、使用、維護(hù)過程中發(fā)揮了巨大作用。s movement analysis and simulation ABSTRACT This design uses a Lispbased programming language and MATLAB under the CAD software of the robot arm under the procedures of design, the robot arm using CAD Drawing out the form, and Lisp programming language and MATLAB will be Auto CAD software contact trajectory coordinates the use of data and accelerate the speed of the curve, can be designed to be a clear movement of the robot arm trajectory forms and demonstrated the reasonableness and thereby be able to adjust only through the appropriate arm of Auto CAD in the various ponents or trajectory will be able to e to designers want to optimize the design, to a large extent this can reduce our people have to spend a great deal of energy to carry out a large number of plex engineering calculations, a significant increase in the workload and reducing efficiency. Therefore to apply this method, whether in the design of the project or in the calculation of a large number of technology plays a pivotal role KEYWORDS: manipulator, simulation software, modular 目 錄 1 目 錄 摘 要 ............................................... 1 ABSTRACT ........................................... 2 前 言 ............................................. 2 第一章 概 述 ........................................ 4 AutoCAD 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展 ................ 4 Lisp 語(yǔ)言簡(jiǎn)介及在仿真方法 ........................ 6 Matlab 簡(jiǎn)介及仿真應(yīng)用 ............................ 7 第二章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 ................................. 9 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的必要性 ............................ 9 運(yùn)動(dòng)分析的目的及基本方法 ........................ 9 關(guān)于機(jī)構(gòu)和桿組的基本知識(shí) ........................ 10 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ....................................... 11 第三章 基于 LispAuto CAD 下的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)例 ........... 14 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 ................................ 14 運(yùn)動(dòng)分析的目的 ............................. 14 程序說明 .................................. 14 模擬結(jié)果及分析 ............................. 14 典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)例 ........................... 15 第四章 基于 MatlabAuto CAD 下的機(jī)械臂仿真 ........... 17 機(jī)器人介紹 ..................................... 17 機(jī)器人工作原理 .................................. 18 機(jī)械臂介紹及運(yùn)動(dòng)分析 ............................ 19 機(jī)械臂介紹 ................................ 20 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)分析 ........................... 22 機(jī)械臂的仿真程序設(shè)計(jì) ............................ 27 第五章 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)實(shí)例 .............................. 30 總 結(jié) ............................................ 33 參 考 文 獻(xiàn) ......................................... 37 源 程 序 ............................................ 38 前言 2 前 言 仿真 (simulation) 是利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。 隨著仿真技術(shù)的發(fā)展 , 仿真技術(shù)應(yīng)用目的趨于多樣化、全面化。在先進(jìn)分布交互仿真技術(shù)方面 , 我國(guó)初步建成了分布交互綜合仿真系統(tǒng) 【 2】 。 現(xiàn)在國(guó)外的現(xiàn)狀是 以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。美國(guó)等西方國(guó)家除軍事用途外的其他行業(yè)中的仿真技術(shù)及應(yīng)用都居于世界領(lǐng)先水平 , 如飛機(jī)模擬器、車輛運(yùn)輸仿真、電力系統(tǒng)、石化工業(yè)仿真系統(tǒng)等。 近 20 年來(lái)，版本不斷更新，功能日益增強(qiáng)， Auto CAD 從最初的 Auto CAD Vl. 0 版本發(fā)展到現(xiàn)今流行的 Auto CAD2021，成為集平而作圖、三維實(shí)體、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、渲染著色、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等功能于一體的強(qiáng)人輔助設(shè)計(jì)軟件。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，是以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)力學(xué)和數(shù)學(xué)建立的理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式，運(yùn)用數(shù)表、圖形和手冊(cè)等技術(shù)資料，進(jìn)行方案擬定、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖和編寫設(shè)計(jì)說明書。在這個(gè)過程中，工藝設(shè)計(jì)以及采用數(shù)控機(jī)床時(shí)的加工編程等，從工藝過程設(shè)計(jì)到裝配的一系列環(huán)節(jié)同樣也可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，由此構(gòu)成了廣義的 CAM 過程。 CAD／ CAM 軟件 集成化 CAD／ CAM 軟件支持二維和三維圖形方式下進(jìn)行產(chǎn)品及其零件的定義。 目前流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件很多，如 FoxPro、Oracle、 Access 等，它們都屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，常用于商業(yè)和事物管理中。例如，程序員可以用 Autolisp創(chuàng)建程序包來(lái)實(shí)現(xiàn)用位置數(shù)據(jù)自動(dòng)生成 3D輪廓圖，生成 3D對(duì)象的“展開”的圖案，用一系列尺寸信息繪圖 (參數(shù)繪圖 )。如果使用 AutoCAD 開發(fā)系統(tǒng)，則我們可以將上述計(jì)算和繪圖通過高級(jí)語(yǔ)言編制相應(yīng)的程序，在需要設(shè)計(jì)時(shí)，只一個(gè)命令便可以運(yùn)行該程序，計(jì)算和繪圖過程自動(dòng)完成。 Matlab 簡(jiǎn)介及仿真應(yīng)用 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 1984 年由 Little、 Moler、 Steve Bangert 合作成立了的 MathWorks 公司正式把 MATLAB 推向市場(chǎng)。其目的在于研究評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 給定的原動(dòng)件 的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求出機(jī)構(gòu)中其它構(gòu)件的運(yùn) 們 動(dòng)，即求出各構(gòu)件的位置、速度、 及動(dòng)力性能，或求出某些構(gòu)件上特定點(diǎn)的軌跡，以確定機(jī)構(gòu)的行程或外形尺寸。這樣，把 I機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 10 級(jí)機(jī)構(gòu)和各類基本桿組看成是各自獨(dú)立的模塊，分別建立其運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型并編制程序，對(duì)其位置、速度和角速度、加速度和角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行求解。由于平面低副中有回轉(zhuǎn)副（用 R 表示）和移動(dòng)副（用P 表示）兩種類型，對(duì)于由二個(gè)構(gòu)件和三個(gè)低副組成的 II 級(jí)桿組，根據(jù) R 副和 P副的數(shù)目和排列順序的不同，它具有表 21 中所示的五種型式。 2 程序說明 本程序使用 AutoCAD 的內(nèi)部編程語(yǔ)言 AutoLISP 編程。 從模擬結(jié)果可以得到以下結(jié)論 ： （ 1）： ψ 曲線最大 max? 值反映搖桿的擺動(dòng)范圍；對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)可以確定曲柄的極位夾角 ? 和機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù) k ≈。 圖