【正文】 旋轉(zhuǎn)按照旋轉(zhuǎn)變換張量來表示。 手臂的 設(shè)計(jì) 計(jì)算 對手臂結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達(dá)到動作靈活、運(yùn)動速度高、節(jié)約材料和動力，同時(shí)減少運(yùn)動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動精度和定位精度。 2秒 ) ?? — 手臂回轉(zhuǎn)的角速度差 (弧度 /秒 )， t? — 啟動時(shí)所需的時(shí)間 (秒 ) ； cJ — 零件對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 (公斤各零件的重 量可按其結(jié)構(gòu)形狀、材料比重進(jìn)行粗略計(jì)算。 導(dǎo)套的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù) h 值的大小做成長的套管，或用兩個(gè)相距很近的短套管 。設(shè)置單位的正確對于得到清晰合理的設(shè)計(jì)結(jié)果有很重要的意義。 設(shè)大臂 所在機(jī)件的線性長度為 la 。 ,順時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為正。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 模擬加載與仿真 仿真模擬的實(shí)現(xiàn) （ 1）機(jī)構(gòu)的裝配過程 該機(jī)構(gòu)由 13 個(gè)零件裝配而成，分別是定位轉(zhuǎn)臺 、 大臂 、 小臂 、 手腕 、 手抓等。裝配過程中合理的選擇配合關(guān)系以方便以后的運(yùn)動仿真操作。 參 數(shù) 設(shè) 置 完 成 ， 在 COSMOSMotion 菜 單 中 選 擇 “ 選 項(xiàng) ”， 打 開“ COSMOSMotion 選項(xiàng)”對話框，選擇仿真選項(xiàng)卡，將持續(xù)時(shí)間設(shè)置為 16秒，幀的數(shù)目設(shè)置為 800，其余參數(shù)選擇默認(rèn)值，單擊“確定”完成設(shè)置。 分析可知 : (1) 在設(shè)定的 情況下手 爪 的位置坐標(biāo) Y 幾乎沒有發(fā)生變化 ,即手臂的焊接點(diǎn)高度沒有太大變化。 熟練掌握 Solidworks 的三維建模和動態(tài)仿真，尤其對了解了強(qiáng)大的COSMOSMotion 插件與其他三維動態(tài)仿真軟件 的 差別，掌握了使用 COSMOSMotion 的基本流程。 最后對論文完成工作中，給以作者關(guān)懷和幫助的所有老師和同學(xué)表示誠摯的謝意。它對于驗(yàn)證機(jī) 械手 的工作原理工作空間及碰撞檢測都具有非常重要的指導(dǎo)意義 。 (2) 在設(shè)定情況下手 爪 X 坐標(biāo)方向中的速度變化先減小后增大 ,有速度的斜率可推斷手抓運(yùn)動又劇烈慢慢減緩 ,這符合實(shí)際工作要求 ,在空載空間加速運(yùn)動 ,在即將達(dá)到焊接點(diǎn)時(shí)減慢速度 ,防止加速產(chǎn)生的沖擊作用。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 進(jìn)行運(yùn)動校核 在 SolidWorks 有 cosmosmotion 插件是專門用來進(jìn)行運(yùn)動模擬和校核 ,首先在幾個(gè)零部件的可轉(zhuǎn)動連接 點(diǎn)加入轉(zhuǎn)動馬達(dá) ,它有伺服電動機(jī)的作用。在“選擇第一個(gè)部件”的選項(xiàng)框內(nèi)選擇“大臂”，在“選擇第二個(gè)部件”的選項(xiàng)框內(nèi)選擇“轉(zhuǎn)臺”，在“選擇位置”的選項(xiàng)框中選擇“大臂”，在“選擇 Z 軸”選項(xiàng)框內(nèi)選擇“機(jī)身”的邊線，在“選擇 X 軸”選項(xiàng)框內(nèi)選擇“小臂”的邊線。 選擇左下方“瀏覽”按鈕如圖，打開零件存放的目錄，選擇第一個(gè)零件系統(tǒng)將默認(rèn)為固定的零件，以后添加的零件依次為基準(zhǔn)。 將總長的變化量和時(shí)間作商則可得平均速度 Vx =Δ l/t 。手抓到焊接點(diǎn)所在機(jī)件的線性長度分別為 lc 。 表 4— 2 各軸所在轉(zhuǎn)動副旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)表 構(gòu)造 旋轉(zhuǎn)范圍 軸 1 （轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)） 180~180176。各零部件的設(shè)計(jì)如下 ： （ 1） 機(jī)座的設(shè)計(jì) 制造精度：此機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)械，故選用 7 級精度 。計(jì)算時(shí)可把手臂偏重部分分解為幾個(gè)單元，先分別計(jì)算，然后匯總。 2秒 )， J?，F(xiàn)分述如下 : 驅(qū)動力的計(jì)算 根據(jù)手臂運(yùn)動的不同，驅(qū)動力可分為兩種情況來計(jì)算。六個(gè)變數(shù)，其中前面三個(gè)主要是為了 給出位置，后面三個(gè)主要是用來給出姿勢的。 工作原理是 固定機(jī)座后通過機(jī)身上轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)和大 小手臂的運(yùn)動帶動旋轉(zhuǎn)手腕的轉(zhuǎn)動和擺動手腕的運(yùn)動，在給手抓一個(gè)配合尺寸使之能夠自由的伸縮以便夾取工件。與 COSMOSMotion 一樣，這些動畫可被存儲為 AVI 文件以供協(xié)作。通過 Animator 可以將產(chǎn)品運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)制作成 AVI 格式的動畫 ,也可將動畫保存成 . bmp 或 . tga 格式的一系列的靜止圖像。大多數(shù)公司發(fā)現(xiàn)， COSMOSMotion 通常在一個(gè)項(xiàng)目中就可以收回投資。 (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(jì)算機(jī)運(yùn)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(jì) 試驗(yàn) 設(shè)計(jì)過程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。因此，傳動效率很低。 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(yùn)動。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 (2)手臂伸縮 。 如在 X、 Y、 Z 三個(gè)直線運(yùn)動方向上各具有 A、 B、 C 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，即構(gòu)成六個(gè)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(jì)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、穿孔黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 帶內(nèi)，位置信息存貯于時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作。 為了減少停機(jī)時(shí)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(shí)現(xiàn)直線運(yùn)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(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 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(shí)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(qiáng)大的研發(fā)設(shè)計(jì)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(jià)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(qiáng)國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)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(gè)機(jī)器人 , 今年又將引進(jìn) 300個(gè)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(yùn)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(diǎn)分析了六自由度機(jī) 械 手的三維建模和建模后運(yùn)動軌跡規(guī)劃的實(shí)現(xiàn) 關(guān)鍵詞 ： SolidWorks 。對于 SolidWorks 制圖軟件主要介紹了其產(chǎn)生和發(fā)展的歷史以及應(yīng)用前景，具體介紹了零件三維制圖的操作方法和運(yùn)動過程，展示了 SolidWorks 強(qiáng)大的運(yùn)動仿真功能。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、 焊接 、電子、輕工和原子能等部門。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。此外 ,許多日本大公司 , 如大阪變壓器公司先后在大阪、東京、名古屋 等地設(shè)立了焊接機(jī)器人培訓(xùn)學(xué)校。 當(dāng)前焊接機(jī)器人的應(yīng)用迎來了難得的發(fā)展機(jī)遇。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢 為 保障公司的產(chǎn)品和技術(shù)與世界水平同步發(fā)展 , 新 松公司充分利用自身的技術(shù)優(yōu)勢和行業(yè)地位 , 除了開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)機(jī)器人自動化系列產(chǎn)品外。傳輸裝置則已發(fā)展為采用無人駕駛的更具柔性化的感應(yīng)導(dǎo)向小車。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁性吸盤。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 機(jī)械驅(qū)動只用于動作固定的場合。 程序的存貯方式分為分離存貯和集中存貯兩種。 插銷板適用于 需 要迅速改變程序的場合。它的工作程序是固定的，也可根據(jù)需要編制程序控制，以獲得多種工作程序，適應(yīng)多種作業(yè)的需要。故又稱之為重復(fù)型機(jī)械手?？刂泣c(diǎn)數(shù)愈多，性能愈好。它的手臂可作伸縮，左右和上下移動，按直角坐標(biāo)形式 X， Y， Z 只個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn) 動，其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動，二個(gè)直線運(yùn)動或三個(gè)直線運(yùn)動。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動作 : (1)手臂水平回轉(zhuǎn) 。關(guān)節(jié)式機(jī)械手，早在四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。傳動機(jī)構(gòu)在承受負(fù)荷的同時(shí)必須承受自重。當(dāng)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，又要回頭修改設(shè)計(jì)并再用樣機(jī)驗(yàn)證。作為一門新興的高技術(shù)，己經(jīng)成為工程技術(shù)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要方向。 (2).易學(xué)、易用，操作過程直觀、簡單，功能強(qiáng)大。此外，通過采用功能虛擬原型機(jī)仿真，公司將能夠測試更多的產(chǎn)品配置。 SolidWorks 的運(yùn)動仿真及動畫制作也可以通過其插件 Animator 軟件進(jìn)行的。這些動畫可以包含旋轉(zhuǎn)裝配體、裝配 /拆卸零件以及樞接裝配體。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 3章 焊接 機(jī) 械 手 的設(shè)計(jì)思想 焊接 機(jī)械手的任務(wù)就是從原始位置到達(dá)工作地點(diǎn)并完成一系列作業(yè)需要的動作。 如對六個(gè)自由度的通用機(jī)械手如圖 32 具有 ? ? L ? ? ?5。手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是驅(qū)動力的計(jì)算和偏重力矩的計(jì)算。米重心位置，由于零件多數(shù)均選用對稱結(jié)構(gòu)，故重心應(yīng)位于其幾何截面的形心上。 焊接機(jī)械手各零部件的設(shè)計(jì) 焊接機(jī)械手的零部件包括 :機(jī)座、機(jī)座蓋板、機(jī)身、轉(zhuǎn)臺、大臂、小臂、旋轉(zhuǎn)手腕、擺動手腕、手抓、 銷釘、螺栓、螺母等構(gòu)成。 簡單數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)所給出的六自由度機(jī) 械手 的運(yùn)動情況給出各個(gè)轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)角度 (見表 4—2) 。小臂和手腕所在機(jī)件的線性長度為 lb 。 可得機(jī)器人 x 軸的總水平伸長量 l = al sin + bl sin (α +β ) + cl sin (α +β +γ )=104 總的身長高度 h = al sin + bl sin (α +β ) + cl sin (α +β +γ ) + h1=200 根據(jù)基座的旋轉(zhuǎn)角度可得到 爪 手所持的焊接點(diǎn)的三維空間坐標(biāo) ( x , y , z) : ( lcos φ , h , lsin φ ) 根據(jù)坐標(biāo)可分別逆推待定和計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)動副的旋 轉(zhuǎn)角度進(jìn)行可行性設(shè)計(jì)。三維零件圖已經(jīng)準(zhǔn)備好，裝配過程如下： 啟動 SolidWorks 軟件，如下圖選擇“裝配圖”選項(xiàng)， 單擊“確定”按鈕，建立裝配體操作界面。如下圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 （ 2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)的設(shè)置 啟 動 COSMOSMotion 插件，為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動形式的模擬，首先定義前進(jìn)的運(yùn)動形式，操作過程如下：在次節(jié)點(diǎn)“運(yùn)動”上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“對零部件添加運(yùn)動”選項(xiàng)，彈出定義運(yùn)動的“插入”對話框添加相應(yīng)參數(shù)。單擊“仿真”按鈕，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真。 X 坐標(biāo)值減小 ,即手臂的總伸縮量減小 ,是一個(gè)縮進(jìn)過程 , Z 坐標(biāo)值減小 ,但是變化幅度不大 ,說明基座轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)幅度并不是很大。 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(jì)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。