【正文】 31 結(jié)語 從三維模擬方案出發(fā) ,闡明了利用 CATIA實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模擬的有效方法 ,從 CATIA 的方法重點(diǎn)分析了六自由度機(jī)械手的三維實(shí)體模型的構(gòu)建過程 ,并且給出了 cosmosmotion 方法及其加入 模擬旋轉(zhuǎn)馬達(dá) ,模擬運(yùn)動(dòng)過程同時(shí)建立簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型設(shè)定模型系數(shù)后得到運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)圖 ,從而為進(jìn)一步改進(jìn)打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。手抓到焊接點(diǎn)所在機(jī)件的線性長(zhǎng)度分別為 lc 。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(jí)精度。 2秒 )， J。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(shì)的。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、校核，并進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真己經(jīng)逐漸成為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的特征是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒，手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可做上下直線運(yùn)動(dòng)（ Z）和在水平面內(nèi) 做圓弧狀的左右擺動(dòng) (Ф )。工作性能完善，但控制部分比較復(fù)雜。 通用機(jī)械手又分 簡(jiǎn)易型、示教再現(xiàn)型和智能機(jī)械手、操縱式機(jī)械手等幾種。更復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù) 字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。通 用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看 , 焊接機(jī)器人不斷向智能化方向發(fā)展 , 完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人的群體協(xié)調(diào)和集成控制 , 從而達(dá)到更高的可靠性和安全性。 國內(nèi)焊接機(jī)器人研究的歷史及現(xiàn)狀 我國自上世紀(jì) 70 年代末開始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸形成一門新興的學(xué)科。 1 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 基于 CATIA六自由度焊接機(jī)械手三維設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)械與汽車工程系 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 完成日期 ： 2020 年 3 月 1 日 摘要 2 本文 以六自由度焊接機(jī)械手部的三維運(yùn)動(dòng)仿真為背景。 焊接機(jī)器人的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí) :其一、它能部分地代替人工操作，其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸，其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年我國工業(yè)機(jī)器人呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，平 均年增長(zhǎng)率都超過 40% , 焊接機(jī)器人的增長(zhǎng)率超過了 60% ； 2020年國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人數(shù)量突破 1400 臺(tái)，進(jìn)口機(jī)器人數(shù)量超過 9000臺(tái)，其中絕大多數(shù)應(yīng)用于焊接領(lǐng)域； 2020 年我國新增機(jī)器人數(shù)量超過了 5000臺(tái)，但僅占亞洲新增數(shù)量的 6% ，遠(yuǎn)小于韓國所占的 15% ，更遠(yuǎn)小于日本所占的 69% 。 焊接發(fā)展趨勢(shì)為發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng) , 主要集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身 , 這也是近幾年國內(nèi)轎車生產(chǎn)大規(guī)模、迅速地使用了機(jī)器人的緣故。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種 :液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單；維護(hù)、使用方便。 控制系統(tǒng)以插銷板用得最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。 1 簡(jiǎn)易型通用機(jī)械手是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的一種，固定程序采用凸輪轉(zhuǎn)鼓可變程序則采用插銷板或插件板進(jìn)行控制。 10 基本型式 機(jī)械手型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式而言，主要有四種基本型式 — 直兔坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)型式。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程中，首先是方案設(shè)計(jì)及論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 CATIA 是面向汽車及 航空航天 領(lǐng)域的高端軟件，國內(nèi)及國外汽車廠商都用 CATIA 進(jìn) 行工程設(shè)計(jì)，另外國內(nèi)外飛機(jī)設(shè)計(jì)也用 CATIA，國內(nèi)的 殲 10 戰(zhàn)斗機(jī) 、殲轟 梟龍等都是用CATIA軟件設(shè)計(jì)的 ， 其功能之強(qiáng)大可見一斑 。 則機(jī)械手從初始狀態(tài)到達(dá)夾持點(diǎn)時(shí)，其矢量 )))))((((( 655443482211 iikikiikik CECECELECECP ????? ?????? 14 （ ） 圖 32 用矢量圖表示機(jī)械手 即稱之為機(jī)械手特性方程式，這一特性方程式完全表達(dá)了機(jī)械手的性質(zhì)。 — 零件作為其重心位置的質(zhì)點(diǎn)對(duì)手臂回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (公斤 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 18 （ 2）機(jī)座蓋板的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 19 （ 3）機(jī)身的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 20 （ 4）轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 21 （ 5）大臂的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 22 （ 6）小臂的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 23 （ 7）旋轉(zhuǎn)手腕的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 24 （ 8）擺動(dòng)手腕的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 25 （ 9）手抓的設(shè)計(jì) 利用 CATIA V5 R19 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 26 組裝后的樣子，如圖 27 28 三維實(shí)體建模 模擬方 案的確定 圖 4— 1 六自由度機(jī)械手模擬加載仿真流程圖 CATIA 是微機(jī)版技術(shù)指標(biāo)化特征造型軟件 ,旨在以 1/4～ 1/5 的工作站版相應(yīng)軟件的價(jià)格向廣大機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供用戶界面更友好 ,運(yùn)行環(huán)境更廣大的實(shí)體造型實(shí)用功能?；椎降?1個(gè)旋轉(zhuǎn)副的高度為 h1 。 總結(jié) 通過對(duì)文獻(xiàn)的閱讀，了解了關(guān)于機(jī)械手的發(fā)展過程，以及組成、分類。三維零件圖已經(jīng)準(zhǔn)備好，裝配過程如下： 啟動(dòng) CATIA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。小臂和手腕所在機(jī)件的線性長(zhǎng)度為 lb 。 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(tái)、大臂、小臂、旋轉(zhuǎn)手腕、擺動(dòng)手腕、手抓、銷釘、螺栓、螺母等構(gòu)成。米 如對(duì)六個(gè)自由度的通用機(jī)械手如圖 32 具有 ?1 、 ?2 、 L3 、 ?3 、 ?4 、 ?5 。 軟件的特點(diǎn)及前景 CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和 CATIA 軟件的發(fā)展 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展 近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形處理能力日益增強(qiáng)，以計(jì)算機(jī)為主要工具的 仿真技術(shù)也迅速發(fā)展起來，并很快應(yīng)用于工程領(lǐng)域。 (5)手爪夾緊動(dòng)作 。它能在三維空間中作極其復(fù)雜的動(dòng)作。它的動(dòng)作程序可以按照工作需要來改變，大都是采用順序控制系統(tǒng)，如插銷板、插件板、穿孔帶、穿孔卡、凸輪轉(zhuǎn)鼓、磁芯和磁鼓等。 對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手 (機(jī)器人 )，采用示教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。有的采用直線電動(dòng)機(jī)。 總括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電 液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、交流伺服馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。預(yù)計(jì)未來 5年 , 國內(nèi)企業(yè)對(duì)焊接機(jī)器人的需求量將以以上的速度增長(zhǎng)。從數(shù)量和智能化的程度來看 , 日本的焊接機(jī)器人在世界上占明顯優(yōu)勢(shì) , 并已向美、英等國大量出口。 焊接機(jī)器人的概述 焊接機(jī)器人是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 介紹了國內(nèi)外焊接機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r并著重分析了六自由度焊接機(jī)械手運(yùn)動(dòng)原理和三維制圖軟件 CATIA的應(yīng)用，在此軟件基礎(chǔ)上對(duì)手部進(jìn)行了繪制，運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)畫模擬。 從而大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。這對(duì)于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度以及經(jīng)濟(jì)總量來說顯然是不匹配的，這說明我國制造業(yè)的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高，另一方面也反映了我國勞動(dòng)力成本的低廉，制造業(yè)自動(dòng)化水平以及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用程度的提高受到限制。焊接機(jī)器人生產(chǎn)線更加要求高度自動(dòng)化 , 廣泛采用 6自由度的機(jī)器人 , 且機(jī)器人具有焊鉗儲(chǔ)存庫 , 可根據(jù)焊裝部位的不同要求或焊裝產(chǎn)品的變更 , 自動(dòng)從儲(chǔ)存庫抓換所需焊鉗。其中以液壓、氣動(dòng)用的最多，占 90％ 以上；電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用同一型式的動(dòng)力，出力比較大，缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。它裝有許多凸輪，每一凸輪分配給一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)一周便完成一個(gè)工作循環(huán)。 2 示教再現(xiàn)型通用機(jī)械手，先由人操縱機(jī)械手完成必要的動(dòng)作，由磁帶或磁鼓加以記錄存貯，然后根據(jù)存貯的信息進(jìn)行動(dòng)作。現(xiàn)簡(jiǎn)述如下 : 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在狹窄空間工作。在設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，有時(shí)這些試驗(yàn)甚至是破壞性的。 CATIA具有以