【正文】 隨著對機 械手 研究的不斷深入和機 械手 領(lǐng)域的不斷拓展，機 械手 仿真 系統(tǒng)作為機器人設(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。單擊“仿真”按鈕，對機構(gòu)進行運動仿真。三維零件圖已經(jīng)準備好，裝配過程如下： 啟動 SolidWorks 軟件，如下圖選擇“裝配圖”選項， 單擊“確定”按鈕，建立裝配體操作界面。小臂和手腕所在機件的線性長度為 lb 。 焊接機械手各零部件的設(shè)計 焊接機械手的零部件包括 :機座、機座蓋板、機身、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。米 如對六個自由度的通用機械手如圖 32 具有 ? ? L ? ? ?5。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。此外，通過采用功能虛擬原型機仿真，公司將能夠測試更多的產(chǎn)品配置。作為一門新興的高技術(shù)，己經(jīng)成為工程技術(shù)領(lǐng)域計算機應(yīng)用的重要方向。傳動機構(gòu)在承受負荷的同時必須承受自重。 圓柱坐標式機械手有五個基本動作 : (1)手臂水平回轉(zhuǎn) ?？刂泣c數(shù)愈多，性能愈好。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。 程序的存貯方式分為分離存貯和集中存貯兩種。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁性吸盤。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 焊接機器人的發(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)機器人自動化系列產(chǎn)品外。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)立了焊接機器人培訓(xùn)學(xué)校。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、 焊接 、電子、輕工和原子能等部門。 重點分析了六自由度機 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 ： SolidWorks 。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。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機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，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)示著機器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間巨大。對未來大量采用焊接機器人的生產(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 。它利用油缸、油馬達加齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動，利用擺動油缸、油馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。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。 3 智能機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，以電子計算機模擬人的“大腦”。 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 。 關(guān)節(jié)式機械手有大 臂 和小臂的 擺動，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運動。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計 試驗 設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。 (3).完全漢化，使用過程中無任何語言障礙。通過 Animator 可以將產(chǎn)品運動及旋轉(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。 工作原理是 固定機座后通過機身上轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)和大 小手臂的運動帶動旋轉(zhuǎn)手腕的轉(zhuǎn)動和擺動手腕的運動，在給手抓一個配合尺寸使之能夠自由的伸縮以便夾取工件。現(xiàn)分述如下 : 驅(qū)動力的計算 根據(jù)手臂運動的不同，驅(qū)動力可分為兩種情況來計算。計算時可把手臂偏重部分分解為幾個單元，先分別計算，然后匯總。 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。 將總長的變化量和時間作商則可得平均速度 Vx =Δ l/t 。在“選擇第一個部件”的選項框內(nèi)選擇“大臂”，在“選擇第二個部件”的選項框內(nèi)選擇“轉(zhuǎn)臺”，在“選擇位置”的選項框中選擇“大臂”，在“選擇 Z 軸”選項框內(nèi)選擇“機身”的邊線，在“選擇 X 軸”選項框內(nèi)選擇“小臂”的邊線。 (2) 在設(shè)定情況下手 爪 X 坐標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動又劇烈慢慢減緩 ,這符合實際工作要求 ,在空載空間加速運動 ,在即將達到焊接點時減慢速度 ,防止加速產(chǎn)生的沖擊作用。 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。 分析可知 : (1) 在設(shè)定的 情況下手 爪 的位置坐標 Y 幾乎沒有發(fā)生變化 ,即手臂的焊接點高度沒有太大變化。裝配過程中合理的選擇配合關(guān)系以方便以后的運動仿真操作。 ,順時針為負逆時針為正。設(shè)置單位的正確對于得到清晰合理的設(shè)計結(jié)果有很重要的意義。各零件的重 量可按其結(jié)構(gòu)形狀、材料比重進行粗略計算。 手臂的 設(shè)計 計算 對手臂結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運動精度和定位精度。它是世界上最廣泛使用的機械系統(tǒng)模擬工具。裝配體建模工具無法模擬在 COSMOSMotion 中提供的齒輪、凸輪、插銷、作用力等，或者無法生成在 XY 坐標圖中可以查看的工程數(shù)據(jù)。 Solidworsks 具有以下特點 : (l).SolidWorks 是當今世界基于 NT/Windows 平臺的三維機械 CAD 軟件系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，目前己在國內(nèi)外中小型企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在設(shè)計完成后，為了驗證設(shè)計，通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗甚至是破壞性的。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄空間工作?，F(xiàn)簡述如下 : 直角坐標式機械手 直角坐標式機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械手。 2 示教再現(xiàn)型通用機械手，先由人操縱機械手完成必要的動作，由磁帶或磁鼓加以記錄存貯，然后根據(jù)存貯的信息進行動作。它裝有許多凸輪，每一凸輪分配給一個運動軸，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動一周便完成一個工作循環(huán)。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用同一型式的動力，出力比較大，缺點是控制響應(yīng)速度比較慢。其中以液壓、氣動用的最多，占 90％ 以上；電動、機械驅(qū)動用的較少。焊接機器人生產(chǎn)線更加要求高度自動化 , 廣泛采用 6自由度的機器人 , 且機器人具有焊鉗儲存庫 , 可根據(jù)焊裝部位的不同要求或焊裝產(chǎn)品的變更 , 自動從儲存庫抓換所需焊鉗。這對于我國的經(jīng)濟發(fā)展速度以及經(jīng)濟總量來說顯然是不匹配的，這說明我國制造業(yè)的自動化程度有待進一步提高，另一方面也反映了我國勞動力成本的低廉， 制造業(yè)自動化水平以及工業(yè)機器人應(yīng)用程度的提高受到限制。從而大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 介紹了國內(nèi)外焊接機器人的發(fā)展狀況并著重分析了六自由度焊接機 械手 運動原理和三維制圖軟件 SolidWorks 的應(yīng)用，在此軟件基礎(chǔ)上對手部進行了繪制，運動分析和動畫模擬。它對于在實際工作中機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。 預(yù)計在未來的五年中 , 日本焊接機器人的產(chǎn)值將迅速增長 。保證了公司的產(chǎn)品技術(shù)水平始終與世界先進水平同步 , 為廣大客戶提供最大增值服務(wù) , 形成了以機器人和先進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。手臂的作用是引導(dǎo)手指準確地抓住工件，并運送到所需要的位置上。 電氣驅(qū)動采用的不多。 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。它能對不同物件完成多種動作，具有相當?shù)耐ㄓ眯?。絕大部分機械手是點位控制型。 (3)少手臂上下 。如需要大的轉(zhuǎn)動角，則宜采用擺動油缸。借助于這項技術(shù)，工程師們可以在計算機上建立機械系統(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。 COSMOSMotion 和在 SolidWorks 裝配 體建模工具中看到的運動之間 有很多 區(qū)別 ， COSMOSMotion 將物理情況（作用力、動量和重力）考慮在內(nèi)，而裝配體建模工具則不然。 COSMOSMotion 用戶界面是 SolidWorks 界面的無縫擴展，它使用 SolidWorks 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 數(shù)據(jù)存儲庫并且沒有 SolidWorks 數(shù)據(jù)的復(fù)制 /導(dǎo)出。 則機械手從初始狀態(tài)到達夾持點時，其矢量 )))))((((( 655443482211 iikikiikik CECECELECECP ????? ?????? （ ） 圖 32 用矢量圖表示機械手 即稱之為機械手特性方程式，這一特性方程式完全表達了機械手的性質(zhì)。 — 零件作為其重心位置的質(zhì)點對手臂回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 (公斤 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 （ 2） 機座蓋板的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 （ 3）機身的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 （ 4）轉(zhuǎn)臺的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 （ 5）大臂的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 （ 6）小臂的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 22 （ 7）旋轉(zhuǎn)手腕的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 （ 8） 擺動手腕的設(shè)計 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 （ 9）手抓的設(shè)計 利用 SW2020 實體設(shè)計，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 組裝后的樣子，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 第 4章 三維實體建模 模擬方案的確定 圖 4— 1 六自由度機 械手 模擬加載仿真流程圖 SolidWorks 是微機版技術(shù)指標化特征造型軟件 ,旨在以 1/4～ 1/5 的工作站版相應(yīng)軟件的價格向廣大機械設(shè)計人員提供用戶界面更友好 ,運行環(huán)境更廣大的實體造型實用功能。基座底到第 1個旋轉(zhuǎn)副的高度為 h1 。先選擇名稱為轉(zhuǎn)臺的零件，單擊“打開”。加入旋轉(zhuǎn)進行模擬 ,其方向和旋轉(zhuǎn)角速度都按照既定的數(shù)據(jù)進行規(guī)定 ,在幾個連接機構(gòu)的連接副上進行轉(zhuǎn)動副的設(shè)置后進行運動模擬 ,同時旋轉(zhuǎn)角度要防止零件的干涉 ,因此要嚴格按照表 4—2的最大旋轉(zhuǎn)角度進行約束 ,必要時可選擇錄像功能 ,可對動畫從多個方向進行觀察 ,可將動畫保存 ,更加直觀地得到六自由度機 械手 的運動效果圖 ,就像真正的機器在面前一樣 ,根據(jù)運動效果圖和模擬得到的數(shù)據(jù)可以按照要求對機器的運動進行改進。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 32 參考文