【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(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。單擊“仿真”按鈕，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。三維零件圖已經(jīng)準(zhǔn)備好，裝配過程如下： 啟動(dòng) 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。小臂和手腕所在機(jī)件的線性長度為 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、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 如對六個(gè)自由度的通用機(jī)械手如圖 32 具有 ? ? L ? ? ?5。這些動(dòng)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(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要方向。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在承受負(fù)荷的同時(shí)必須承受自重。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作 : (1)手臂水平回轉(zhuǎn) ?？刂泣c(diǎn)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(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。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(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(dòng)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(jī)器人培訓(xùn)學(xué)校。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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。 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(dòng)軌跡規(guī)劃的實(shí)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(jī)器人的價(jià)格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動(dòng)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。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) 。它利用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，利用擺動(dòng)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(dòng)。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)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(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”。 如在 X、 Y、 Z 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上各具有 A、 B、 C 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成六個(gè)自由度 。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大 臂 和小臂的 擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。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。 (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(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)制作成 AVI 格式的動(dòng)畫 ,也可將動(dòng)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(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(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)手腕的運(yùn)動(dòng)，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?，F(xiàn)分述如下 : 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 根據(jù)手臂運(yùn)動(dòng)的不同，驅(qū)動(dòng)力可分為兩種情況來計(jì)算。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。 表 4— 2 各軸所在轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間作商則可得平均速度 Vx =Δ l/t 。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。 (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(dòng)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(dòng) ,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。 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(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。裝配過程中合理的選擇配合關(guān)系以方便以后的運(yùn)動(dòng)仿真操作。 ,順時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為正。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。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。 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(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。它是世界上最廣泛使用的機(jī)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(biāo)圖中可以查看的工程數(shù)據(jù)。 Solidworsks 具有以下特點(diǎn) : (l).SolidWorks 是當(dāng)今世界基于 NT/Windows 平臺的三維機(jī)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(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。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。現(xiàn)簡述如下 : 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。 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。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)。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。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。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。這對于我國的經(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。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。 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 SolidWorks 的應(yīng)用，在此軟件基礎(chǔ)上對手部進(jìn)行了繪制，運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)畫模擬。它對于在實(shí)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(shí)意義。 預(yù)計(jì)在未來的五年中 , 日本焊接機(jī)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(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(qiáng)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(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。 電氣驅(qū)動(dòng)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(dòng)作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯?。絕大部分機(jī)械手是點(diǎn)位控制型。 (3)少手臂上下 。如需要大的轉(zhuǎn)動(dòng)角，則宜采用擺動(dòng)油缸。借助于這項(xiàng)技術(shù)，工程師們可以在計(jì)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(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(jì)。 COSMOSMotion 和在 SolidWorks 裝配 體建模工具中看到的運(yùn)動(dòng)之間 有很多 區(qū)別 ， COSMOSMotion 將物理情況（作用力、動(dòng)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(kuò)展，它使用 SolidWorks 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫并且沒有 SolidWorks 數(shù)據(jù)的復(fù)制 /導(dǎo)出。 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 ????? ?????? （ ） 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)對手臂回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (公斤 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 （ 2） 機(jī)座蓋板的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 （ 3）機(jī)身的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 （ 4）轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 （ 5）大臂的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 （ 6）小臂的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 （ 7）旋轉(zhuǎn)手腕的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 （ 8） 擺動(dòng)手腕的設(shè)計(jì) 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 （ 9）手抓的設(shè)計(jì) 利用 SW2020 實(shí)體設(shè)計(jì)，如圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì) 25 第 4章 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 SolidWorks 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 。先選擇名稱為轉(zhuǎn)臺的零件，單擊“打開”。加入旋轉(zhuǎn)進(jìn)行模擬 ,其方向和旋轉(zhuǎn)角速度都按照既定的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)定 ,在幾個(gè)連接機(jī)構(gòu)的連接副上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)副的設(shè)置后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬 ,同時(shí)旋轉(zhuǎn)角度要防止零件的干涉 ,因此要嚴(yán)格按照表 4—2的最大旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行約束 ,必要時(shí)可選擇錄像功能 ,可對動(dòng)畫從多個(gè)方向進(jìn)行觀察 ,可將動(dòng)畫保存 ,更加直觀地得到六自由度機(jī) 械手 的運(yùn)動(dòng)效果圖 ,就像真正的機(jī)器在面前一樣 ,根據(jù)運(yùn)動(dòng)效果圖和模擬得到的數(shù)據(jù)可以按照要求對機(jī)器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 參考文