【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 宏觀世界是基于特征的實(shí)體造型軟件，“基于特征”的意思是零件模型的構(gòu)造是由各個(gè)特征來(lái)生成的零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就是特征的累積過(guò)程，而所謂特征是指可以用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)體模型，通常特征應(yīng)滿足以下條件： 8 （ 1） 特征必須是一個(gè)實(shí)體或零件的具體構(gòu)成之一； （ 2） 特征能對(duì)應(yīng)某一形 狀； （ 3） 特征的性質(zhì)是可以預(yù)料的； 全相關(guān)性： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒(méi)有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開(kāi)發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén) 用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使用戶(hù) 利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式 出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 總之， Pro/ENGINEER 秉承“易學(xué)易用、功能強(qiáng)大、互 連互通”的理念。軟件以使用方便、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān)性而著 。 9 第三章 六自由度機(jī)械手零件的建模 在 Pro/E 軟件環(huán)境下，機(jī)械三維建模應(yīng)該嚴(yán)格以設(shè)計(jì)構(gòu)思或者前期計(jì)算為依據(jù)，盡量保持三維圖形數(shù)據(jù)的完整和正確性。三維模型的一般建模過(guò)程如圖所示。 圖 Pro/E 零件建模一般過(guò)程 由于在 Pro/ENGINEER 中實(shí)體模型可以有多種不同的構(gòu)造方法，采取何種方法更為合理、高效，需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，要根據(jù)圖形的形狀選擇合適的構(gòu)造模型的方式。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)體模型之 前，必須要考慮好模型的生成方法和步驟。其中建模的難點(diǎn)在于輔助平面和輔助點(diǎn)的建立，只有建立好輔助平面和輔助點(diǎn)，才能保證零件模型的精確性。 圖 六自由度 機(jī)械手 由課題資料提供圖 可知，六自由度機(jī)械手的主要建模構(gòu)件為：機(jī)械手指、 機(jī)械手掌、 機(jī)械手腕、機(jī)械手臂、垂直軸旋轉(zhuǎn)體、垂直軸支撐體 、底座 等。 六自由度機(jī)械手 手 指 建模 （ 1）運(yùn)行 Pro/E，新建零件 PRT0001, 創(chuàng)建和更改基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)，詳見(jiàn) 圖 PRT0001 10 圖 圖 （ 2）創(chuàng)建機(jī)械手指 的基本輪廓，這一步用草繪曲線的方法，選取 TOP 面為基準(zhǔn)面，單擊 拉伸工具，然后右鍵單擊（延時(shí)單擊）界面，出現(xiàn)右鍵菜單，選取定義內(nèi)部草繪（如上圖 ），出現(xiàn)草繪界面， 接著草繪機(jī)械手指外部輪廓，包括 長(zhǎng)，寬，指 尖，斜背，內(nèi)槽，旋轉(zhuǎn)中心軸輪廓等，其草繪結(jié)果如下： 圖 （ 3）拉伸 形成 實(shí)體，確定草繪尺寸、輪廓無(wú)誤后，單擊草繪工具欄下方 按鈕，進(jìn)入拉伸實(shí)體界面。此操作可定義機(jī)械手指 所需的厚度，雙擊界面中尺寸數(shù)字，輸入所需厚度 5，見(jiàn)下圖 圖 11 敲 Enter 回車(chē)鍵即完成定義。操作無(wú)誤后，單擊界面下方 按鈕，即完成機(jī)械手指 的實(shí)體拉伸。 （ 4）去除實(shí)體重合部位，由于機(jī)械手指 由兩瓣組成且形成對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)，所以?xún)砂旯惨换剞D(zhuǎn)中心 ，必然有實(shí)體重合，因此需進(jìn)行實(shí)體重合部位的處理。其操作仍屬于拉伸實(shí)體，與步驟（ 3） 類(lèi)似，只是拉伸實(shí)體時(shí)須額外步驟。現(xiàn)仍先選取 TOP 面（亦機(jī)械手指底面）為基準(zhǔn)面，單擊 拉伸工具，右鍵單擊進(jìn)去草繪界面，草繪須拉伸的實(shí)體，旋轉(zhuǎn)中心外輪廓，如下圖 圖 圖 草繪完成后，單擊 確定按鈕，進(jìn)去拉伸界面，定義拉伸厚度為 3，如上圖 所示。 由于此次拉伸并不是增加實(shí)體，而是去除材料，所以應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)操作，如下圖所示 圖 單擊界面下方工具欄中去 除材料按鈕即可，而后 單擊界面下方 按鈕， 即完成了實(shí)體重合部位的去除。 （ 5）打旋轉(zhuǎn)中心孔， Pro/E 具有方便的打孔工具，選取需要打孔的面，然后單擊零件界面右邊工具欄 孔工具按鈕，而后選取的面上便出現(xiàn)了孔的示意模型，定義孔的位置 在旋轉(zhuǎn)中心上 ，深度 為至下一個(gè)曲面 ， 直徑為 3，見(jiàn)下圖 圖 12 而后 單擊界面下方 按鈕，便完成了旋轉(zhuǎn)中心孔。 （ 6）倒圓角 邊 ，逐個(gè)選取所需倒圓角的邊，而后逐個(gè)倒圓角，或者按住 Ctrl 鍵一次全選需 要 倒圓角的邊， 如下圖 ，然后直接右鍵單擊出現(xiàn)圖中倒圓角 邊選項(xiàng)，選 圖 取并定義圓角半徑即完成倒圓角邊操作。 六自由度機(jī)械手 手 掌 建模 由于機(jī)械 手 手指需嵌入手掌內(nèi)部 ，使起到固定和支撐的作用。故機(jī)械 手 手掌分為上部、下部?jī)刹糠帧?機(jī)械 手 手掌 上部 建模過(guò)程如下： （ 1） 利用拉伸工具，拉伸出手掌上部的主體。 （ 2） 利用基準(zhǔn)工具，創(chuàng)建一基準(zhǔn)平面，為后面的拉伸做準(zhǔn)備。 （ 3） 利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械 手 手指嵌入空間。 （ 4） 利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械 手 手腕連接件的嵌入空間。 （ 5） 利用拉伸工具，拉伸出上下機(jī)械 手 手掌連接螺栓的支持柱。 （ 6） 利用孔工具，打出前后 2 個(gè)連接螺栓孔 和旋轉(zhuǎn)中心軸孔。 （ 7） 利用陣列工具，陣列機(jī)械 手 手腕連接件嵌入孔。 （ 8） 最后倒圓角邊。 13 圖 六自由度機(jī)械手 手掌 上部 機(jī)械手手掌下部 建模過(guò)程如下： （ 1） 利用拉伸工具，創(chuàng)建外形尺寸特征。 （ 2） 利用孔工具，打出前后 2 個(gè)連接螺栓孔。 （ 3） 倒圓角邊。 圖 六自由度機(jī)械手 手掌下部 六自由度機(jī)械手手腕建模 機(jī)械手手腕建模過(guò)程： （ 1） 利用拉伸工具，拉伸機(jī)械手手腕主體。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手掌連接件的活動(dòng)槽。 （ 3） 利用拉伸工具，拉伸出與機(jī)械手手臂的連接桿。 14 （ 4） 利用孔工具， 創(chuàng)建與機(jī)械手手掌連接件相配合的銷(xiāo)釘孔。 （ 5） 利用孔工具，創(chuàng)建連接桿上與機(jī)械手手臂 相配合的銷(xiāo)釘孔 。 圖 六自由度 機(jī)械手手腕 還有與之相關(guān)的連接件如下圖 ： 圖 連接件 六自由度機(jī)械手手臂建模 由于為六自由度機(jī)械手，手臂須分前臂和后臂 ， 才能達(dá)到所需靈活度與自由度 ，前臂與后臂模型一致。 機(jī)械手手臂 建模過(guò)程： （ 1） 利用拉伸工具，拉伸機(jī)械手手臂主體。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手腕連接件的活動(dòng)槽。 （ 3） 利用拉伸工具，拉伸出與機(jī)械手手臂后臂的連接桿。 （ 4） 利用孔工具，創(chuàng)建與機(jī)械手手腕連接件相配合的銷(xiāo)釘孔。 （ 5） 利用孔工具，創(chuàng)建連接桿上與機(jī)械手手臂后臂相配合的銷(xiāo)釘 孔。 （ 6） 倒圓角邊。 15 圖 六自由度機(jī)械手手臂 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模 垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模 過(guò)程： （ 1） 利用拉伸工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體主體。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出與機(jī)械手手臂連接件的嵌入槽。 （ 3） 利用孔工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸孔和旋轉(zhuǎn)體頂蓋固定螺釘孔。 （ 4） 利用鏡像工具，鏡像出對(duì)應(yīng)的另外 2 個(gè)螺釘孔。 （ 5） 利用可變剖面掃描工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體 與支撐體間 活動(dòng)滾珠運(yùn)動(dòng)槽。 （ 6） 倒圓角邊。 圖 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體 六自由度機(jī)械手垂直軸支撐體建模 垂直軸支撐體建模 ： （ 1） 利用拉伸工具，拉伸出支撐體支 撐柱實(shí)體。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出支撐體支撐面板實(shí)體。 （ 3） 利用孔工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸孔。 16 （ 4） 利用可變剖面掃描工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體與支撐體間活動(dòng)滾珠運(yùn)動(dòng)槽。 （ 5） 倒圓角邊。 圖 六自由度機(jī)械手垂直軸支撐體 六自由度機(jī)械手底座建模 固定機(jī)械手的底座的建模 ： （ 1） 利用拉伸工具，拉伸出底座底部面板實(shí)體。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出與垂直軸支撐體相嵌的主體的實(shí)體。 （ 3） 倒圓角邊。 圖 六自由度機(jī)械手底座 17 第四章 六自由度機(jī)械手的裝配 Pro/ENGINEER 的裝配 Pro/E 裝配的過(guò)程如圖 所 示 ： 圖 Pro/E 裝配一般過(guò)程 六自由度機(jī)械手構(gòu)件的裝備關(guān)系比較簡(jiǎn)單，其中各零件、連接件之間多為面匹配和軸對(duì)齊，而各活動(dòng)關(guān)節(jié)間的裝配類(lèi)型均為“銷(xiāo)釘”連接。 六自由度機(jī)械手 裝配步驟及方法 根據(jù)裝配關(guān)系分 析 ,采用的裝配序列為 : 六自由度機(jī)械手底座 → 垂直軸支撐體 → 垂直軸回轉(zhuǎn)體 → 機(jī)械手手臂 → 機(jī)械手手腕→ 機(jī)械手手掌 → 機(jī)械手手指 具體步驟如下： （ 1） 運(yùn)行 Pro/E，新建組件 asm0001,點(diǎn)確定進(jìn)入裝配模式，單擊工具欄 按鈕，添加元件進(jìn)入裝配，首先根據(jù)文件目錄找到底座，單擊打開(kāi)，便將底座引 入了裝配環(huán)境。對(duì)于首個(gè)進(jìn)入裝配環(huán)境的元件，應(yīng)使其狀態(tài)達(dá)到完全約束，故應(yīng)如圖 選取缺省， 圖 圖 當(dāng)下方狀態(tài)欄如圖 顯示完全約束時(shí)， 單擊 確定按鈕，完成第一個(gè)元件即底座的裝配。 （ 2） 按照裝配序列，依次添加各元件以及相應(yīng)的連接件，若 元件間面面重合，或者面與面平行，則屬于匹配裝配；若元件間共軸線，則屬于 軸對(duì)齊，如圖 所示選取相應(yīng)裝配；而各活動(dòng)關(guān)節(jié)間的裝配類(lèi)型均為“銷(xiāo)釘”連接 ，則應(yīng)選擇如圖 所示的銷(xiāo) 18 釘選項(xiàng)。 圖 圖 （ 3）全部零件裝配完畢后， 單擊 菜單欄“視圖” → “環(huán)境和外觀”對(duì)各零件進(jìn)行著色， 六自由度機(jī)械手的裝配效果圖 和分解爆炸效果圖 如下： 圖 六自由度機(jī)械手裝配效果圖 圖 分解爆炸效果圖 19 第五 章 六自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真是對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配之后，不給其施加力，不考慮零件之間的摩擦，只在機(jī)構(gòu)上施加動(dòng)力，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)副，使機(jī)構(gòu)能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，分析其運(yùn)動(dòng)軌跡 。 在 Pro/ENGINEER機(jī)構(gòu)模塊 中提供零件之間的運(yùn)動(dòng)副有 :凸輪連接運(yùn)動(dòng)副、槽連接運(yùn)動(dòng)副、齒輪連接運(yùn)動(dòng)副等。 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 運(yùn)行 Pro/E，打開(kāi)裝配 ASM0001 后，點(diǎn)擊菜單欄“應(yīng)用程序” → “機(jī)構(gòu)”，即進(jìn)入了機(jī)構(gòu)模塊，如圖 所示。 圖 機(jī)構(gòu)模塊 圖 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊后即可對(duì)各 運(yùn)動(dòng) 軸做參數(shù)設(shè)置，以限制主體之間的相對(duì)位置、運(yùn)動(dòng)范圍、 運(yùn)動(dòng) 軸零位置參照等 。如圖 ，選擇旋轉(zhuǎn)軸，右鍵單擊并選擇菜單中編輯定義選項(xiàng)， 進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置對(duì)話框（圖 ） ，編輯運(yùn)動(dòng)軸的零位置和限 20 圖 運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置對(duì)話框 制，并可對(duì)編輯數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽。使用“拖動(dòng)”功能可檢查為運(yùn)動(dòng)軸指定的限制是否滿足預(yù)期的運(yùn)動(dòng)范圍。 添加“伺服電動(dòng)機(jī)” 在機(jī)構(gòu)模式下，點(diǎn)擊 “伺服電動(dòng)機(jī)”圖標(biāo)， 定義“伺服電動(dòng)機(jī)” （如圖 ） ，名稱(chēng)為 “ ServoMotor1”，類(lèi)型 欄選擇“運(yùn)動(dòng)軸”，點(diǎn)擊裝配時(shí)生成的銷(xiāo)釘軸；輪廓欄（如圖 ）的“規(guī)范”選擇“速度”，“初始位置”為開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位置，可定義當(dāng)前位置，也可以定義任意位置為運(yùn)動(dòng)初始位置，并可以預(yù)覽，“?！边x擇 “常數(shù)”，“ A”值為“ 10”。 圖 21 圖 定義初始條 件 點(diǎn)擊 “拖動(dòng)元件”按鈕，點(diǎn)擊“快照”，生成“ Snapshot1”如圖 。點(diǎn)擊“初始條件”按鈕，名稱(chēng)為“ InitCond1”，選擇“快照”為“ Snapshot1”，如圖 ，單擊“確定”完成初始條件的定義。 圖 圖 22 定義分析 單擊 “機(jī)構(gòu)分析”按鈕，名稱(chēng)為“ AnalysisDefinition1”，類(lèi)型為“ 位置 ”，“優(yōu)先選項(xiàng)”中，“持續(xù)時(shí)間”為 17s,“幀頻”為“ 10”，“最小間隔”為“ ”。“ 快照”選擇 先前生成 的“ Snapsho