【文章內(nèi)容簡介】 ”的意思是零件模型的構(gòu)造是由各個特征來生成的零件的設(shè)計過程就是特征的累積過 程，而所謂特征是指可以用參數(shù)驅(qū)動的實體模型，通常特征應(yīng)滿足以下條件： 第一 特征必須是一個實體或零件的具體構(gòu)成之一； 7 第二 特征能對應(yīng)某一形狀； 第三 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)的可以進(jìn)行并行工程，是開發(fā)末期的某些功能提前發(fā)揮作用。也就是說在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，并且同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)管理： Pro/ENGINEER 擁有獨特的全相關(guān) 性功能，它能夠把多個領(lǐng)域的工程師對同一產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)可以同時進(jìn)行各項工作，在較短的時間內(nèi)可以開發(fā)設(shè)計出更多的產(chǎn)品，加速投放市場。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使用戶利用一些直觀的命令，易于裝配并且顯示裝配設(shè)計意圖，可裝配復(fù)雜裝配體，零件數(shù)目不受限制。 易于使用：菜單以明了的方式出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，并且還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得 Pro/ENGINEER 容易學(xué)習(xí)和使用。 總而言之， Pro/ENGINEER 胸懷“易學(xué)易用、功能強(qiáng)大 、互連互通”的理念。軟件以使用簡單、容易、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān)性而著。 第三章 六自由度機(jī)械手零件的設(shè)計建模 在 Pro/E 軟件環(huán)境下，機(jī)械三維建模必須嚴(yán)格以設(shè)計構(gòu)思為依據(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程如圖 1 所示。 圖 1. Pro/E 零件建模一般過程 由于在 Pro/ENGINEER 中實體模型構(gòu)造方法多種多樣，合理高效的采取哪一種方法需要有一個經(jīng)驗積累過程。通常要根據(jù)圖形的形狀選擇合適的構(gòu)造模型的方式。所以在設(shè)計實體模型之前，必須要考慮好模型的生成方法。其中建模的難 點在于輔助平面和輔助點的建立，只有建立好輔助平面和輔助點，才能保證零件模型的精確性。 8 圖 2 六自由度機(jī)械手 由課題資料提供圖 2 可知，六自由度機(jī)械手的主要建模構(gòu)件為：機(jī)械手、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)械手底座建模 固定機(jī)械手的底座的建模： (1)利用草繪工具，繪制出底座特征。 (2)利用旋轉(zhuǎn)工具，旋轉(zhuǎn)出底座的實體。 (3)利用草繪工具，繪制出圓孔特征。 (4)利用拉伸工具，拉伸切除出所需圓孔。 圖 3 六自由度機(jī)械手底座 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過程 9 垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模過程： （ 1） 利用草繪工具，草繪出主體輪廓。 （ 2） 利用拉伸工具，拉伸出主體。 （ 3） 利用孔工具，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸孔。 （ 4） 利用草繪工具，草繪出要切除的主體部分。 （ 5） 利用拉伸切除，切除掉要草繪部分。 （ 6） 拉伸出旋轉(zhuǎn)軸。 （ 7） 倒圓角。 （ 8） 圖 4 與圖 5 步驟類似 圖 4 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體 圖 5 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體 六自由度機(jī)械手的臂膀建模過程 10 六自由度機(jī)械手的臂膀建模過程 （ 1）利用草繪，拉伸，拉伸切除等工具進(jìn)行草繪 圖 6 六自由度機(jī)械手臂 圖 7 六自由度機(jī)械手臂 六自由度機(jī)械手手掌建模 過程 由于機(jī)械手手指需嵌入手掌上，使起到固定和支撐的作用。機(jī)械手手掌上部建模過程如下： （ 1） 利用旋轉(zhuǎn)工具，旋轉(zhuǎn)出手掌的主體。 （ 2） 利用基準(zhǔn)工具，創(chuàng)建一基準(zhǔn)平面 DTM1，為后面的拉伸做準(zhǔn)備。 （ 3） 利用拉伸工具，切除多余部分。 （ 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） 利用孔工具，繪制出所需要的孔。 （ 6） 利用螺旋掃描工具，繪制出所需螺紋伸出項。 11 圖 8 六自由度機(jī)械手腔 具體步驟如下： （ 1）運(yùn)行 Pro/E，新建零件 shouqiang, 創(chuàng)建和更改基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)，詳見圖 9 模型 shouqiang 圖 9 shouqiang 圖 10 選取定義內(nèi)部草繪 （ 2）創(chuàng)建機(jī)械手腔的基本輪廓，這一步用草繪曲線的方法，選取 RIGHT 面為基準(zhǔn)面，單擊旋轉(zhuǎn)工具，然后右鍵單擊（延時單擊）界面，出現(xiàn)如上圖 10 所示菜單，選取定義內(nèi)部草繪（如上圖 10），出現(xiàn)草繪界面，接著草繪機(jī)械手腔外部輪， 其草繪（圖 11）、旋轉(zhuǎn)結(jié)果（圖 12）如下： 圖 11 草繪 12 圖 12旋轉(zhuǎn)結(jié)果 （ 3）創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 DTM1，點擊創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 ，以 RIGHT 為參照，偏移50，恰好是圓柱體最上表面。如圖 13 所示： 圖 13基準(zhǔn)平面 （ 4）再 DTM1 上草繪出將要拉伸刪除的部分，如下圖 14 所示： 圖 14 將要拉伸刪除的部分草繪（ DTM1 上） （ 5）以 TOP 為草繪平面，繪制出將要拉伸切除的部分，如圖 15 所示，但 13 必須為閉合區(qū)間： 圖 15將要拉伸切除的部分草繪（ TOP 平面） 然后選擇拉伸切除，如圖 16 所示： 圖 16 選擇拉伸切除 最后單擊確定按鈕 ，結(jié)果如圖 17 所示： 圖 17 單擊確定按鈕結(jié)果 （ 6）以 DTM1 為基準(zhǔn)平面，單擊草繪平面進(jìn)入草繪界面。繪制出將要刪除的區(qū)域，如圖 18 所示： 圖 18 將要刪除的區(qū)域草繪 14 然后拉伸切除， ，先點擊拉伸按鈕 ，然后切除按鈕 ，選擇切除到下一個平面 ，如圖 19： 圖 19 選擇平面 拉伸切除結(jié)果為圖 20： 圖 20 拉伸切除結(jié)果 下面著重介紹一下螺孔的畫法： （ 1）用拉伸切除工具把孔草繪出來，如圖 21 所示 15 圖 21 孔草繪圖 （ 2）單擊插入 —— 螺旋掃描 —— 切口，出現(xiàn)對 話框如圖 22 所示 : 圖 22 切剪：螺旋掃描對話框 單擊完成，出現(xiàn)菜單管理器對話框，如圖 23： 圖 23 菜單管理器對話框 16 選擇 DTM1 為草繪平面，單擊正向 —— 缺省， （ 3）左鍵雙擊掃引軌跡，完成，單擊視圖 —— 參照，把零件的一條橫邊作為參照草繪掃引軌跡和中心線，草繪如圖 24： 圖 24 草繪掃引軌跡和中心線 單擊 ， （ 1）定義螺距，如圖 ，左鍵雙擊螺距 —— 節(jié)距，輸入節(jié)距為 8，單擊確定。 （ 2）定義界面， ，左鍵雙擊截面 —— 定義，畫出截面，如圖 25 所示： 圖 25 截面 單擊確定。 17 （ 3）預(yù)覽，單擊預(yù)覽， 結(jié)果如圖 26 所示： 圖 26 預(yù)覽 按鼠標(biāo)中間確定。 第四章 六自由度機(jī)械手的裝配 Pro/ENGINEER 的裝配過程 Pro/E 裝配的過程如圖 27 所示： 圖 27 Pro/E 裝配一般過程 六自由度機(jī)械手構(gòu)件的裝備關(guān)系比較簡單，其中各零件、連接件之間多為面匹配和軸對齊，而各活動關(guān)節(jié)間的裝配類型均為“銷釘”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 1,點確定進(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，便將底座引入了裝配環(huán)境。對于首個進(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 28 選取缺省， 圖 28 選取缺省 18 圖 29 完全約束 當(dāng)下方狀態(tài)欄如圖 29 顯示完全約束時，單擊 確定按鈕，完成第一個元件即底座的裝配。 （ 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 屬于軸對齊，如圖 30 所示選取相應(yīng)裝配；而各活動關(guān)節(jié)間的裝配類型均為“銷釘”連接，則應(yīng)選擇如圖 31 所示的銷釘選項。 圖 30 自動對話框 圖 31 選擇 銷釘 在銷釘裝配中，選擇銷釘，出現(xiàn)銷釘對話框，如圖 32： 圖 32 銷釘對話框 軸對齊，選擇各個零件分別的中心軸，然后平移，點選兩個要重合的平面 最后出現(xiàn)完成連接定義，單擊確定即可，如圖 33 所示： 圖 33 完成連接定義 （ 3）全部零件裝配完畢后，單擊菜單欄“視圖”→“環(huán)境和外觀”對各零件進(jìn)行著色，六自由度機(jī)械手的裝配效果圖（圖 34）和分解爆炸效果圖（圖 35） 19 如下： 圖 34 六自由度機(jī)械手裝配效果圖 圖 35 分解爆炸效果圖 第五章 六自由度機(jī)械手的運(yùn)動仿真 運(yùn)動學(xué)仿真及過程 運(yùn)動學(xué)仿真是對機(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)上施加動力，構(gòu)建運(yùn)動副，使機(jī)構(gòu)能進(jìn)行運(yùn)動，分析其運(yùn)動軌跡。在 Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)模塊中提供零件之間的運(yùn)動副有 :凸輪連接運(yùn)動副、槽連接運(yùn)動副、齒輪連接運(yùn)動副等。 運(yùn)動學(xué)仿真大致過程： 20 （ 1）在裝配環(huán)境下，建立運(yùn)動鏈接。 （ 2）要是機(jī)構(gòu)運(yùn)動，首先按照一定的連接方式將零件裝配起來，和普通約束不同的是，運(yùn)動件的裝配要保留所需要的自由度，在 PROE 中稱之為“連接”。 （ 3）進(jìn)入機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析環(huán)境。設(shè)置驅(qū)動，定義伺服電機(jī)。驅(qū)動是機(jī)構(gòu)的動力源，和電動機(jī)一樣能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)及平移的動力，并可使參數(shù)進(jìn)行控制。 （ 4）設(shè)定分析條件并運(yùn)行。完成機(jī)構(gòu)連接和驅(qū)動的設(shè)置后，就可為運(yùn)動設(shè)置為合適的條件及環(huán)境，隨后進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。 （ 5）獲得分析結(jié)果。 （ 6）機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析完成后，就可使用回訪、測量等功能，進(jìn)一步了解運(yùn)動的過程和分析的結(jié)果，如果進(jìn)行干涉禁言、獲得運(yùn)動分析結(jié)果，測量運(yùn)動軌跡等。 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 運(yùn)行 Pro/E，打開裝配 1 后，點擊菜單欄“應(yīng)用程序”→“機(jī)構(gòu)”，即進(jìn)入了機(jī)構(gòu)模塊，如圖 36 所示。 圖 36 機(jī)構(gòu)模塊 圖 37 選擇旋轉(zhuǎn)軸 21 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊后即可對各運(yùn)動軸做參數(shù)設(shè)置，以限制主體之間的相對位 置、運(yùn)動范圍、運(yùn)動軸零位置參照等。如圖 37，選擇旋轉(zhuǎn)軸，右鍵單擊并選擇菜單中編輯定義選項，進(jìn)入運(yùn)動軸設(shè)置對話框（圖 38），編輯運(yùn)動軸的零位置和限 圖 38 運(yùn)動軸設(shè)置對話框 制，并可對編輯數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽。使用“拖動” 功能可檢查為運(yùn)動軸指定的限制是否滿足要求。 添加“伺服電動機(jī)” 在機(jī)構(gòu)模式下，點擊 “伺服電動機(jī)”圖標(biāo)，定義“伺服電動機(jī)”（如圖 39），名稱為“ ServoMotor1”，類型欄選擇“運(yùn)動軸”，點擊裝配時生成的銷釘軸；輪廓欄（如圖 40）的“規(guī)范”選擇“速度”，“初始位置”為開始運(yùn)動 的位置，可定義當(dāng)前位置，也可以定義任意位置為運(yùn)動初始位置，并可以預(yù)覽，“?！边x擇“常數(shù)”，“ A”值為“ 10”。 圖 39 伺服電動機(jī)定義對話框 22 圖 40 選擇速度 定義初始條件 點擊 “拖動元件”按鈕，點擊“快照”，生成“ Snapshot1”如圖 41。點擊“初始條件”按鈕，名稱為“ InitCond1”，選擇“快照”為“ Snapshot1”，單擊“確定”完成初始條件的定義。 圖 41 生成“ Snapshot1” 定義分析 單擊 “機(jī)構(gòu)分 析”按鈕，名稱為“ AnalysisDefinition1”，類型為“位置”，“優(yōu)先選項”中，“持續(xù)時間”為 4s,“幀頻”為“ 10”，“最小間隔”為“ ”?！翱煺铡边x擇先前生成的“ Snapshot1”，如圖 42。將 7 電動機(jī)添加到分析中，定義各電動機(jī)的開始、結(jié)束時間，如圖 43。然后點擊“運(yùn)行”，即可以觀察運(yùn)動仿真情況，確定設(shè)定正確后單擊“確定”。 23 圖 42優(yōu)先選項對話框 圖 43電動機(jī)對話框 運(yùn)動仿真視頻制作 前面 的運(yùn)動分析 “ AnalysisDefinition1”生成后，單擊界面右邊 回放按鈕，即可進(jìn)入回放界面，此界面可對先前的運(yùn)動分析進(jìn)行回放、保存至文件、也可打開文件中以存在的運(yùn)動分析。如圖 44 ，點擊播放，打開“ AnalysisDefinition1”，即進(jìn)入動 圖 44 回放 圖 45 動畫