【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)的全相關(guān)性而著。 6 第三章 六自由度機(jī)械手零件的設(shè)計(jì) 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(jì)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(guò)程如圖 1 所示。 由于在 Pro/ENGINEER 中實(shí)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(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過(guò)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(jì)實(shí)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(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。 7 由圖 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)械圖 2 六自由度機(jī)械手 圖 1 Pro/E 零件一般建模 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)利用拉伸工具，拉伸出底座的實(shí)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。 六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體的建模過(guò)程 垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模過(guò)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。 圖 3 六自由度機(jī)械手底座 （ 5）利用拉伸切除，切除掉要草繪部分。 （ 6）拉伸出旋轉(zhuǎn)軸。 8 六自由度機(jī)械手的臂膀建模過(guò)程 六自由度機(jī)械手的臂膀建模過(guò)程 （ 1） 利用草繪，拉伸，拉伸切除等工具進(jìn)行草繪。 （ 2） 圖 5 與圖 6 步驟類(lèi)似。 （ 3） 圖 7 為機(jī)械手臂裝配圖。 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)械手臂 六自由度機(jī)械手手部建模過(guò)程 機(jī)械手手部建模過(guò)程如下： （ 1）利用拉伸工具，拉伸出手部與手臂的連接件。 （ 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，切除多余部分。 圖 6 六自由度機(jī)械手臂 圖 7 機(jī)械手臂裝配圖 （ 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）利用造型工具，繪制出兩個(gè)手指部件。 （ 7）圖 9 為機(jī)械手手指部件放大圖。 9 圖 8 機(jī)械手手部 圖 9 機(jī)械手手部手指 第四章 六自由 度機(jī)械手的裝配 Pro/E 的裝配過(guò)程 Pro/E 裝配的過(guò)程如圖 10 所示： 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→垂直軸回轉(zhuǎn)體→機(jī)械手手臂→機(jī)械手手部→機(jī)械手手指。 具體步驟如下： （ 1）運(yùn)行 Pro/E，新建組件 1,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 11 選取缺省。 圖 11 選取缺省 圖 10 Pro/E 裝配一般過(guò)程 當(dāng)下方狀態(tài)欄如圖 12 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(xiàn)，則屬于軸對(duì)齊，如圖 13 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 14 所示的銷(xiāo)釘選項(xiàng)。 在銷(xiāo)釘裝配中，選擇銷(xiāo)釘，出現(xiàn)銷(xiāo)釘對(duì)話(huà)框，如圖 15： 圖 12 完全約束 圖 12 完全約束 圖 12 完全約束 圖 12 完全約束 圖 13 自動(dòng)對(duì)話(huà)框 圖 14 選擇銷(xiāo)釘 圖 15 銷(xiāo)釘對(duì)話(huà)框 軸對(duì)齊，選擇各個(gè)零件分別的中心軸，然后平移，點(diǎn)選兩個(gè)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 16 所示： （ 3）全部零件裝配完畢后，單擊菜單欄“視圖”→“環(huán)境和外觀(guān)”對(duì)各零件進(jìn)行著色，六自由度機(jī)械手的裝配效果圖（圖 17）和分解爆炸效果圖（圖 18）。 如下： 圖 16 完成連接定義 圖 17 六自由度機(jī)械手裝配效果圖 圖 18 分解爆炸效果圖 第五章 打孔機(jī)的裝配 打孔機(jī)的裝配效果圖 打孔機(jī)的裝配圖如圖 19 打孔機(jī)的分解爆炸圖 打孔機(jī)的爆炸圖如圖 20 圖 19 打孔機(jī)的裝配圖 圖 20 打孔機(jī)的分解爆炸圖 第六章 六自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及過(guò)程 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。 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真大致過(guò)程： （ 1）在裝配環(huán)境下，建立運(yùn)動(dòng)鏈接。 （ 2）要是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，首先按照一定的連接方式將零件裝配起來(lái)，和普通約束不同的是，運(yùn)動(dòng)件的裝配要保留所需要的自由度，在 PROE 中稱(chēng)之為“連接”。 （ 3）進(jìn)入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析環(huán)境。設(shè)臵驅(qū)動(dòng)，定義伺服電機(jī)。驅(qū)動(dòng)是機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，和電動(dòng)機(jī)一樣能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)及平移的動(dòng)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(dòng)的設(shè)臵后，就可為運(yùn)動(dòng)設(shè)臵為合適的條件及環(huán)境，隨后進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。 （ 5）獲得分析結(jié)果。 （ 6）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析完成后，就可使用回訪(fǎng)、測(cè)量等功能，進(jìn)一步了解運(yùn)動(dòng)的過(guò)程和分析的結(jié)果，如果進(jìn)行干涉禁言、獲得運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，測(cè)量運(yùn)動(dòng)軌跡等。 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 運(yùn)行 Pro/E，打開(kāi)裝配 1 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 21 所示。 圖 21 機(jī)構(gòu)模塊 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)臵，以限制主體之間的相 對(duì)位臵、運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)軸零位臵參照等。如圖 22，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)臵對(duì)話(huà)框（圖 23），編輯運(yùn)動(dòng)軸的零位臵和限 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(mǎn)足要求。 圖 22 選擇旋轉(zhuǎn)軸 圖 23 運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置對(duì)話(huà)框 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 24），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 25）的“ 規(guī)范”選擇“速度”，“初始位臵”為開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位臵，可定義當(dāng)前位臵，也可以定義任意位臵為運(yùn)動(dòng)初始位臵，并可以預(yù)覽，“模”選擇“常數(shù)”，“ A”值為“ 10”。 圖 24 伺服電動(dòng)機(jī)定義對(duì)話(huà)框 圖 25 選擇速度 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 26。 點(diǎn)擊“初始條件”按鈕，名稱(chēng)為“ InitCond1”，選擇“快照”為“ Snapshot1”，單擊“確定”完成初始條件的定義。 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 4s,“幀頻”為“ 10”，“最小間隔”為“ ”?！翱煺铡边x擇先前生成的“ Snapshot1”，如圖 27。將 7 電動(dòng)機(jī)添加到分析中，定義各電動(dòng)機(jī)的開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間，如圖 28。然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”，即可以觀(guān)察運(yùn)動(dòng)仿真情況，確定設(shè)定正確后單擊“確定”。 運(yùn)動(dòng)仿真視頻制作 前面的運(yùn)動(dòng)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(duì)先前的運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行回放、保存至文件、圖 26 生成“ Snapshot1” 圖 27 優(yōu)先選項(xiàng)對(duì)話(huà)框 圖 28 電動(dòng)機(jī)對(duì)話(huà)框 也 可 打 開(kāi) 文 件 中 以 存 在 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析 。 如 圖 29 ， 點(diǎn) 擊 播 放 ， 打 開(kāi)“ AnalysisDefinition1”，即進(jìn)入動(dòng) 畫(huà)界面，如圖 30 所示，單擊播放便開(kāi)始重新播放“ AnalysisDefinition1”，圖 31 所示“捕獲 ...”，即為視頻錄制按鈕，單擊，進(jìn)去如圖 31 界面，“名稱(chēng)”處單擊瀏覽選路徑為 E:\盤(pán)，新建名稱(chēng) yundongfangzhen，“類(lèi)型”選 MPEG,勾取“照片級(jí)渲染幀”可使視頻效果更佳，單擊確定便完成了運(yùn)動(dòng)仿真視頻的制作。 運(yùn)動(dòng)仿真及效果分析 如圖 32 所示，運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)作解析：移動(dòng)機(jī)械手至放置圓柱塑料塊的長(zhǎng)方體桌子的正前方，通過(guò)機(jī)械手手部將圓塊抓取并移動(dòng)到打孔機(jī)的圓臺(tái)上，同時(shí)機(jī)械圖 29 回放 圖 30 動(dòng)畫(huà)界面 圖 31 捕獲對(duì)話(huà)框 手起裝夾固定作用，將圓塊牢牢放置在圓臺(tái)上，啟動(dòng)打孔機(jī)將圓塊打孔，最后機(jī)械手將以加工的圓塊放到指定的位置。 總結(jié) 在一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)研究與制作中，這是一次為數(shù)不多的自主獨(dú)立設(shè)計(jì)并在老師的指導(dǎo)下完成的一 件作品，在將近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)研究與制作中，這是一次為數(shù)不多的自主獨(dú)立設(shè)計(jì)并在老師的指導(dǎo)下完成的一件作品，既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。這次設(shè)計(jì)也是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與應(yīng)用，更是升華。他讓我更好的理解了我們機(jī)械行業(yè)在社會(huì)生產(chǎn)中的重要作用和他強(qiáng)大的生命力。著這次學(xué)習(xí)中，我集中精力學(xué)習(xí)了 PROE 相關(guān)內(nèi)容， PROE 在工作中的簡(jiǎn)單便捷減少了我們?cè)O(shè)計(jì)的許多困難。它的功能如此之強(qiáng)大讓我深深折服，這是科技的力量帶給我的巨大的震撼感