【正文】 動(dòng)仿真總體上可以分為 6 個(gè)部分：創(chuàng)建圖元、檢測(cè)模型、添加建模圖元、準(zhǔn)備分析、分析模型和獲取結(jié)果。 機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)裝配連接的概念及定義常規(guī)的裝配限制了元件、組件的所有自由度，而元件、組件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必須保留某個(gè)或幾個(gè)方向上的自由度，因此在進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)的裝配過(guò)程中需要引入“連接”定義，即能夠限制主體的自由度，僅保留所需的自由度，以產(chǎn)生機(jī)構(gòu)所適合的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。連接在“裝配”環(huán)境中建立，單擊“元件放置”對(duì)話(huà)框中的“連接”字符即可進(jìn)入連接設(shè)置狀態(tài)，Pro/ENGINEER 中共提供了n 種連接模式，下面介紹主要的連接方式:1. 剛性使用一個(gè)或多個(gè)基本約束，將元件與組件連接在一起，受剛性連接的元、組件屬于同一主體，連接后，6 個(gè)方向上的自由度被完全限制，相互之間不再有自由度。2. 銷(xiāo)釘僅有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，由一個(gè)軸對(duì)齊和一個(gè)與軸垂直的平移約束來(lái)限制其它 5 個(gè)自由度，元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)。3. 滑動(dòng)桿僅有一個(gè)沿軸向的平移自由度，實(shí)際上就是一個(gè)與軸平行的平移運(yùn)動(dòng)，使用“軸對(duì)齊”和“旋轉(zhuǎn)”兩個(gè)約束限制其他 5 個(gè)自由度。4. 圓柱具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)沿軸向的平移自由度，元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)可沿軸向平移，使用“軸對(duì)齊”的約束限制其他 4 個(gè)自由度。5. 平面具有兩個(gè)平移自由度和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使用“平面”限制其他 3 個(gè)自由度，元件可繞垂直于平面的軸旋轉(zhuǎn)并在平行于平面的兩個(gè)方向上平移。6. 球具有 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。使用“點(diǎn)對(duì)齊”約束來(lái)限制 3 個(gè)自由度[7]。 機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真必須有動(dòng)力源，我們選用伺服電機(jī)具體操作步驟如下:單擊菜單命令“應(yīng)用程序”下的“機(jī)構(gòu)” ，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)操作界面。單擊菜單命令“插入”下的“伺服電機(jī)”系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“伺服電機(jī)定義”對(duì)話(huà)框。設(shè)置相關(guān)參數(shù)，確定伺服電機(jī)的設(shè)置。伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)置好以后，就可以模擬運(yùn)動(dòng)效果，這里還需要對(duì)個(gè)別參數(shù)進(jìn)行行設(shè)置，具體操作步驟如下：1. 單擊窗口右側(cè)工具欄里的“定義分析”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“分析定義”對(duì)話(huà)框，將其中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。2. 切換到“電動(dòng)機(jī)”選項(xiàng)卡，確認(rèn)電動(dòng)機(jī)已添加，然后單擊底部“運(yùn)行”按鈕，檢測(cè)運(yùn)行狀況，無(wú)誤后關(guān)閉“電動(dòng)機(jī)”選項(xiàng)卡，接著再關(guān)閉“分析定義”對(duì)話(huà)框。3. 單擊窗口右側(cè)工具欄里的“回放以前運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“回放”對(duì)話(huà)框。4. 單擊對(duì)話(huà)框中的“播放當(dāng)前結(jié)果集”按鈕，打開(kāi)“動(dòng)畫(huà)”對(duì)話(huà)框。5. 單擊對(duì)話(huà)框中的“播放”按鈕，即可連續(xù)觀(guān)測(cè)運(yùn)動(dòng)效果。通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真可以觀(guān)察到搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行情況，單擊對(duì)話(huà)框的“運(yùn)行”按鈕查看搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行情況。具體的看視頻 第六章 ANSYS 有限元分析ANSYS 軟件作為世界著名的美國(guó) ANSYS 公司最具盛名的 CAE 軟件產(chǎn)品，自從引進(jìn)國(guó)內(nèi)之后，由于其具有結(jié)構(gòu)、熱流體、電磁和耦合場(chǎng)分析功能，并且功能體系完整強(qiáng)大，得到非常成功地應(yīng)用和推廣，應(yīng)用于航空航天、軍工、能源動(dòng)力、船舶車(chē)輛通用機(jī)械等各個(gè)行業(yè)。ANSYS 軟件提供全新的 CAD/CAE 一體化平臺(tái)，即 Workbench 環(huán)境，它可以更好的實(shí)現(xiàn)與 CAD 軟件的幾個(gè)模型雙向傳遞，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型的雙向刷新。在本課題的研究中，小臂是整個(gè)結(jié)構(gòu)中受力最大的桿，它的強(qiáng)度直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的功能。因此，需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。分析小臂在受力下的變形，采用有限元法來(lái)分析小臂的受力變形。機(jī)器人小臂的 ANSYS 有限元分析過(guò)程：1. ANSYS 分析開(kāi)始準(zhǔn)備工作(1) 清除內(nèi)存，并開(kāi)始一個(gè)新的分析；(2) 指定工作文件名；(3) 指定分析標(biāo)題；(4) 重新刷新圖形窗口，輸入的標(biāo)題顯示在圖形窗口的左下角。2. 創(chuàng)建有限元模型(1) 進(jìn)入前處理器并定義單元類(lèi)型；(2) 定義單元實(shí)常數(shù)；(3) 定義材料屬性，單元類(lèi)型選擇 SOLID187，材料的彈性模量E=210GPa，泊松比 ν=，材料模型設(shè)置如圖 61 所示；圖 61 定義材料屬性對(duì)話(huà)框(4) 臂在 ANSYS 中建模，臂的結(jié)構(gòu)雖然比較簡(jiǎn)單，但是存在幾個(gè)倒圓角這樣的細(xì)小特征，如果與 pro/e 軟件接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換容易使細(xì)小特征丟失，所以選擇在 ANSYS 中直接建立模型，如圖 62 所示；圖 62 建立小臂模型 (5) 網(wǎng)格劃分，模型用 Meshtool 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選用智能網(wǎng)格、四面體自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分設(shè)置如圖 63 所示，劃分結(jié)果如圖 64 所示。圖 63 網(wǎng)格劃分設(shè)置圖 64 碼垛機(jī)器人小臂的網(wǎng)格模型3. 求解(1) 建立一個(gè)新的求解，操作如圖 65 所示。圖 65 建立新的求解(2) 施加載荷由計(jì)算可知，作用在臂上三個(gè)孔上的力可以等效為集中力，其大小分別為G=200N，F(xiàn)1=，F(xiàn)2=。由于作用在孔上的力為分布力，所以將集中力轉(zhuǎn)化為分布力。作用在三個(gè)孔上的力的作用面積均為其圓柱表面積的一半：S1= =*15*90=4239 S2= =*21*90= 分布力 P1= =200/4239= P2= = P3= =第三個(gè)孔雖然有一個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，但是當(dāng)臂平衡時(shí)臂可以等效為有零個(gè)自由度的情況，所以第三個(gè)孔的約束條件為固定，自由度約束為零。施加載荷后的模型如圖 66 所示。(3) 進(jìn) 行 求 解圖 66 施加載荷后的小臂4. 后處理求解完成后，在后處理菜單中查看分析結(jié)果。小臂在 x 軸方向的應(yīng)力圖如圖 67 所示，應(yīng)變圖如圖 68 所示。圖 67 小臂在 x 軸方向的應(yīng)力圖圖 68 小臂在 x 軸方向的應(yīng)變圖5. 小臂強(qiáng)度校核(1) 強(qiáng)度分析由小臂的應(yīng)力圖可知，小臂的最大應(yīng)力為 ，位于孔的附近。小臂材料為 45 號(hào)鋼，屈服極限為 360MPa，安全系數(shù) =，由公式 = ／ 得，sn][?s?n。由于小臂的最大作用應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，故滿(mǎn)足強(qiáng)度條??=14aMP?件。(2) 剛度分析從小臂的應(yīng)變圖可知，小臂的應(yīng)變較小，剛性較好，在有負(fù)載的情況下具有較好的精度。分析結(jié)果表明，小臂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在滿(mǎn)足條件的情況下，可以適當(dāng)?shù)膶?duì)小臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)論本課題所研究的是碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在參考多種機(jī)器人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)滿(mǎn)足碼垛要求的機(jī)器人。整個(gè)課題的設(shè)計(jì)過(guò)程需要完成的任務(wù)主要有：1) 完成了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，尤其是手臂部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在構(gòu)思過(guò)程中共設(shè)計(jì)出三種方案，對(duì)比后選出第三種方案作為碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。2) 完成了機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇，主要包括有：導(dǎo)軌副、絲桿螺母副、減速機(jī)、軸承以及聯(lián)軸器的選用。3) 完成了機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與校核，主要指導(dǎo)軌、絲杠和銷(xiāo)軸。校核所選擇的型號(hào)是否滿(mǎn)足條件，從而選擇出合理的型號(hào)。4) 完成了基于 Pro/e 的機(jī)器人結(jié)構(gòu)的實(shí)體建模和仿真?；?pro/e 的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)提高和保證碼垛運(yùn)動(dòng)的可靠性具有重要的使用價(jià)值。5) 完成了主要受力桿的應(yīng)力分析，通過(guò)應(yīng)力、應(yīng)變圖，找出桿在載荷作用下的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變，以校核桿是否滿(mǎn)足強(qiáng)度條件和剛度條件。在滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度條件下，可以對(duì)桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)出的碼垛機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)基本功能要求的基礎(chǔ)上，較已有的設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)，實(shí)體模型仿真提高和保證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的可靠性。然而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真過(guò)程中存在一些不足之處有：(1) 設(shè)計(jì)的手臂的結(jié)構(gòu)只能起到減小重量，減少加工面積的作用，不能增加手臂桿的剛度。設(shè)計(jì)成工字形或 n 字形幾種截面的比較好。采用變截面 n 字梁作為手臂結(jié)構(gòu)，能承受沿垂直方向的載荷能力大；工字型結(jié)構(gòu)具有較好的抗彎抗剪強(qiáng)度(2) 手腕部裝配的不太合理。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，手腕不能保持始終鉛垂向下的狀態(tài)，有可能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問(wèn)題或者是裝配的問(wèn)題。(3) 在仿真過(guò)程中，改變電機(jī)的參數(shù)如速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)基本上不發(fā)生變化；在水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)的位移也很短。這些不足之處有可能是由于手臂的連桿設(shè)計(jì)不合理，長(zhǎng)度有點(diǎn)短。在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上改掉不足的地方，那么此課題設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人將更符合實(shí)際的運(yùn)動(dòng)。參考文獻(xiàn)[1] 謝曉亮．基于 UG 的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控床的后置處理系統(tǒng)研究[D]． （華中科技大學(xué)）碩士學(xué)位論文．2022．[2] 段春輝．五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床通用后置處理系統(tǒng)研制[D] ． （西南交通大學(xué)）碩士學(xué)位論文．2022．[3] 孫國(guó)平．基于 UG 的五軸加工中心的后處理 [D] ． （江南大學(xué)）碩士學(xué)位論文．2022．[4] DECKEL MAHO．DMG 機(jī)床手冊(cè)[K] ．中國(guó)印刷．[5] 張磊． UG NX6 后處理技術(shù)培訓(xùn)教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2022：1199,243397．[6] HEIDENHAIN．海德漢編程中文[K]．2022．12．[7] 路啟建，褚輝生．高速切削與五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：156275．[8] 陳德存．基于 U G Post Builder 的多軸加工中心后置處理的編寫(xiě)[J] ．技術(shù)創(chuàng)新與生產(chǎn)實(shí)踐，2022，27(2)．[9] 辜艷丹，燕杰春．基于 UG / Post Builder 6 . 0 的 Heidenhain iTNC 五軸機(jī)床專(zhuān)用后置的開(kāi)發(fā)[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2022，2．[10] 楊有君．?dāng)?shù)控技術(shù) 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周的學(xué)習(xí)、研究，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲?；叵肫鹪O(shè)計(jì)過(guò)程中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，至今還歷歷在目。在老師和同學(xué)的幫助下我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我不僅復(fù)習(xí)了以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且又學(xué)到了很多新知識(shí)。雖然這段時(shí)間比較累，但是學(xué)到了知識(shí)，覺(jué)得累有所值了。能完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先要感謝在此設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我莫大幫助的烏日?qǐng)D老師，感謝烏日?qǐng)D老師對(duì)我的諄諄教誨。在課題設(shè)計(jì)過(guò)程中老師總是耐心的指導(dǎo)，讓我們把每個(gè)問(wèn)題都盡量解決。而且老師經(jīng)常提醒我們一些自己忽略的設(shè)計(jì)要求并且耐心的講解我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的疑惑，及時(shí)督促我們的設(shè)計(jì)進(jìn)度，嚴(yán)格要求我們工作質(zhì)量。我真心的感謝烏日?qǐng)D老師。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和踏實(shí)的工作作風(fēng)，使我受益匪淺。還要感謝我給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，是他們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)給予我許多的意見(jiàn)與建議，及時(shí)的糾正我設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤?？傊舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)不僅讓我收獲了知識(shí)，更讓我懂得了一些道理。再次向老師和給予我熱心幫助的同學(xué)們奉上我最誠(chéng)摯的謝