【正文】 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表示誠摯的謝意。 另外， 也感謝 其他 老師 給予我很大幫助和指導 ， 讓 我在實踐中 充分 掌握了大量的專業(yè)知識和 更好的 學習方法?，F(xiàn)狀它對于驗證機 械手 的工作原理工作空間及碰撞檢測都具有非常重要的指導意義 。 熟練掌握 Solidworks 的三維建模和動態(tài)仿真，尤其對了解了強大的COSMOSMotion 插件與其他三維動態(tài)仿真軟件 的 差別，掌握了使用 COSMOSMotion 的基本流程。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 31 總結(jié) 通過對文獻的閱讀，了解了關(guān)于機械手的發(fā)展過程，以及組成、分類。 Z 軸速度起初變化較快后來趨于平穩(wěn) ,同樣也是符合實際情況的。 (2) 在設(shè)定情況下手 爪 X 坐標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動又劇烈慢慢減緩 ,這符合實際工作要求 ,在空載空間加速運動 ,在即將達到焊接點時減慢速度 ,防止加速產(chǎn)生的沖擊作用。 分析可知 : (1) 在設(shè)定的 情況下手 爪 的位置坐標 Y 幾乎沒有發(fā)生變化 ,即手臂的焊接點高度沒有太大變化。其他零部件同樣也可以得到類似曲線包括虛擬的旋轉(zhuǎn)馬達。 SolidWorks 下的 cosmosmotion 插件可以做多種運動分析 ,以手抓 的運動為例得到它的 3 個坐標軸 (系統(tǒng)默認基建模坐標軸 ,如果需要可以自定義坐標位置 ,同樣采用系統(tǒng)默認速度 ) 位置運動變化曲線和速度變化曲線。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 30 進行運動校核 在 SolidWorks 有 cosmosmotion 插件是專門用來進行運動模擬和校核 ,首先在幾個零部件的可轉(zhuǎn)動連接 點加入轉(zhuǎn)動馬達 ,它有伺服電動機的作用。 參 數(shù) 設(shè) 置 完 成 ， 在 COSMOSMotion 菜 單 中 選 擇 “ 選 項 ”， 打 開“ COSMOSMotion 選項”對話框，選擇仿真選項卡，將持續(xù)時間設(shè)置為 16秒，幀的數(shù)目設(shè)置為 800，其余參數(shù)選擇默認值，單擊“確定”完成設(shè)置。阻尼是為了穩(wěn)定 手腕 的擺動過程，從而保證整個機構(gòu)的穩(wěn)定性。 （ 3）添加阻尼 為了保證機構(gòu)在運動過程中的穩(wěn)定性，對 小臂和手腕 鉸接的部位設(shè)計阻尼。在“選擇第一個部件”的選項框內(nèi)選擇“大臂”，在“選擇第二個部件”的選項框內(nèi)選擇“轉(zhuǎn)臺”，在“選擇位置”的選項框中選擇“大臂”，在“選擇 Z 軸”選項框內(nèi)選擇“機身”的邊線，在“選擇 X 軸”選項框內(nèi)選擇“小臂”的邊線。裝配過程中合理的選擇配合關(guān)系以方便以后的運動仿真操作。為了不至于零件過多裝配過程復雜，采取逐個添加約束的方法，進行逐個配合并完成定位。單擊界面任何位置零件固定在界面中。 選擇左下方“瀏覽”按鈕如圖，打開零件存放的目錄，選擇第一個零件系統(tǒng)將默認為固定的零件，以后添加的零件依次為基準。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 28 模擬加載與仿真 仿真模擬的實現(xiàn) （ 1）機構(gòu)的裝配過程 該機構(gòu)由 13 個零件裝配而成，分別是定位轉(zhuǎn)臺 、 大臂 、 小臂 、 手腕 、 手抓等。轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速為 Vφ 則瞬時速度 Vx = dl/dt , Vy = dh/dt 。 Vz = Vx tan φ 。 將總長的變化量和時間作商則可得平均速度 Vx =Δ l/t 。 ,順時針為負逆時針為正。角 γ 為手抓與小臂所在直線所成夾角 ,順時 針為負逆時針為正。 角 α 為大臂 x 、 z 軸所在平面的夾角。手抓到焊接點所在機件的線性長度分別為 lc 。 設(shè)大臂 所在機件的線性長度為 la 。 軸 5 （手抓） 90~+90176。 最大運動范圍 軸 3 （小臂） 90~+90176。 表 4— 2 各軸所在轉(zhuǎn)動副旋轉(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。設(shè)置單位的正確對于得到清晰合理的設(shè)計結(jié)果有很重要的意義。 SolidWorks 數(shù)字化模型 模型導入 導入成功？ 添加復雜約束力 仿真分析 是否符合實際？ 模型優(yōu)化 是 否 是 否 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 26 仿真實體的繪制 六自由度機 械手 不是很復雜的機構(gòu) ,solidworks軟件建立三維模型并不太困難 ,用 SolidWorks 強大的三維設(shè)計能力利用拉伸、陣列和切除等功能將模擬機器人的各零部件分別繪制出來 ,然后根據(jù)同軸、共面等幾何約束關(guān)系將 幾 個 零部件裝配起來可以得到六自由度機 械手 的裝配圖。 SolidWorks 實施金伙伴 (gold partner) 合作 策略 ,在單一的運動分析MotionWorks 中不必再與其他的軟件進行連接可直接模擬規(guī)劃出工件的運動軌跡。各零部件的設(shè)計如下 ： （ 1） 機座的設(shè)計 制造精度：此機構(gòu)為一般工作機械，故選用 7 級精度 。 導套的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù) h 值的大小做成長的套管，或用兩個相距很近的短套管 。 如圖 4 l0a 所示，手臂 總G 的作用下有順時針方向傾斜趨勢，而立柱導套可阻止手臂傾斜。但這樣又會增大手臂 重量及轉(zhuǎn)動慣量。計算時可把手臂偏重部分分解為幾個單元，先分別計算，然后匯總。各零件的重 量可按其結(jié)構(gòu)形狀、材料比重進行粗略計算。 計算 cJ 時，可把形狀復雜的零件分成幾種形狀 細棒： 221212 lgGlmJ c ?? 圓柱體： )3(12)3(12 2222 RlgGRlmJ c ???? 圓盤： 2222 RgGRmJ c ?? 長方體： )(12)(12 2222 bagGbamJ c ???? 偏 重 力矩的計算 偏重力矩就是手臂懸伸部分的全部零件重量 (作用在各自的重心上 )對手臂回轉(zhuǎn)中心的靜力矩 eM 。米 2秒 )， J。 2秒 ) ?? — 手臂回轉(zhuǎn)的角速度差 (弧度 /秒 )， t? — 啟動時所需的時間 (秒 ) ； cJ — 零件對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 (公斤 慣M —— 手臂啟動時的慣性力矩； )()( k gmtJJtJM co ??????? ??慣 （ ） J— 手臂回轉(zhuǎn)部件對其回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 (公斤其大小可按下式計算 ； tg??? VGF慣（ ） 其中 G —— 手臂移動部件的重量 (公斤 )， g —— 重力加速度 .(米 / 2秒 } V? —— 起動或制動前后的速度差 (米 /秒 ) t? —— 起動或制動所需的時間 (秒 )。現(xiàn)分述如下 : 驅(qū)動力的計算 根據(jù)手臂運動的不同，驅(qū)動力可分為兩種情況來計算。 手臂的 設(shè)計 計算 對手臂結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運動精度和定位精度。用 a*表示工件的姿勢，設(shè)其初始值為 *0a 。 經(jīng)整理 )))))()()()( 83232184321432121 ijjijkijjjkiijkkk GEEEEECEEEECLEECCP ??????????? ??????? （ ） 從上式可見右邊每一項對應(yīng)于 821 GRRP ????? 這里 8G 為姿勢適量。六個變數(shù)，其中前面三個主要是為了 給出位置，后面三個主要是用來給出姿勢的。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 13 旋轉(zhuǎn)按照旋轉(zhuǎn)變換張量來表示。為了分析研究上述的動作，可用機械手的本體、手腕到手指一系列動作的矢量 RR2 、 G 之和來表示，見圖（ 3— 1） 即 P= GRR ??? ??21 機械手特性方程式 設(shè)機械手以初始狀態(tài)到達夾持點順次經(jīng)過幾次位移，其位移角分別取 ?1 、 ?2 ??等，規(guī)定標記： 從原始點零開始依次 標上 下腳注字 3 ?? 有長度變化的矢量用 L表示， 無長 度變化的矢量用 C表示， 夾持矢量用 G表示。隨著電子計算機的應(yīng)用，為機械手的動作分析、設(shè)計和計算提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。 工作原理是 固定機座后通過機身上轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)和大 小手臂的運動帶動旋轉(zhuǎn)手腕的轉(zhuǎn)動和擺動手腕的運動，在給手抓一個配合尺寸使之能夠自由的伸縮以便夾取工件。它是世界上最廣泛使用的機械系統(tǒng)模擬工具。 “Powered by ADAMS” 意味著 用戶可以 從世界上最大的制造公司采用的同一種模擬技術(shù)中受益。這使它易于學習和使用。與 COSMOSMotion 一樣，這些動畫可被存儲為 AVI 文件以供協(xié)作。 SolidWorks Animator 是用于幫助您設(shè)計動畫的工具。 COSMOSMotion 允許您模擬設(shè)計的物理運動并通過基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)的動畫和坐標圖形象地表現(xiàn)出運動的情況。 COSMOSMotion 基于物理性質(zhì)，而 SolidWorks Animator 則不然。通過 Animator 可以將產(chǎn)品運動及旋轉(zhuǎn)制作成 AVI 格式的動畫 ,也可將動畫保存成 . bmp 或 . tga 格式的一系列的靜止圖像。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 坐標圖中可以查看的工程數(shù)據(jù)。干涉檢查和 AVI 影片可以幫助 用戶 找出問題并向他人表述這些問題。在流行的裝配體建模工具內(nèi)，可以通過修改參數(shù)或拖動模型的各部分，看到系統(tǒng)移動情況。大多數(shù)公司發(fā)現(xiàn)， COSMOSMotion 通常在一個項目中就可以收回投資。通過減少對硬件原型機的依賴，公司將減少開發(fā)產(chǎn)品所需的時間和節(jié)約資金。 COSMOSMotion 對機械運動進行模擬并輸出您通常應(yīng)實際收集的信息 。 COSMOSMotion 的應(yīng)用及特點 COSMOSMotion 是 模擬您的產(chǎn)品在 CAD 系統(tǒng)內(nèi)的功能的軟件。 (3).完全漢化，使用過程中無任何語言障礙。 Solidworsks 具有以下特點 : (l).SolidWorks 是當今世界基于 NT/Windows 平臺的三維機械 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。 SolidWorks 是市場份額增長最快、技術(shù)發(fā)展最快、市場前景最好、性能價格比最優(yōu)的軟件。計算機運動仿真技術(shù)已經(jīng) 越來越成為人們代替或部分代替樣機制作、工藝試驗，以獲取所需數(shù)據(jù)結(jié)果并最終完成對產(chǎn)品的性能測試及驗證的有力技術(shù)手段。尤其在航天、國防及其它大規(guī)模復雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，計算機運動仿真己經(jīng)成為不可缺少的工具。 計算機運動仿真作為 計算機仿真技術(shù)的一個重要分支，可以歸入虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR(VirtualReality)的范疇，它匯集了計算機圖形學、多媒體技術(shù)、實時計算技術(shù)、人機接口技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)。隨著經(jīng)濟貿(mào)易的全球化，要想在競爭日趨激烈的市場上取勝，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對市場的靈活反應(yīng)都已成為競爭者們所追求的運營方式，誰早推出產(chǎn)品，誰就占有市場。在大多數(shù)情況下，工程師往往為了保證產(chǎn)品按時投放市場而中斷這一過程，使產(chǎn)品在上市時便有先天不足的毛病。只有通過周而復始的設(shè)計 試驗 設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。在設(shè)計完成后，為了驗證設(shè)計，通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗甚至是破壞性的。在計算機輔助下進行機械零件的設(shè)計、校核，并進行系統(tǒng)運動仿真己經(jīng)逐漸成為機械設(shè)計的發(fā)展方向。 以上 三 種基本型式的機械手各