基于PROE的機械手設計

目錄第一章緒論11.1機械手的介紹11.2機械手的開展概況11.2.1目的和現(xiàn)實意義21.2.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.3開展和研究方向3第二章Pro/ENGINEER軟件介紹52.1Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹52.2Pro/ENGINEER概述52.3Pro/ENGINEER的特點7第三章六自由度機械手零件的建模93.1六自由度機械手手指建模93.2六自由度機械手手掌建模123.3六自由度機械手手腕建模133.4六自由度機械手手臂建模143.5六自由度機械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模153.6六自由度機械手垂直軸支撐體建模153.7六自由度機械手底座建模16第四章六自由度機械手的裝配174.1Pro/ENGINEER的裝配17六自由度機械手裝配步驟及方法17第五章六自由度機械手的運動仿真19195.2進入機構(gòu)模塊195.3添加“伺服電動機〞205.4定義初始條件215.5定義分析225.6運動仿真視頻制作23致謝25參考文獻26基于PRO/E六自由度機械手參數(shù)化建模及運動仿真摘要：通過Pro/E這個三維軟件工具來進行六自由度機械手的參數(shù)化建模設計，完整表達產(chǎn)品設計的根本流程，提出一種產(chǎn)品設計的新思路,展示Pro/E在產(chǎn)品設計上的優(yōu)勢。首先利用Pro/E便捷的建模工具來對機械手的各零件進行造型設計；然后利用Pro/E按要求對機械手零件以各種約束和銷釘?shù)冗B接來進行合理裝配；接著利用Pro/E的機構(gòu)模式對機械手的裝配作添加伺服器等操作，來實現(xiàn)六自由度機械手的運動仿真。Pro/E方便的實現(xiàn)了對六自由度機械手的裝配和運動仿真，效果非常直觀。關(guān)鍵字：Pro/E；機械手；建模；運動仿真ParametricModelingandSimulationofSixdegreesoffreedommanipulatorBasedonPro/EAbstract:ByPro/Esoftwaretoolstocarryoutthisthree-dimensionalsixdegreesoffreedommanipulatorparametricmodelingdesign,completeproductdesignreflectsthebasicprocess,presentsanewideaofproductdesign,displayPro/Eintheproductdesignadvantages.FirstuseofPro/Eandconvenientmodelingtoolstothevariouspartsofthemanipulatorformodelingdesign;thenusingPro/Easrequiredinvariouspartsofthemanipulatorsuchasconnectivityconstraintsandpinassemblytobereasonable;thenusePro/Einthebodymodelofthemanipulatorassemblyoperationssuchasaddingserverstoachievesixdegreesoffreedommanipulatormotionsimulation.Pro/Etofacilitatetheimplementationofthemanipulatorsofthesixdegreesoffreedomofassemblyandmotionsimulation,theeffectisveryintuitive.Keywords:Pro/E;Manipulator;Modeling;MotionSimulation第一章緒論1.1機械手的介紹機械手是一種能模仿人手和臂膀的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件〔或工具〕的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動〔擺動〕、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關(guān)鍵參數(shù)，自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1.2機械手的開展狀況機器人的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾曾于1946年創(chuàng)造了一種系統(tǒng)，可以“重演〞所記錄的機器的運動。1954年,德沃爾又獲得可編程機械手專利，這種機械手臂按程序進行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機器人，認為汽車工業(yè)最適于用機器人干活，因為是用重型機器進行工作，生產(chǎn)過程較為固定。1959年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。它成為世界上第一臺真正的實用工業(yè)機器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜〞公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特〞，意思是“萬能自動〞。他們因此被稱為機器人之父。1962年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人，稱為“沃爾薩特蘭〞，意思是“萬能搬動〞。〞尤尼梅特〞和“沃爾薩特蘭〞就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。近百年來開展起來的機器人，大致經(jīng)歷了三個成長階段，也即三個時代。第一代為簡單個體機器人，第二代為群體勞動機器人，第三代為類似人類的智能機器人，它的未來開展方向是有知覺、有思維、能與人對話。第一代機器人屬于示教再現(xiàn)型,第二代那么具備了感覺能力,第三代機器人是智能機器人,它不僅具有感覺能力,而且還具有獨立判斷和行動的能力。英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機械手，把應當完成的任務做一遍，或者人用“示教控制盒〞發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應當完成的各個動作。1.2.1目的和現(xiàn)實意義在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手。其目的和現(xiàn)實意義在于：一是提高生產(chǎn)效率，因為在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。二是應用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化。三是代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身平安。20世紀40年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性材料，人在平安間操縱機械手進行各種操作和實驗。50年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。1.2.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床〞以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五〞科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五〞、“八五〞科技攻關(guān)，目前已根本掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品，機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、本錢也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863〞方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種。在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面那么剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五〞后期立于世界先進行列之中。1.2.3開展和研究方向在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成局部，這種新技術(shù)開展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門跨學科綜合技術(shù)。工業(yè)機器人不斷向著高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修等性能提高，而單機價格卻不斷下降。機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化：由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向開展，便于標準化、網(wǎng)絡化，器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人那么采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制，多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演開展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。當代遙控機器人系統(tǒng)的開展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納〞機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實第二章Pro/ENGINEER軟件介紹2.1Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹1985年，美國參數(shù)化技術(shù)公司PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的開展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/E是一套機械設計自動化軟件系統(tǒng)，它是新一代CAD/CAM軟件，實現(xiàn)了產(chǎn)品零件或組件從概念設計到制造全過程設計的自動化，提供了以參數(shù)化為根底，基于特征的實體造型技術(shù)，主要用于汽車及運輸機械，宇航和飛機制造，電子及計算機設備行業(yè)以及其他行業(yè)。同時Pro/ENGINEER還提供了目前所能到達的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。它采用基于特征的參數(shù)化技術(shù)，具有產(chǎn)品的三維設計、分析、仿真、加工和二次開發(fā)等功能，該軟件已廣泛應用于機械、電子、家電、模具等行業(yè)，是目前國內(nèi)使用最廣泛的三維設計軟件之一。2.2Pro/ENGINEER概述PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型工程的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。Pro/E可謂是個全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、飯金件設計、鑄造件設計、造型設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)仿真、應力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，其模塊眾多。主要由以下六大主模塊組成：工業(yè)設計(LAID)模塊、機械設計(CAD)模塊、功能仿真(CAE)模塊、制造(CAM)模塊、數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊和數(shù)據(jù)交換(GeometryTranslator)模塊。(1)、工業(yè)設計(CAID)模塊工業(yè)設計模塊主要用于對產(chǎn)品進行幾何設計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工程實際中是“中看不中用〞。用PRO/E生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(動畫模擬)、PRO/DESIGNER(概念設計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH〔圖片轉(zhuǎn)三維模型〕、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。(2)、機械設計(CAD)模塊機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)那么的物體外表，如自由曲面等。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用PRO/E生成曲面僅需2步～3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復雜曲面。它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。包括：PRO/ASSEMBLY〔實體裝配〕、PRO/CABLING〔電路設計〕、PRO/PIPING〔彎管鋪設〕、PRO/REPORT〔應用數(shù)據(jù)圖形顯示〕、PRO/SCAN-TOOLS〔物理模型數(shù)字化〕、PRO/SURFACE〔曲面設計〕、PRO/WELDING〔焊接設計〕。(3)、功能仿真(CAE)模塊功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心〞。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到〞零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的根底上，便可充分優(yōu)化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng)濟效益。包括：PRO/FEMPOST〔有限元分析〕、PRO/MECHANICACUSTOMLOADS〔自定義載荷輸入〕、PRO/MECHANICAEQUATIONS〔第三方仿真程序連接〕、PRO/MECHANICAMOTION〔指定環(huán)境下的裝配體運動分析〕、PRO/MECHANICATHERMAL〔熱分析〕、PRO/MECHANICATIREMODEL〔車輪動力仿真〕、PRO/MECHANICAVIBRATION〔震動分析〕、PRO/MESH〔有限元網(wǎng)格劃分〕。(4)、制造(CAM)模塊在機械行業(yè)中用到的CAM制造模塊中的功能是NCMachining(數(shù)控加工)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件〞。當時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進了一套五坐標數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失沉重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)〞協(xié)議，擅自出口高技術(shù)，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。PRO/ES的數(shù)控模塊包括：PRO/CASTING〔鑄造模具設計〕、PRO/MFG〔電加工〕、PRO/MOLDESIGN〔塑料模具設計〕、PRO/NC-CHECK〔NC仿真〕、PRO/NCPOST〔CNC程序生成〕、PRO/SHEETMETAL〔鈑金設計〕。(5)、數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊PRO/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改良產(chǎn)品設計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)立的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機制，保證了所有數(shù)據(jù)的平安及存取方便。它包括：PRO/PDM〔數(shù)據(jù)管理〕、PRO/REVIEW〔模型圖紙評估〕。(6)、數(shù)據(jù)交換(GeometryTranslator)模塊在實際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。PRO/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個，如：PRO/CAT〔PRO/E和CATIA的數(shù)據(jù)交換〕、PRO/CDT〔二維工程圖接口〕、PRO/DATAFORPDGS〔PRO/E和福特汽車設計軟件的接口〕、PRO/DEVELOP〔PRO/E軟件開發(fā)〕、PRO/DRAW〔二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入〕、PRO/INTERFACE〔工業(yè)標準數(shù)據(jù)交換格式擴充〕、PRO/INTERFACEFORSTEP〔STEP/ISO10303數(shù)據(jù)和PRO/E交換〕、PRO/LEGACY〔線架/曲面維護〕、PRO/LIBRARYACCESS〔PRO/E模型數(shù)據(jù)庫進入〕、PRO/POLT〔HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出〕2.3Pro/ENGINEER的特點Pro/E所采用的造型技術(shù)和加工處理技術(shù)與其它同類型軟件相比具有明顯的優(yōu)勢。它具有基于特性；全參數(shù)；全相關(guān)；單一數(shù)據(jù)庫；全自動數(shù)控編程，DNC直接數(shù)控加工，多軸的聯(lián)動并且加工精度高；適合復雜幾何造型，三維模具設計；G代碼檢驗、仿真、模擬；外接掃描儀、三坐標測量機可實現(xiàn)反求工程、數(shù)據(jù)光順，在計算機上再現(xiàn)被測零件的外形等特點?；谔卣鞯膮?shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)〔不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性〕，然后修改參數(shù)很容易的進行屢次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。宏觀世界是基于特征的實體造型軟件，“基于特征〞的意思是零件模型的構(gòu)造是由各個特征來生成的零件的設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，通常特征應滿足以下條件：〔1〕特征必須是一個實體或零件的具體構(gòu)成之一；〔2〕特征能對應某一形狀；〔3〕特征的性質(zhì)是可以預料的；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)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(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，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。裝配管理：Pro/ENGINEER的根本結(jié)構(gòu)能夠使用戶利用一些直觀的命令，例如“嚙合〞、“插入〞、“對齊〞等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構(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)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。總之，Pro/ENGINEER秉承“易學易用、功能強大、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。第三章六自由度機械手零件的建模在Pro/E軟件環(huán)境下，機械三維建模應該嚴格以設計構(gòu)思或者前期計算為依據(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程如下圖。圖 3.1Pro/E零件建模一般過程由于在Pro/ENGINEER中實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，需要有一個經(jīng)驗積累過程。一般來說，要根據(jù)圖形的形狀選擇適宜的構(gòu)造模型的方式。因此，在設計實體模型之前，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。圖3.2六自由度機械手由課題資料提供圖3.2可知，六自由度機械手的主要建模構(gòu)件為：機械手指、機械手掌、機械手腕、機械手臂、垂直軸旋轉(zhuǎn)體、垂直軸支撐體、底座等。3.1六自由度機械手手指建?！?〕運行Pro/E，新建零件PRT0001,PRT0001圖3.3圖3.4〔2〕創(chuàng)立機械手指的根本輪廓，這一步用草繪曲線的方法，選取TOP面為基準面，單擊拉伸工具，然后右鍵單擊〔延時單擊〕界面，出現(xiàn)右鍵菜單，選取定義內(nèi)部草繪〔如上圖3.4〕，出現(xiàn)草繪界面，接著草繪機械手指外部輪廓，包括長，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3.5〔3〕拉伸形成實體，確定草繪尺寸、輪廓無誤后，單擊草繪工具欄下方按鈕，進入拉伸實體界面。此操作可定義機械手指所需的厚度，雙擊界面中尺寸數(shù)字，輸入所需厚度5，見下列圖敲Enter回車鍵即完成定義。操作無誤后，單擊界面下方按鈕，即完成機械手指的實體拉伸?！?〕去除實體重合部位，由于機械手指由兩瓣組成且形成對稱運動，所以兩瓣共一回轉(zhuǎn)中心，必然有實體重合，因此需進行實體重合部位的處理。其操作仍屬于拉伸實體，與步驟〔3〕類似，只是拉伸實體時須額外步驟。現(xiàn)仍先選取TOP面〔亦機械手指底面〕為基準面，單擊草繪完成后，單擊確定按鈕，進去拉伸界面，定義拉伸厚度為3，如上圖3.8所示。由于此次拉伸并不是增加實體，而是去除材料，所以應進行相應操作，如下列圖所示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，即完成了實體重合部位的去除?！?〕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，深度為至下一個曲面，直徑為3，見下列圖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，逐個選取所需倒圓角的邊，而后逐個倒圓角，或者按住Ctrl鍵一次全選需要倒圓角的邊，如下列圖3.11，然后直接右鍵單擊出現(xiàn)圖中倒圓角邊選項，選取并定義圓角半徑即完成倒圓角邊操作。3.2六自由度機械手手掌建模由于機械手手指需嵌入手掌內(nèi)部，使起到固定和支撐的作用。故機械手手掌分為上部、下部兩局部。機械手手掌上部建模過程如下：利用拉伸工具，拉伸出手掌上部的主體。利用基準工具，創(chuàng)立一基準平面，為后面的拉伸做準備。利用拉伸工具，拉伸出機械手手指嵌入空間。利用拉伸工具，拉伸出機械手手腕連接件的嵌入空間。利用拉伸工具，拉伸出上下機械手手掌連接螺栓的支持柱。利用孔工具，打出前后2個連接螺栓孔和旋轉(zhuǎn)中心軸孔。利用陣列工具，陣列機械手手腕連接件嵌入孔。最后倒圓角邊。圖3.12六自由度機械手手掌上部機械手手掌下部建模過程如下：利用拉伸工具，創(chuàng)立外形尺寸特征。利用孔工具，打出前后2個連接螺栓孔。倒圓角邊。圖3.13六自由度機械手手掌下部3.3六自由度機械手手腕建模機械手手腕建模過程：利用拉伸工具，拉伸機械手手腕主體。利用拉伸工具，拉伸出機械手手掌連接件的活動槽。利用拉伸工具，拉伸出與機械手手臂的連接桿。利用孔工具，創(chuàng)立與機械手手掌連接件相配合的銷釘孔。利用孔工具，創(chuàng)立連接桿上與機械手手臂相配合的銷釘孔。圖3.14六自由度機械手手腕還有與之相關(guān)的連接件如下列圖：圖3.15連接件3.4六自由度機械手手臂建模由于為六自由度機械手，手臂須分前臂和后臂，才能到達所需靈活度與自由度，前臂與后臂模型一致。機械手手臂建模過程：利用拉伸工具，拉伸機械手手臂主體。利用拉伸工具，拉伸出機械手手腕連接件的活動槽。利用拉伸工具，拉伸出與機械手手臂后臂的連接桿。利用孔工具，創(chuàng)立與機械手手腕連接件相配合的銷釘孔。利用孔工具，創(chuàng)立連接桿上與機械手手臂后臂相配合的銷釘孔。倒圓角邊。圖3.16六自由度機械手手臂3.5六自由度機械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模過程：利用拉伸工具，創(chuàng)立旋轉(zhuǎn)體主體。利用拉伸工具，拉伸出與機械手手臂連接件的嵌入槽。利用孔工具，創(chuàng)立旋轉(zhuǎn)軸孔和旋轉(zhuǎn)體頂蓋固定螺釘孔。利用鏡像工具，鏡像出對應的另外2個螺釘孔。利用可變剖面掃描工具，創(chuàng)立旋轉(zhuǎn)體與支撐體間活動滾珠運動槽。倒圓角邊。圖3.17六自由度機械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體3.6六自由度機械手垂直軸支撐體建模垂直軸支撐體建模：利用拉伸工具，拉伸出支撐體支撐柱實體。利用拉伸工具，拉伸出支撐體支撐面板實體。利用孔工具，創(chuàng)立旋轉(zhuǎn)軸孔。利用可變剖面掃描工具，創(chuàng)立旋轉(zhuǎn)體與支撐體間活動滾珠運動槽。倒圓角邊。圖3.18六自由度機械手垂直軸支撐體3.7六自由度機械手底座建模固定機械手的底座的建模：利用拉伸工具，拉伸出底座底部面板實體。利用拉伸工具，拉伸出與垂直軸支撐體相嵌的主體的實體。倒圓角邊。圖3.19六自由度機械手底座第四章六自由度機械手的裝配4.1Pro/ENGINEER的裝配P：圖4.1Pro/E裝配一般過程六自由度機械手構(gòu)件的裝備關(guān)系比擬簡單，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。4.2六自由度機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:六自由度機械手底座→垂直軸支撐體→垂直軸回轉(zhuǎn)體→機械手手臂→機械手手腕→機械手手掌→機械手手指具體步驟如下：〔1〕運行Pro/E，新建組件asm0001,點確定進入裝配模式，單擊工具欄按鈕，添加元件進入裝配，首先根據(jù)文件目錄找到底座，單擊翻開，便將底座引入了裝配環(huán)境。對于首個進入裝配環(huán)境的元件，應使其狀態(tài)到達完全約束，故應如圖4.2選取缺省，當下方狀態(tài)欄如圖4.3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?！?〕按照裝配序列，依次添加各元件以及相應的連接件，假設元件間面面重合，或者面與面平行，那么屬于匹配裝配；假設元件間共軸線，那么屬于軸對齊，如圖4.4所示選取相應裝配；而各活動關(guān)節(jié)間的裝配類型均為“銷釘〞連接，那么應選擇如圖4.5所示的銷釘選項。〔3〕全部零件裝配完畢后，單擊菜單欄“視圖〞→“環(huán)境和外觀〞對各零件進行著色，六自由度機械手的裝配效果圖和分解爆炸效果圖如下：圖4.6六自由度機械手裝配效果圖圖4.7分解爆炸效果圖第五章六自由度機械手的運動仿真5.1運動學仿真運動學仿真是對機構(gòu)進行裝配之后，不給其施加力，不考慮零件之間的摩擦，只在機構(gòu)上施加動力，構(gòu)建運動副，使機構(gòu)能進行運動，分析其運動軌跡。在Pro/ENGINEER機構(gòu)模塊中提供零件之間的運動副有:凸輪連接運動副、槽連接運動副、齒輪連接運動副等。5.2進入機構(gòu)模塊運行Pro/E，翻開裝配ASM0001后，點擊菜單欄“應用程序〞→“機構(gòu)〞，即進入了機構(gòu)模塊，如圖5.1所示。圖5.1機構(gòu)模塊圖5.2進入機構(gòu)模塊后即可對各運動軸做參數(shù)設置，以限制主體之間的相對位置、運動范圍、運動軸零位置參照等。如圖5.2，選擇旋轉(zhuǎn)軸，右鍵單擊并選擇菜單中編輯定義選項，進入運動軸設置對話框〔圖5.3〕，編輯運動軸的零位置和限圖5.3運動軸設置對話框制，并可對編輯數(shù)據(jù)進行預覽。使用“拖動〞功能可檢查為運動軸指定的限制是否滿足預期的運動范圍。添加“伺服電動機〞在機構(gòu)模式下，點擊“伺服電動機〞圖標，定義“伺服電動機〞〔如圖5.4〕，名稱為“ServoMotor1〞，類型欄選擇“運動軸〞，點擊裝配時生成的銷釘軸；輪廓欄〔如圖5.5〕的“標準〞選擇“速度〞，“初始位置〞為開始運動的位置，可定義當前位置，也可以定義任意位置為運動初始位置，并可以預覽，“模〞選擇“常數(shù)〞，“A〞值為“10〞。5.4定義初始條件點擊“拖動元件〞按鈕，點擊“快照〞，生成“Snapshot1〞如圖5.6。點擊“初始條件〞按鈕，名稱為“InitCond1〞，選擇“快照〞為“Snapshot1〞，如圖5.7，單擊“確定〞完成初始條件的定義。5.5定義分析單擊“機構(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17s,“幀頻〞為“10〞，“最小間隔〞為“〞?！翱煺炸曔x擇先前生成的“Snapshot1〞，如圖5.8。將7電動機添加到分析中，定義各電動機的開始、結(jié)束時間，如圖5.9。然后點擊“運行〞，即可以觀察運動仿真情況，確定設定正確后單擊“確定〞。5.6運動仿真視頻制作前面的運動分析“AnalysisDefinition1〞生成后，單擊界面右邊回放按鈕，即可進入回放界面，此界面可對先前的運動分析進行回放、保存至文件、也可翻開文件中