基于solidworks六自由度焊接机械手三维运动模拟设计

基于solidworks六自由度焊接机械手三维运动模拟设计内容摘要：

反复使用。 穿孔带容纳的程序长度可不受限制，但如果发生错误时就要全部更换。 穿孔卡的信息容量有限，但便于更换、保存、可重复使用。 磁芯和磁鼓仅适用子存贮容量较大的场合。 范于选择那一种控制 元件，则根据动作的复杂程度和精确程度来确定。 分类 按用途分类 （ 1） 专用机械手 专用机械手是专为一定设备服务的，简单、实用，目前在生产中运用比较广泛。 它一般只能完成一、二种特定的作业，如用来抓取和传送工件。 它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。 （ 2） 通用机械手 通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。 它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。 它是一种能独立工作的自动化装置。 它的动作程序可以按照工作需要来改变，大都是采用顺序控制系 统，如插销板、插件板、穿孔带、穿孔卡、凸轮转鼓、磁芯和磁鼓等。 通用机械手又分简易型、示教再现型和智能机械手、操纵式机械手等几种。 1 简易型通用机械手是目前国内外应用最多的一种，固定程序采用凸轮转鼓可变程序则采用插销板或插件板进行控制。 2 示教再现型通用机械手，先由人操纵机械手完成必要的动作，由磁带或磁鼓加以记录存贮，然后根据存贮的信息进行动作。 故又称之为重复型机械手。 3 智能机械手具有较高的判断能力，它以光敏元件模拟人的“眼睛”，以声敏元件模拟人的“耳朵”，以热电偶和电阻应变仪模拟人的“皮肤”的冷热感觉和 触觉，以电子计算机模拟人的“大脑”。 具有以上“视觉”、“听觉”、“触觉”以及能思考的智能机械手 (机械人 )，目前正处在研究试制阶段，个别已达到实用的阶段。 4 操纵式机械手在人的操纵之下完成多种复杂动作，其内容可根据需要随时改变。 操纵式机械手可以近距离直接操纵，也可以远距离操纵。 其特点是适合于人不黑龙江八一农垦大学毕业设计 7 宜进入的环境中工作，如海底资源开发，宇宙空间探索，以及危险的工作地区。 其缺点是结构复杂，成本高。 按控制型式分类 （ 1） 点位控制型机械手 点位控制型机械手的运动轨迹是空间二个点之间的联接。 控制点数愈多，性能愈好。 它 基本能满足于各种要求，结构简单。 绝大部分机械手是点位控制型。 （ 2） 连续轨迹控制型机械手 这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线。 它能在三维空间中作极其复杂的动作。 工作性能完善，但控制部分比较复杂。 基本型式 机械手型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式 — 直兔坐标式、圆柱坐标式，球坐标式和关节式。 现简述如下 : 直角坐标式机械手 直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。 它的手臂可作伸缩，左右和上下移动，按直角坐标形式 X， Y， Z 只个方向的直线进行运 动，其工作范围可以是一个直线运动，二个直线运动或三个直线运动。 如在 X、 Y、 Z 三个直线运动方向上各具有 A、 B、 C 三个回转运动，即构成六个自由度。 : (1)产量大，节拍短，能满足高速的要求， (2)容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合， (3)适于装箱类、多工序复杂的工作，定位容易变更 , (4)定位精度高，可达到士 毫米以下，载重发生变化时不会影响精度， (5)易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。 缺点是这种机械手作业范围较小。 圆柱坐标式机械手 圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件。 具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。 圆柱坐标式机械手由 X、 Z、 Ф 三个运动组成。 它的工作范围可分为 :一个旋转运动，一个直线运动，加一个不在直线运动所在平面内的旋转运动，二个直线运动加一个旋转运动。 圆柱坐标式机械手有五个基本动作 : (1)手臂水平回转。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 8 (2)手臂伸缩。 (3)少手臂上下。 (4)手臂回转动作。 (5)手爪夹紧动作。 圆柱坐标式机械手的特征是在垂直 导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动（ Z）和在水平面内做圆弧状的左右摆动 (Ф )。 关节式机械手 关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动型式。 它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。 关节式机械手，早在四十年代就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有一定的发展前途。 关节式机械手有大 臂 和小臂的 摆动，以及肘关节和肩关节的运动。 关节式机械手具有上肢结构，可实现近似于人手操作的机能。 为具有近似人手操作的机能，需要研制最合适的 结构。 表 1— 2 为关节式机械手与人体上肢动作角度比较： 表 1— 2 关节式机械手与人体上肢动作角度比较 肩旋转 上臂曲摆 下臂曲摆 下臂旋转 手腕曲摆 手腕摇摆 手旋转 人体上肢 080 090 0 ～0130 – 045 ～+ 065 – 060 ～+ 090 – 060 ～+ 090 — 关节式机械手 0180 080 090 0180 090 — 0180 关节式机械手的传动机构采用齿 轮、齿条式和摆动式。 传动机构采用哪一种型式，主要根据工件的轻重来决定。 若按摆动式扭矩来设计，则油缸将加大，而装载油缸的机架也将随之加大。 特别是靠近关节式前端关节部分的重量对肩部影响很大。 传动机构在承受负荷的同时必须承受自重。 因此，传动效率很低。 如需要大的转动角，则宜采用摆动油缸。 以上 三 种基本型式的机械手各有特点，但在基本尺寸相同的情况下，如当手臂长度和机体高度相等时，应比较哪一种机械手能达到的动作范围为最大，以便于在工作中加以有效的利用。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 9 第 2章 计算机辅助设计和 SolidWorks 软件的发展 计算机辅助设计 的发展 近些年来，随着计算机技术的发展，计算机图形处理能力日益增强，以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来，并很快应用于工程领域。 在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核，并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向。 在传统的设计与制造过程中，首先是方案设计及论证，然后进行产品设计。 在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的。 当通过试验发现缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证。 只有通过周而复始的设计 试验 设计过程，产品才能达到要求的性能。 这一过程是冗长的， 尤其对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了。 在大多数情况下，工程师往往为了保证产品按时投放市场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的毛病。 在市场竞争的背景下，基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有。 随着经济贸易的全球化，要想在竞争日趋激烈的市场上取胜，缩短开发周期，提高产品质量，降低成本以及对市场的灵活反应都已成为竞争者们所追求的运营方式，谁早推出产品，谁就占有市场。 然而，传统的设计与制造方式却无法满足这些要求。 计算机运动仿真作为 计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(VirtualReality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术。 作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。 尤其在航天、国防及其它大规模复杂系统的研制开发过程中，计算机运动仿真己经成为不可缺少的工具。 借助于这项技术，工程师们可以在计算机上建立机械系统的虚拟模型，伴之以三维可视化处理，模拟其在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真的结果来精化和优化系统的设计。 计算机运动仿真技术已经 越来越成为人们代替或部分代替样机制作、工艺试验，以获取所需数据结果并最终完成对产品的性能测试及验证的有力技术手段。 软 件的 特点及前景 SolidWorks 是基于 Windows 的 CAD/CAE/CAM/PDM 桌面集成系统，是由美国SolidWorks 公司总结和继承了大型机械 CAD 软件的基础上，在 Windows 环境下实现的第一个机械三维 CAD 软件，于 1995 年 11 月研制成功。 SolidWorks 是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。 随着SolidWorks 版本的不断提高、性能的不 断增强， SolidWorks 已经能满足一般企业的黑龙江八一农垦大学毕业设计 10 一般需求了。 Solidworsks 具有以下特点 : (l).SolidWorks 是当今世界基于 NT/Windows 平台的三维机械 CAD 软件系统的主流产品，目前己在国内外中小型企业中得到广泛应用。 (2).易学、易用，操作过程直观、简单，功能强大。 (3).完全汉化，使用过程中无任何语言障碍。 (4).可向下兼容二维 AutoCAD，使得以前采用 Aut0CAD 进行的设计可以继续使用和转化。 COSMOSMotion 的应用及特点 COSMOSMotion 是 模拟您的产品在 CAD 系统内的功能的软件。 此过程称作功能虚拟原型机仿真。 COSMOSMotion 对机械运动进行模拟并输出您通常应实际收集的信息。 COSMOSMotion 旨在帮助用户减少对使用物理原型机仿真和测试来确保设计工作顺利进行的需求。 通过减少对硬件原型机的依赖，公司将减少开发产品所需的时间和节约资金。 此外，通过采用功能虚拟原型机仿真，公司将能够测试更多的产品配置。 大多数公司发现， COSMOSMotion 通常在一个项目中就可以收回投资。 COSMOSMotion 和在 SolidWorks 装配 体建模工具中看到的运动之间 有很多 区别 ， COSMOSMotion 将物理情况（作用力、动量和重力）考虑在内，而装配体建模工具则不然。 在流行的装配体建模工具内，可以通过修改参数或拖动模型的各部分，看到系统移动情况。 使用装配体模块运动，可以扩展具有多个促动器（例如马达）和弹簧的装配体模型，以了解机械运动在现实世界的情况。 干涉检查和 AVI 影片可以帮助 用户 找出问题并向他人表述这些问题。 在装配体模型中看到的运动和在 COSMOSMotion 中看到的运动之间有一个显著差别。 装配体建模工具无法模拟在 COSMOSMotion 中提供的齿轮、凸轮、插销、作用力等，或者无法生成在 XY 坐标图中可以查看的工程数据。 SolidWorks 的运动仿真及动画制作也可以通过其插件 Animator 软件进行的。 通过 Animator 可以将产品运动及旋转制作成 AVI 格式的动画 ,也可将动画保存成 . bmp 或 . tga 格式的一系列的静止图像。 但 COSMOSMotion 与 Animator 有很大区别。 COSMOSMotion 基于物理性质，而 SolidWorks Animator 则不然。 物理性质意味着在运动中捕获像重力和摩擦力之类的影响。 COSMOSMotion 允许您模拟设计的物理运动并通过基础工程数据的动画和坐标图形象地表现出运动的情况。 您可以使用COSMOSMotionAVI 捕获物理运动并与他人交流这些物理运动。 SolidWorks Animator 是用于帮助您设计动画的工具。 这些动画可以包含旋转装配体、装配 /拆卸零件以及枢接装配体。 与 COSMOSMoti。