基于PROE的機(jī)械手設(shè)計(jì)

目錄第一章緒論11.1機(jī)械手的介紹11.2機(jī)械手的開展概況11.2.1目的和現(xiàn)實(shí)意義21.2.2國(guó)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(diǎn)7第三章六自由度機(jī)械手零件的建模93.1六自由度機(jī)械手手指建模93.2六自由度機(jī)械手手掌建模123.3六自由度機(jī)械手手腕建模133.4六自由度機(jī)械手手臂建模143.5六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體建模153.6六自由度機(jī)械手垂直軸支撐體建模153.7六自由度機(jī)械手底座建模16第四章六自由度機(jī)械手的裝配174.1Pro/ENGINEER的裝配17六自由度機(jī)械手裝配步驟及方法17第五章六自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真19195.2進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊195.3添加“伺服電動(dòng)機(jī)〞205.4定義初始條件215.5定義分析225.6運(yùn)動(dòng)仿真視頻制作23致謝25參考文獻(xiàn)26基于PRO/E六自由度機(jī)械手參數(shù)化建模及運(yùn)動(dòng)仿真摘要：通過Pro/E這個(gè)三維軟件工具來進(jìn)行六自由度機(jī)械手的參數(shù)化建模設(shè)計(jì)，完整表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本流程，提出一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新思路,展示Pro/E在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)。首先利用Pro/E便捷的建模工具來對(duì)機(jī)械手的各零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)；然后利用Pro/E按要求對(duì)機(jī)械手零件以各種約束和銷釘?shù)冗B接來進(jìn)行合理裝配；接著利用Pro/E的機(jī)構(gòu)模式對(duì)機(jī)械手的裝配作添加伺服器等操作，來實(shí)現(xiàn)六自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真。Pro/E方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)六自由度機(jī)械手的裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，效果非常直觀。關(guān)鍵字：Pro/E；機(jī)械手；建模；運(yùn)動(dòng)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(jī)械手的介紹機(jī)械手是一種能模仿人手和臂膀的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)〔擺動(dòng)〕、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。1.2機(jī)械手的開展?fàn)顩r機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)，1959年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)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(jī)器的運(yùn)動(dòng)。1954年,德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)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(jī)器人，認(rèn)為汽車工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)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(tái)工業(yè)機(jī)器人。它成為世界上第一臺(tái)真正的實(shí)用工業(yè)機(jī)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(jī)器人制造工廠。第一批工業(yè)機(jī)器人被稱為“尤尼梅特〞，意思是“萬(wàn)能自動(dòng)〞。他們因此被稱為機(jī)器人之父。1962年美國(guó)機(jī)械與鑄造公司也制造出工業(yè)機(jī)器人，稱為“沃爾薩特蘭〞，意思是“萬(wàn)能搬動(dòng)〞。〞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(jī)器人。近百年來開展起來的機(jī)器人，大致經(jīng)歷了三個(gè)成長(zhǎng)階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體機(jī)器人，第二代為群體勞動(dòng)機(jī)器人，第三代為類似人類的智能機(jī)器人，它的未來開展方向是有知覺、有思維、能與人對(duì)話。第一代機(jī)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(jī)器人是智能機(jī)器人,它不僅具有感覺能力,而且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力。英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒〞發(fā)出指令，讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個(gè)動(dòng)作。1.2.1目的和現(xiàn)實(shí)意義在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手。其目的和現(xiàn)實(shí)意義在于：一是提高生產(chǎn)效率，因?yàn)樵跈C(jī)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(guó)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(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。二是應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。三是代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身平安。20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在平安間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后，機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。目前在我國(guó)機(jī)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(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床〞以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五〞科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)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(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)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(zhǎng)、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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)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(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種。在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)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(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面那么剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的根底上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五〞后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.2.3開展和研究方向在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)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(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格卻不斷下降。機(jī)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(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)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(jī)器人整機(jī)，國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向開展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)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(jìn)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(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演開展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的開展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)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(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納〞機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)第二章Pro/ENGINEER軟件介紹2.1Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹1985年，美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司成立于美國(guó)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(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)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(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)，它是新一代CAD/CAM軟件，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件或組件從概念設(shè)計(jì)到制造全過程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，提供了以參數(shù)化為根底，基于特征的實(shí)體造型技術(shù)，主要用于汽車及運(yùn)輸機(jī)械，宇航和飛機(jī)制造，電子及計(jì)算機(jī)設(shè)備行業(yè)以及其他行業(yè)。同時(shí)Pro/ENGINEER還提供了目前所能到達(dá)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(shè)計(jì)、分析、仿真、加工和二次開發(fā)等功能，該軟件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、家電、模具等行業(yè)，是目前國(guó)內(nèi)使用最廣泛的三維設(shè)計(jì)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(gè)部門同時(shí)致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對(duì)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(gè)全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、飯金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)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(shè)計(jì)(LAID)模塊、機(jī)械設(shè)計(jì)(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(shè)計(jì)(CAID)模塊工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，以前，在零件未制造出時(shí)，是無(wú)法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實(shí)體模型，但用3DS生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用〞。用PRO/E生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上，PRO/E后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(動(dòng)畫模擬)、PRO/DESIGNER(概念設(shè)計(jì))、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH〔圖片轉(zhuǎn)三維模型〕、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個(gè)子模塊。(2)、機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)模塊機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)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(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)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(diǎn)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(fù)雜曲面。它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY〔實(shí)體裝配〕、PRO/CABLING〔電路設(shè)計(jì)〕、PRO/PIPING〔彎管鋪設(shè)〕、PRO/REPORT〔應(yīng)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(shè)計(jì)〕、PRO/WELDING〔焊接設(shè)計(jì)〕。(3)、功能仿真(CAE)模塊功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國(guó)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(jī)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(shè)計(jì)。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(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)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(yùn)動(dòng)分析〕、PRO/MECHANICATHERMAL〔熱分析〕、PRO/MECHANICATIREMODEL〔車輪動(dòng)力仿真〕、PRO/MECHANICAVIBRATION〔震動(dòng)分析〕、PRO/MESH〔有限元網(wǎng)格劃分〕。(4)、制造(CAM)模塊在機(jī)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(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五坐標(biāo)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(jìn)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(yán)厲的制裁。在這一事件中出盡風(fēng)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(shè)計(jì)〕、PRO/MFG〔電加工〕、PRO/MOLDESIGN〔塑料模具設(shè)計(jì)〕、PRO/NC-CHECK〔NC仿真〕、PRO/NCPOST〔CNC程序生成〕、PRO/SHEETMETAL〔鈑金設(shè)計(jì)〕。(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(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對(duì)癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)。它就像PRO/E家庭的一個(gè)大管家，將觸角伸到每一個(gè)任務(wù)模塊。并自動(dòng)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(kù)中零件的數(shù)據(jù)。這個(gè)管家通過一定的機(jī)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?jiān)u估〕。(6)、數(shù)據(jù)交換(GeometryTranslator)模塊在實(shí)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(duì)方所識(shí)別。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時(shí)幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會(huì)發(fā)揮作用。PRO/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個(gè)，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(shè)計(jì)軟件的接口〕、PRO/DEVELOP〔PRO/E軟件開發(fā)〕、PRO/DRAW〔二維數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)輸入〕、PRO/INTERFACE〔工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式擴(kuò)充〕、PRO/INTERFACEFORSTEP〔STEP/ISO10303數(shù)據(jù)和PRO/E交換〕、PRO/LEGACY〔線架/曲面維護(hù)〕、PRO/LIBRARYACCESS〔PRO/E模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入〕、PRO/POLT〔HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出〕2.3Pro/ENGINEER的特點(diǎn)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(shì)。它具有基于特性；全參數(shù)；全相關(guān)；單一數(shù)據(jù)庫(kù)；全自動(dòng)數(shù)控編程，DNC直接數(shù)控加工，多軸的聯(lián)動(dòng)并且加工精度高；適合復(fù)雜幾何造型，三維模具設(shè)計(jì)；G代碼檢驗(yàn)、仿真、模擬；外接掃描儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可實(shí)現(xiàn)反求工程、數(shù)據(jù)光順，在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)被測(cè)零件的外形等特點(diǎn)?；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(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)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(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)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(jìn)行屢次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。宏觀世界是基于特征的實(shí)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(gè)特征來生成的零件的設(shè)計(jì)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(dòng)的實(shí)體模型，通常特征應(yīng)滿足以下條件：〔1〕特征必須是一個(gè)實(shí)體或零件的具體構(gòu)成之一；〔2〕特征能對(duì)應(yīng)某一形狀；〔3〕特征的性質(zhì)是可以預(yù)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(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)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(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)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(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)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(duì)齊〞等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)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(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用?？傊?，Pro/ENGINEER秉承“易學(xué)易用、功能強(qiáng)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(jī)械手零件的建模在Pro/E軟件環(huán)境下，機(jī)械三維建模應(yīng)該嚴(yán)格以設(shè)計(jì)構(gòu)思或者前期計(jì)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(shí)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(gè)經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)實(shí)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(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。圖3.2六自由度機(jī)械手由課題資料提供圖3.2可知，六自由度機(jī)械手的主要建模構(gòu)件為：機(jī)械手指、機(jī)械手掌、機(jī)械手腕、機(jī)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(jī)械手手指建?！?〕運(yùn)行Pro/E，新建零件PRT0001,PRT0001圖3.3圖3.4〔2〕創(chuàng)立機(jī)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(zhǔn)面，單擊拉伸工具，然后右鍵單擊〔延時(shí)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(jī)械手指外部輪廓，包括長(zhǎng)，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(shí)體，確定草繪尺寸、輪廓無(wú)誤后，單擊草繪工具欄下方按鈕，進(jìn)入拉伸實(shí)體界面。此操作可定義機(jī)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(wú)誤后，單擊界面下方按鈕，即完成機(jī)械手指的實(shí)體拉伸?！?〕去除實(shí)體重合部位，由于機(jī)械手指由兩瓣組成且形成對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，所以兩瓣共一回轉(zhuǎn)中心，必然有實(shí)體重合，因此需進(jìn)行實(shí)體重合部位的處理。其操作仍屬于拉伸實(shí)體，與步驟〔3〕類似，只是拉伸實(shí)體時(shí)須額外步驟?，F(xiàn)仍先選取TOP面〔亦機(jī)械手指底面〕為基準(zhǔn)面，單擊草繪完成后，單擊確定按鈕，進(jìn)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(shí)體，而是去除材料，所以應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)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(shí)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(gè)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?！?〕倒圓角邊，逐個(gè)選取所需倒圓角的邊，而后逐個(gè)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(xiàng)，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(jī)械手手掌建模由于機(jī)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(jī)械手手掌分為上部、下部?jī)删植?。機(jī)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(zhǔn)工具，創(chuàng)立一基準(zhǔn)平面，為后面的拉伸做準(zhǔn)備。利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手指嵌入空間。利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手腕連接件的嵌入空間。利用拉伸工具，拉伸出上下機(jī)械手手掌連接螺栓的支持柱。利用孔工具，打出前后2個(gè)連接螺栓孔和旋轉(zhuǎn)中心軸孔。利用陣列工具，陣列機(jī)械手手腕連接件嵌入孔。最后倒圓角邊。圖3.12六自由度機(jī)械手手掌上部機(jī)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(gè)連接螺栓孔。倒圓角邊。圖3.13六自由度機(jī)械手手掌下部3.3六自由度機(jī)械手手腕建模機(jī)械手手腕建模過程：利用拉伸工具，拉伸機(jī)械手手腕主體。利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手掌連接件的活動(dòng)槽。利用拉伸工具，拉伸出與機(jī)械手手臂的連接桿。利用孔工具，創(chuàng)立與機(jī)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(jī)械手手臂相配合的銷釘孔。圖3.14六自由度機(jī)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(jī)械手手臂建模由于為六自由度機(jī)械手，手臂須分前臂和后臂，才能到達(dá)所需靈活度與自由度，前臂與后臂模型一致。機(jī)械手手臂建模過程：利用拉伸工具，拉伸機(jī)械手手臂主體。利用拉伸工具，拉伸出機(jī)械手手腕連接件的活動(dòng)槽。利用拉伸工具，拉伸出與機(jī)械手手臂后臂的連接桿。利用孔工具，創(chuàng)立與機(jī)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(jī)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(jī)械手手臂3.5六自由度機(jī)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(jī)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(duì)應(yīng)的另外2個(gè)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(dòng)滾珠運(yùn)動(dòng)槽。倒圓角邊。圖3.17六自由度機(jī)械手垂直軸旋轉(zhuǎn)體3.6六自由度機(jī)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(shí)體。利用拉伸工具，拉伸出支撐體支撐面板實(shí)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(dòng)滾珠運(yùn)動(dòng)槽。倒圓角邊。圖3.18六自由度機(jī)械手垂直軸支撐體3.7六自由度機(jī)械手底座建模固定機(jī)械手的底座的建模：利用拉伸工具，拉伸出底座底部面板實(shí)體。利用拉伸工具，拉伸出與垂直軸支撐體相嵌的主體的實(shí)體。倒圓角邊。圖3.19六自由度機(jī)械手底座第四章六自由度機(jī)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(jī)械手構(gòu)件的裝備關(guān)系比擬簡(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)間的裝配類型均為“銷釘〞連接。4.2六自由度機(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→垂直軸支撐體→垂直軸回轉(zhuǎn)體→機(jī)械手手臂→機(jī)械手手腕→機(jī)械手手掌→機(jī)械手手指具體步驟如下：〔1〕運(yùn)行Pro/E，新建組件asm0001,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，單擊翻開，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)到達(dá)完全約束，故應(yīng)如圖4.2選取缺省，當(dāng)下方狀態(tài)欄如圖4.3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?！?〕按照裝配序列，依次添加各元件以及相應(yīng)的連接件，假設(shè)元件間面面重合，或者面與面平行，那么屬于匹配裝配；假設(shè)元件間共軸線，那么屬于軸對(duì)齊，如圖4.4所示選取相應(yīng)裝配；而各活動(dòng)關(guān)節(jié)間的裝配類型均為“銷釘〞連接，那么應(yīng)選擇如圖4.5所示的銷釘選項(xiàng)?！?〕全部零件裝配完畢后，單擊菜單欄“視圖〞→“環(huán)境和外觀〞對(duì)各零件進(jìn)行著色，六自由度機(jī)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(jī)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(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真5.1運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真運(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。5.2進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊運(yùn)行Pro/E，翻開裝配ASM0001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5.1所示。圖5.1機(jī)構(gòu)模塊圖5.2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)置，以限制主體之間的相對(duì)位置、運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)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(xiàng)，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置對(duì)話框〔圖5.3〕，編輯運(yùn)動(dòng)軸的零位置和限圖5.3運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置對(duì)話框制，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足預(yù)期的運(yùn)動(dòng)范圍。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5.4〕，名稱為“ServoMotor1〞，類型欄選擇“運(yùn)動(dòng)軸〞，點(diǎn)擊裝配時(shí)生成的銷釘軸；輪廓欄〔如圖5.5〕的“標(biāo)準(zhǔn)〞選擇“速度〞，“初始位置〞為開始運(yùn)動(dòng)的位置，可定義當(dāng)前位置，也可以定義任意位置為運(yùn)動(dòng)初始位置，并可以預(yù)覽，“模〞選擇“常數(shù)〞，“A〞值為“10〞。5.4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5.6。點(diǎn)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(jī)構(gòu)分析〞按鈕，名稱為“AnalysisDefinition1〞，類型為“位置〞，“優(yōu)先選項(xiàng)〞中，“持續(xù)時(shí)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(dòng)機(jī)添加到分析中，定義各電動(dòng)機(jī)的開始、結(jié)束時(shí)間，如圖5.9。然后點(diǎn)擊“運(yùn)行〞，即可以觀察運(yùn)動(dòng)仿真情況，確定設(shè)定正確后單擊“確定〞。5.6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、也可翻開文件中