基于proe六自由度机械手参数化建模及运动仿真
六自由度机械手的坐标建立及运动学分析
第**卷第**期20**年*月机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGVo l.** No.**** 20**DOI：10.3901/JME.20**.**.***六自由度机械手的坐标建立及运动学分析摘要：从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。
通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。
因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。
然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。
并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。
最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。
即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。
关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄The coordinates of six degrees of freedom manipulator and kinematics analysis is establishedWU Yanchao JIN Yuanxun ZHAO Xin LI Daohai SONG Ping MENG Ya ABSTRACT：T his article based on the analysis of kinematics to study the trajectory control problems, use of inverse kinematics of the complex mode of tracking movement of the feasibility and practicality. Through the establishment of the manipulator Cartesian coordinates, derived manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics of the equation solution on the basis of this establishment manipulator working space. And discuss their work space The flexibility and the possibility exists.So in another way to the six degrees of freedom series manipulator motion control the complex issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve, and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures designed trajectory design of complex programming tasks. And using MATLAB simulation of the track, compared with its actual calculation is correct.The final design through six degrees of freedom series manipulator track to achieve flat text, draw their design approach. That is, first of all use of teaching handle achieve trajectory default the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized coordinate programming.key words：Six degree-of-freedom manipulators，Cartesian coordinates， Equations of motion，Simulation， Demonstration handle机 械 工 程 学 报 第49卷第6期前言基于六自由度串联机械手的复杂运动控制的研究，期望通过一种使用的轨迹设计方法，即利用六自由度串联机械手实现平面复杂运动轨迹的设计，使其能在不同的工业生产下完成预定的轨迹实现的准确性和实用性，则该机械手将在实在加工工业中发挥更重要的作用，并可完成许多人工条件无法完成的任务，从而提高机械手的利用性。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：近年来，随着工业自动化的快速发展，机械臂在生产制造领域的应用越来越广泛。
作为工业机器人的重要组成部分，机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点。
本文围绕六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真展开研究，通过对机械臂的结构、动力学模型和运动学原理的分析，设计了一套完整的机械臂控制系统，并进行了运动学仿真验证实验。
研究结果表明，该控制系统能够实现六自由度机械臂的准确控制和精确运动。
关键词：六自由度机械臂，控制系统，运动学仿真，结构分析，动力学分析1. 引言机械臂是一种能够替代人工完成各种物体抓取、搬运和加工任务的重要设备。
随着工业自动化程度的提高和生产效率的要求，机械臂在生产制造行业中的应用越来越广泛。
机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点，尤其是六自由度机械臂。
六自由度机械臂具有较大的运动自由度，在复杂任务中具有更强的工作能力和适应性。
因此，研究六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真对于改善机械臂的性能和应用具有重要意义。
2. 机械臂结构分析六自由度机械臂的结构由底座、第一至第六关节组成。
底座作为机械臂的固定支撑，通过第一关节与机械臂连接。
第一至第四关节形成了前臂部分，决定了机械臂的悬臂长度。
第五关节和第六关节分别为腕部和手部，负责完成机械臂的末端操作。
结构分析可以为后续的动力学和运动学建模提供基础。
3. 动力学模型机械臂的动力学模型是基于牛顿第二定律和欧拉定理建立的。
通过考虑机械臂各关节的质量、惯性和振动特性，可以对机械臂的力学性能进行描述。
动力学模型的建立是机械臂控制系统设计的重要基础。
4. 运动学原理机械臂的运动学原理研究机械臂的位置、速度和加速度之间的关系。
通过运动学原理可以确定机械臂的姿态和末端位置，实现机械臂的准确定位和精确控制。
运动学原理是机械臂控制系统设计和运动学仿真的重要内容。
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论基于PRO/E（Pro/ENGINEER）六自由度机械手参数化建模及运动仿真（Introduction to Parametric Modeling and Motion Simulation of a Six Degree-of-Freedom Robot Arm Based on PRO/E）是一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法和运动仿真技术的概念介绍。
机械手是一种能够执行预定动作的自动机器人系统，在工业领域被广泛应用。
参数化建模和运动仿真是机械手设计与验证的重要工具，可以提高设计效率和减少实验成本。
首先，本文介绍了 Pro/E 软件的基本原理和特点。
Pro/E 是一种三维 CAD（计算机辅助设计）软件，具有强大的参数化建模和运动仿真能力。
它可以通过调整参数来改变模型的形状和尺寸，以便满足不同的设计要求。
Pro/E 还提供了强大的运动仿真功能，可以模拟机械手在不同工况下的运动特性。
接下来，本文详细介绍了机械手的六个自由度，即机械手可以在三维空间中进行平移和转动的六个方向。
机械手的自由度决定了它的灵活性和工作范围。
参数化建模是在 Pro/E 软件中定义机械手的结构和参数，以便能够根据实际需求对机械手进行定制化设计。
然后，本文提出了一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法。
通过定义机械手的几何尺寸、关节角度和连杆长度等参数，可以实现对机械手结构和工作范围的快速调整。
参数化建模可以大大加快机械手的设计过程，减少人工调整的工作量。
最后，本文介绍了基于 Pro/E 软件的机械手运动仿真技术。
通过给定关节的运动规律和工作环境的约束条件，可以模拟机械手在不同运动状态下的姿态和运动轨迹。
运动仿真可以帮助设计师评估机械手的性能和可靠性，并进行优化设计。
总结起来，基于 Pro/E 的六自由度机械手参数化建模和运动仿真技术是一种高效、准确和可靠的机械手设计方法。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：机械臂在现代工业自动化领域中扮演着重要的角色。
为了更好地应对复杂的工业任务，提高生产效率和精度，本文设计了一套六自由度机械臂控制系统，并利用运动学仿真进行了验证。
文章首先介绍了机械臂的概念及其应用领域，然后详细介绍了六自由度机械臂的结构、运动学原理以及控制系统设计方案。
最后，通过运动学仿真实验验证了设计方案的可行性和稳定性，为进一步进行实际应用提供了有力支持。
一、引言机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机械装置，广泛应用于工业制造、物流配送、医疗辅助等领域。
随着自动化技术的发展，机械臂正在不断发展和完善。
其中，六自由度机械臂由于其结构灵活、多功能和高精度的特点，成为研究和应用较多的一种类型。
二、六自由度机械臂结构与运动学原理六自由度机械臂由机械臂底座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和末端执行器组成。
每个关节都有一个自由度，使得机械臂可以在六个方向上进行运动。
机械臂的运动是通过电机控制与驱动的。
机械臂的运动学原理是通过求解机械臂的位置、速度和加速度，来实现机械臂的运动控制。
机械臂的位置可以通过关节角度得到，而关节角度可以通过编码器和传感器实时获取。
机械臂的速度和加速度可以通过微分、反向运动学求解得到。
利用运动学原理，可以在给定任务下控制机械臂的精准运动。
三、六自由度机械臂控制系统设计方案本文设计的机械臂控制系统采用了嵌入式控制器进行控制。
主要原因是嵌入式控制器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，能够满足机械臂控制系统的需求。
控制系统主要包括关节驱动模块、通信模块、控制算法和人机交互界面。
其中，关节驱动模块用于控制机械臂的运动，通信模块用于与上位机进行数据传输，控制算法用于实现机械臂的运动控制，人机交互界面用于操作和监控机械臂的运动状态。
四、运动学仿真实验与结果分析为了验证设计方案的可行性和稳定性，本文进行了运动学仿真实验。
CREO六轴机械手的仿真运动图文教程
六自由度机械手因为运动轨迹复杂，坐标法显然不合适。
所以本教程用快照法制作。
1.1首先是装配零件，新建组件P-HAND.ASM，插入m-16ib_base_any_1_1.prt，连接方式是默认，如下图：1.2装配BASEPLATE_1，板上四个孔与机械手基座m-16ib_base_any_1_1.prt 的对齐，并且基座m-16ib_base_any_1_1.prt底部与基板BASEPLATE_1表面配合，（这两个零件哪个先装配都可以，到动画制作时都作为基座处理）如下图：1.3装配零件m-16ib_axis1_any_1_1.prt，以销的方式连接，注意销连接的方向，如图：1.4旋转轴对齐，当前位置输入0，勾选启用重新生成值。
如下图：1.5销连接方式装配m-16ib_axis2_any_1_1.prt，注意销连接的方向，如下图：平移设置中，约束类型为距离，分别选择下面两个面，偏移距离15，如下图：旋转轴选择如下图的两个基准面，当前位置输入0，如下图：当前位置输入-40，零件往如下图所示的方向偏40度（这个要根据销连接的运动方向，如没有如下图所示的方向偏就改变销连接方向），如下图：点击设置零位置，勾选启用重新生成值，确定完成装配，如下图：1.6装配零件m-16ib_axis3_any_1_1.prt，还是销连接，轴对齐，平移选择下图两个面，约束类型为重合，注意销连接方向，如下图：旋转轴选择下面两个基准面，如下图：当前位置输入90，零件往如下图所示方向翻转90度（翻转的方向取决于销的连接方向），如下图：点击设置零位置，勾选重新生成值，如下图：装配零件m-16ib_axis4_any_1_1.prt，销连接，如下图：旋转轴如下图：装配零件m-16ib_axis5-6_any_1_1.prt，销连接，注意连接方向，如下图：旋转轴设置如下图：装配零件FIX_1，销连接，注意连接方向，如下图：旋转轴的设置和前面的差不多，如下图：物料装配，在这里不用约束，用户定义，放置设置成自动，如下图：显示基准面，点击拖动元件，弹出对话框，点击约束—对齐两个图元，分别选择下图两个基准面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择下图两个曲面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择下图箭头的两个基准面，在下面的偏移，offset处输入-700，如下图：点击拍下当前配置的快照，如下图：再点击拍下当前配置的快照，点击约束，点击对齐两个图元，点击显示基准面，分别选择下图两个基准面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择以下曲面，如下图：对齐结果，如下图：隐藏基准面，点击主体-主体锁定约束，如下图：分别选择物料PP_1和FIX_1，然后点击右下角的小对话框的确定，生成一个主体锁定约束，如下图：点击运动轴约束，选择下图箭头中的销连接，如下图：下面的偏移值就是当前销连接的位置，如下图：用同样的办法添加下图所示的三个连接运动轴约束，如下图：添加后，效果如下图：添加完毕后，点击约束旁边的快照，点击将选定快照更新为屏幕上的当前配置，如下图：点击拍下当前配置的快照，点击约束，删除两个对齐图元约束，点击相应的对齐图元约束，观察模型显示来判断，如下图：点击连接3、4、8把偏移值分别改成0，观察机械手与物料变化情况，如下图：添加完毕后，参照前面一样，点击约束旁边的快照，点击将选定快照更新为屏幕上的当前配置；点击拍下当前配置的快照，点击约束，删除一个对齐图元约束，点击相应的对齐图元约束，观察模型显示来判断，如下图：点击运动轴约束，添加下图所示的连接，如下图：在新添加的连接约束下面的偏移输入90，如下图：整个机械手旋转了90度。
基于ProE的六自由度机械手的仿真
基于Pro/E的六自由度机械手的仿真摘要机器人是自动执行工作的机器设备。
它不但可以接受人类指挥，而且还能运行预先编排的程序，又方便根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或者说是代替人类工作的工作，例如生产业、建筑业，繁琐的，危险的作业。
六自由度自由度机械手做为现代机器人的一个重要组成部分，也随着技术的发展不断发展。
普通机械手只能完成单工作任务或者较简单的操作，多自由度机械手在很多的工程技术及工程实际中能更为合理的进行一些现实操作。
笔者利用三维软件Pro/E 制图，对六自由度机械手的运动机构进行分析、设计，并对其进行三维造型的建模与仿真。
通过Pro/E这个三维软件工具来进行六自由度机械手的建模设计，完整体现产品设计的基本流程，提出一种产品设计的新思路,展示Pro/E在产品设计上的优势。
第一利用Pro/E便捷的建模工具来对机械手的各零件进行造型设计；第二利用Pro/E按要求对机械手零件以各种约束和销钉等连接来进行合理装配；第三利用Pro/E的机构模式对机械手的装配作添加伺服器等操作，来实现六自由度机械手的运动仿真。
Pro/E简单便捷的的实现了对六自由度机械手的装配和运动仿真，效果非常直观明了。
关键词：六自由度机械手，Pro/E，建模，仿真Simulation of Six Degrees of Freedom Manipulator Based on Pro/ EAbstractThe robot is machinery and equipment that carries out operation automatically .It can not only accept human command, but also can run a pre-arranged program by itself . Its mission is to assist or replace human work, such as manufacturing industry, construction, tedious and dangerous operation. Six degrees of freedom manipulator as an important part of modern robot also continuous development along with the of technology development. General manipulator can only complete a single task or a relatively simple operation, multi-degree of freedom manipulator can be more reasonable for some real-world operating in a lot of engineering skills and engineering practical.I use Pro / E , a three-dimensional software, drawing, analyze, design the movement organization of six degrees of freedom manipulator, and make modeling and simulation of three-dimensional shape of motion for six degrees of freedom manipulator. I conduct modeling design for Six degrees of freedom manipulator by using the three-dimensional software tools Pro / E ，which course shows us the basic process of the product’s design fully, puts forward new ideas for a product design and demonstrates the advantage of Pro / E. Firstly, I use Pro / E’s convenient modeling tool to design the various parts of the robot; Secondly, I fit the various parts of the robot together according to a variety of constraints and pin connected. Thirdly, I use institutional model of Pro / E to add server operation in order to achieve motion simulation of the six degrees of freedom manipulator. Pro / E is simple and convenient to achieve the six degrees of freedom manipulator assembly and motion simulation, the effect is very simple and clear.Keywords: Six Degrees of Freedom Manipulator, Pro / E, Modeling, Simulation目录第一章绪论 (1)1.1六自由度机械手的简介 (1)1.2六自由度机械手的发展 (1)1.3六自由度机械手的研究意义 (2)1.4机械手的研究状况 (3)第二章 Pro/ENGINEER的选择使用 (4)2.1 Pro/ENGINEER产品介绍 (4)2.2 Pro/ENGINEER六大模块 (4)2.3 Pro/ENGINEER的优势 (6)第三章六自由度机械手零件的设计建模 (7)3.1 六自由度机械手底座建模 (8)3.2 六自由度机械手垂直轴旋转体的建模过程 (8)3.3 六自由度机械手的臂膀建模过程 (9)3.4 六自由度机械手手掌建模过程................ 错误！未定义书签。
基于虚拟样机技术的六自由度机械手建模与仿真
要： 六 自由度机械手广泛地应 用于工业、 农业等领域中， 发挥着重要的作 用。为此 ， 设计 了一种六 自由度机械手， 并基
于虚拟样机技 术进行 了建模与仿真。首先 。 利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ软件 ， 建立 了一种六 自由度机械手机械 系统的三维模型；
其次， 利用 Ｐ ｒ ｏ ＥＮ ／ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ的模块对机械手进行 了虚拟装配 ； 接着 ， 采用专用接 口模块 Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ／ Ｐ ｒ ｏ 将模型导入动 力学
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ａ ６ － ＤＯＦ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
ｏ ｎ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｘ ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ｏ ｌ ＇ ｅ ｗ ｉ ｅｌ ｄ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｓｔ ｕ ｒ ｙ ，ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ 胁 ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｙ（ １ ， ｌ
机 械 设 计 与 制 造
１ ７ ８
第 ７期
２ ０ １ ３年 ７月
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆
Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
基 于虚拟 样机 技 术 的 六 自由度 机械 手建模 与仿 真
孙 群， 张 龙， 赵 颖
２ ５ ２ ０ ５ ９ ） （ 聊城大学 汽车与交通工程学院 ， 山东 聊城
六自由度工业机器人虚拟设计及仿真分析
六自由度工业机器人虚拟设计及仿真分析六自由度工业机器人虚拟设计及仿真分析近年来，随着工业的快速发展，机器人已成为许多生产厂家的重要生产工具。
特别是六自由度工业机器人，其具有高度的灵活性和广泛的适用性，已经在许多领域得到了广泛的应用。
为了满足不同应用场景的需求，并提高机器人的性能和精度，虚拟设计与仿真成为了必不可少的技术手段。
六自由度工业机器人是指拥有六个独立运动自由度的机器人。
这六个自由度分别为三个旋转自由度和三个平移自由度。
通过灵活地控制这些自由度，机器人可以实现在三维空间内的无序复杂任务，如装配、搬运、焊接等。
然而，设计和优化这样一个复杂的机器人系统并不是一件容易的事情。
传统的实物设计和试错方法耗时耗力，并且难以满足设计师对机器人性能的要求。
因此，虚拟设计及仿真成为了一种必要的手段。
虚拟设计是指利用计算机建模和仿真技术，通过虚拟环境模拟和预测机器人的运动、力学和控制特性。
首先，设计者可以通过CAD软件对机器人进行三维建模，包括机器人的机械结构、关节和驱动系统等。
然后，根据机器人的工作场景和任务需求，设计者可以设置机器人的路径和动作，并模拟机器人在现实环境中的运动。
通过虚拟设计，设计者可以进行多次模拟和实验，预先检查机器人的性能，并进行必要的改进和优化。
仿真分析是指通过数值计算和模拟，对机器人的运动、力学和控制性能进行评估和分析。
在仿真分析中，设计者可以根据机器人的运动学学关系和动力学模型，计算出机器人各关节和末端执行器的位姿、速度和力矩等。
通过对这些关键参数的分析，能够更好地理解机器人的工作原理，并进行性能优化和故障诊断。
此外，仿真分析还可以帮助设计者评估机器人系统的稳定性、刚度和振动等性能指标。
虚拟设计及仿真在六自由度工业机器人的设计和优化中发挥着重要作用。
首先，虚拟设计和仿真可以提高设计效率和准确性。
相比传统的实物设计和试验方法，虚拟设计可以节省大量的时间和费用，并且可以在设计的早期阶段检测和解决潜在的问题。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，自动化、智能化的生产方式已经成为制造业的重要发展方向。
其中，六自由度机械臂作为一种高效、灵活的自动化设备，在工业生产、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
本文旨在设计一个六自由度机械臂控制系统，并对其运动学进行仿真分析，为实际应用提供理论支持。
二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统主要由机械臂本体、驱动器、传感器、控制器等部分组成。
其中，机械臂本体采用模块化设计，由六个关节组成，每个关节配备一个驱动器，以实现六个方向的运动。
传感器负责检测机械臂的位置、速度、加速度等信息，控制器则负责根据传感器信息对驱动器进行控制，实现机械臂的精确运动。
2. 软件设计软件设计是六自由度机械臂控制系统的核心部分。
我们采用模块化程序设计思想，将系统分为传感器数据采集模块、运动规划模块、控制算法模块等部分。
传感器数据采集模块负责实时获取机械臂的状态信息，运动规划模块则根据任务需求生成机械臂的运动轨迹，控制算法模块则根据传感器数据和运动轨迹信息，计算出驱动器的控制信号，以实现对机械臂的精确控制。
三、运动学仿真分析为了验证六自由度机械臂控制系统的性能，我们进行了运动学仿真分析。
首先，我们建立了机械臂的数学模型，包括各关节的转动范围、转动惯量等参数。
然后，我们利用仿真软件对机械臂的运动学进行了仿真分析。
在仿真过程中，我们设定了不同的任务场景，如抓取、搬运、装配等任务。
通过仿真分析，我们可以得到机械臂在不同任务场景下的运动轨迹、速度、加速度等信息。
同时，我们还可以对控制算法的性能进行评估，如控制精度、响应速度等指标。
四、实验结果与分析为了进一步验证六自由度机械臂控制系统的性能，我们进行了实际实验。
我们将实际实验结果与仿真结果进行了对比分析。
实验结果表明，六自由度机械臂控制系统具有良好的控制精度和响应速度，能够实现对机械臂的精确控制。
六自由度工业机械臂动力学建模及仿真
θ6
x5 xn
z5zn
量。
6 1
EV = i1 2 mi
VCiO
T VCiO
（4）
3.3 机械臂势能求解
机械臂构件的势能只与各构件质心在竖直方向上的分量有 关。势能的计算公式如式（5）所示。其中 gO = [ 0 -9.8 0 0 ];
L1
J1
z0 θ1 y0
EP,i = -mi gO CiO
VCiO
xCi
yCi
T zCi
（3）
各关节转角分别为 θ（i i=1, 2,…6）。
机械臂平动动能求解如式（4）所示，其中 mi 为各构件的质
z2 θ 3
O3 a3
O2 x3
J 3
x2 y2
L2 y1
a1
J2
O1
z1 θ
2
x1
y3
θ4
z3yθJ4x45 4 z4
J5
y O 4 O5 5
yn
J6
2019.25 科学技术创新 - 39 -
六自由度工业机械臂动力学建模及仿真
李梦飞 （襄阳汽车职业技术学院 汽车工程学院，湖北 襄阳 441021）
摘 要：为了研究六自由度工业机械臂的动力学特性，基于拉格朗日方程建立机械臂的动力学理论和仿真模型。分别建立各
个构件的转动动能、平动动能和势能方程，进而得到各个构件的拉格朗日因子，通过虚拟样机模型测量对应构件的拉格朗日因子
希望能够为 KJ2000N 安全监控系统高效运行奠定良好基础。
关键词：KJ2000N 安全监控系统；瓦斯监控；防范措施；分析
中图分类号院TD713
文献标识码院A
文章编号院2096-4390渊2019冤25-0040-02
CREO六轴机械手的仿真运动图文教程
六自由度机械手因为运动轨迹复杂，坐标法显然不合适。
所以本教程用快照法制作。
1.1首先是装配零件，新建组件P-HAND.ASM，插入m-16ib_base_any_1_1.prt，连接方式是默认，如下图：1.2装配BASEPLATE_1，板上四个孔与机械手基座m-16ib_base_any_1_1.prt 的对齐，并且基座m-16ib_base_any_1_1.prt底部与基板BASEPLATE_1表面配合，（这两个零件哪个先装配都可以，到动画制作时都作为基座处理）如下图：1.3装配零件m-16ib_axis1_any_1_1.prt，以销的方式连接，注意销连接的方向，如图：1.4旋转轴对齐，当前位置输入0，勾选启用重新生成值。
如下图：1.5销连接方式装配m-16ib_axis2_any_1_1.prt，注意销连接的方向，如下图：平移设置中，约束类型为距离，分别选择下面两个面，偏移距离15，如下图：旋转轴选择如下图的两个基准面，当前位置输入0，如下图：当前位置输入-40，零件往如下图所示的方向偏40度（这个要根据销连接的运动方向，如没有如下图所示的方向偏就改变销连接方向），如下图：点击设置零位置，勾选启用重新生成值，确定完成装配，如下图：1.6装配零件m-16ib_axis3_any_1_1.prt，还是销连接，轴对齐，平移选择下图两个面，约束类型为重合，注意销连接方向，如下图：旋转轴选择下面两个基准面，如下图：当前位置输入90，零件往如下图所示方向翻转90度（翻转的方向取决于销的连接方向），如下图：点击设置零位置，勾选重新生成值，如下图：装配零件m-16ib_axis4_any_1_1.prt，销连接，如下图：旋转轴如下图：装配零件m-16ib_axis5-6_any_1_1.prt，销连接，注意连接方向，如下图：旋转轴设置如下图：装配零件FIX_1，销连接，注意连接方向，如下图：旋转轴的设置和前面的差不多，如下图：物料装配，在这里不用约束，用户定义，放置设置成自动，如下图：显示基准面，点击拖动元件，弹出对话框，点击约束—对齐两个图元，分别选择下图两个基准面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择下图两个曲面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择下图箭头的两个基准面，在下面的偏移，offset处输入-700，如下图：点击拍下当前配置的快照，如下图：再点击拍下当前配置的快照，点击约束，点击对齐两个图元，点击显示基准面，分别选择下图两个基准面，如下图：点击对齐两个图元，分别选择以下曲面，如下图：对齐结果，如下图：隐藏基准面，点击主体-主体锁定约束，如下图：分别选择物料PP_1和FIX_1，然后点击右下角的小对话框的确定，生成一个主体锁定约束，如下图：点击运动轴约束，选择下图箭头中的销连接，如下图：下面的偏移值就是当前销连接的位置，如下图：用同样的办法添加下图所示的三个连接运动轴约束，如下图：添加后，效果如下图：添加完毕后，点击约束旁边的快照，点击将选定快照更新为屏幕上的当前配置，如下图：点击拍下当前配置的快照，点击约束，删除两个对齐图元约束，点击相应的对齐图元约束，观察模型显示来判断，如下图：点击连接3、4、8把偏移值分别改成0，观察机械手与物料变化情况，如下图：添加完毕后，参照前面一样，点击约束旁边的快照，点击将选定快照更新为屏幕上的当前配置；点击拍下当前配置的快照，点击约束，删除一个对齐图元约束，点击相应的对齐图元约束，观察模型显示来判断，如下图：点击运动轴约束，添加下图所示的连接，如下图：在新添加的连接约束下面的偏移输入90，如下图：整个机械手旋转了90度。
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真
摘要：通过Pro/E这个三维软件工具来进行六自由度机械手的参数化建模设计，完整体现产品设计的基本流程，提出一种产品设计的新思路,展示Pro/E在产品设计上的优势。
首先利用Pro/E便捷的建模工具来对机械手的各零件进行造型设计；然后利用Pro/E按要求对机械手零件以各种约束和销钉等连接来进行合理装配；接着利用Pro/E的机构模式对机械手的装配作添加伺服器等操作，来实现六自由度机械手的运动仿真。
Pro/E方便的实现了对六自由度机械手的装配和运动仿真，效果非常直观。
关键字：Pro/E；机械手；建模；运动仿真Parametric Modeling and Simulation of Six degrees of freedommanipulator Based on Pro/EAbstract:By Pro/E software tools to carry out this three-dimensional six degrees of freedom manipulator parametric modeling design, complete product design reflects the basic process, presents a new idea of product design, display Pro/E in the product design advantages. First use of Pro/E and convenient modeling tools to the various parts of the manipulator for modeling design; then using Pro/E as required in various parts of the manipulator such as connectivity constraints and pin assembly to be reasonable; then use Pro/E in the body model of the manipulator assembly operations such as adding servers to achieve six degrees of freedom manipulator motion simulation. Pro/E to facilitate the implementation of the manipulators of the six degrees of freedom of assembly and motion simulation, the effect is very intuitive.Keywords:Pro/E; Manipulator; Modeling; Motion Simulation目录第一章绪论 (1)1.1 机械手的介绍 (1)1.2 机械手的发展概况 (1)1.2.1 目的和现实意义 (2)1.2.2 国内外研究现状 (2)1.2.3 发展和研究方向 (3)第二章 Pro/ENGINEER软件介绍 (5)2.1 Pro/ENGINEER产品介绍 (5)2.2 Pro/ENGINEER概述 (5)2.3 Pro/ENGINEER的特点 (7)第三章六自由度机械手零件的建模 (9)3.1 六自由度机械手手指建模 (9)3.2 六自由度机械手手掌建模 (12)3.3 六自由度机械手手腕建模 (13)3.4 六自由度机械手手臂建模 (14)3.5 六自由度机械手垂直轴旋转体建模 (15)3.6 六自由度机械手垂直轴支撑体建模 (15)3.7 六自由度机械手底座建模 (16)第四章六自由度机械手的装配 (17)4.1 Pro/ENGINEER的装配 (17)4.2六自由度机械手装配步骤及方法 (17)第五章六自由度机械手的运动仿真 (19)5.1运动学仿真 (19)5.2进入机构模块 (19)5.3添加“伺服电动机” (20)5.4定义初始条件 (21)5.5定义分析 (22)5.6运动仿真视频制作 (23)致谢 (25)参考文献 (26)附录外文翻译 (27)第一章绪论1.1 机械手的介绍机械手是一种能模仿人手和臂膀的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
六自由度机械手动力学仿真
机电工程学院机械动力学课程设计学号：专业：机械工程学生姓名：任课教师：2012年10月基于PRO/E和ADAMS的六自由度机械手运动仿真本文利用PRO/E软件对所设计六自由度机械手进行三维实体建模，然后通过PRO/E 和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS，根据实际设计要求添加相关约束，在此基础上进行运动仿真，研究机械手各机构关节的运动，测量各个关节的关节角位移、速度、加速度和驱动力矩的变化情况，通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势确定设计中存在的问题，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试。
1 六自由度机械手的三维实体模型1.1利用Pro/E建立机械手的三维实体模型本文所研究的六自由度机械手由Part2-Part8七部分零件构成，Part_1为大地。
将绘制完成的零件采用从下向上的装配顺序进行装配，其装配效果图如图1所示。
图1 机械手装配模型1.2三维模型的导入首先在Pro/E环境下将机械手装配模型保存为“.x_t”格式，然后在ADAMS中执行[import]导入刚才生成的“.x_t”文件。
导入的模型没有质量，需要自己添加，在ADAMS 中分别定义各零件材料属性为“steel”。
2 ADAMS运动仿真机械手在运动过程中要尽量平滑、平稳，否则会产生机械部件的磨损加剧，并导致机械手的振动和冲击。
因此在仿真过程中测量各个关节的关节角位移、速度、角加速度和驱动力矩的变化情况。
将模型各零部件导入ADAMS软件中后，各个构件之间还没有任何的约束，模型只是提供了各构件的初始位置。
本机械手两两相邻的构件构成的六个关节都是转动关节，均定义为旋转副，底座与大地之间定义为固定副，然后再为每个旋转副分别定义驱动(Motion)。
从下往上，Part_2和Part_3之间为Motion_1，直到Part_7和Part_7之间为Motion_6。
添加完驱动后的模型如图2所示。
图2 ADAMS环境下机械手仿真模型本题为已知各关节转角运动关系，因此使用STEP函数定义各关节驱动为角位移的函数。
六自由度机器人本体设计及轨迹规划与虚拟仿真
机器人运动学等的研究主要为机器人轨迹规划打下基础，机器人轨迹规划对其在运动过程中的能耗、可靠性以及平稳性具有重要意义，所以研究轨迹规划的学者较多，产生了一些比较普遍适用的轨迹规划方法。随着高新科技微机技术的飞速发展，国内外学者发明了许多新的轨迹规划算法。工业机器人的轨迹规划是指根据在实际工作过程中根据工作目标需求，计算出机器人的一些运动参数并根据规划方法来得到机器人在目标点之间的运动轨迹。在关节空间中的轨迹规划是要求解出机器人的运动变量相对于时间的变化量，对于不同的关节，变化量也不相同，移动关节主要是位移的变化量，旋转关节主要是转角的变化量。在笛卡尔坐标空间中进行轨迹规划就是根据任务所给的几个路径点进而求出机器人末端位置点的运动参数诸如速度、加速度等，而各关节的变量由逆解求出[10]。两种坐标系对机器人进行规划的结果必须满足机器人运动的轨迹曲线是连续及光滑的，即保证机器人运行的平稳性。
六自由度机器手运动仿真说明书
六自由度机器手运动仿真摘要机器人是当今工业的重要组成部分，它能够精确地执行各种各样地任务和操作，并且无需人们工作时所需的安全措施和舒适的工作条件。
机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以与太空探索等领域都能见到它的身影。
本文主要任务是对该机器人的结构进行分析研究并且对其进行运动仿真，同时要求设计者对三维建模软件的应用有较高的要求，运用UG4.0三维建模软件建立串联六自由度机器手机械结构模型，并导入到UG6.0对其进行运动仿真，通过对其进行运动仿真，得出相应工作围。
关键词：传动部件;建模;仿真;AbstractNow the robot is an important part of the industry, it can carry out various tasks and operations precisely without the security measure and the comfortable working condition which people need. It is the automated machinery which is the most widely practical applied in the field of the robot technology, and it can be seen in many areas such as the industrial manufacturing, medical treatment, entertainment, military and space exploration and so on.This main task is the analysis of the structure of the robot and its simulation exercise, Also asked the designer of the 3D modeling software application for a higher，using three-dimensional modeling software to establish the series UG4.0 six degrees of freedom robot mechanical structure model, importing into UG6.0 for motion simulation, and corresponding results are obtained by analyzing comparison.Keywords: transmission parts; modeling; simulation;目录Abstract1引言11机器手的概述12 UG三维建模软件的介绍33 题目的意义与目的4第一章建立六自由度机器手三维模型51.1串联六自由度机器手结构说明51.2 安装尺寸71.3 外形尺寸和最大动作围81.4各关节部位电动机的选定91.5 UG4.0实体建模121.5.1分析机器手结构121.5.2 UG4.0建立六自由度机器手模型零件。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：随着机械臂技术的不断发展与应用推广，对于机械臂的控制系统设计与运动学仿真的研究显得尤为重要。
本文基于六自由度机械臂，着重探讨了其控制系统设计与运动学仿真方面的问题。
通过建立数学模型，设计控制器以实现机械臂的运动。
并在MATLAB环境下进行仿真分析，探究了机械臂的各种运动状态与路径规划。
实验结果表明，所设计的控制系统能够实现精确的机械臂运动，并能根据特定任务进行灵活的路径规划。
关键词：六自由度机械臂；控制系统设计；运动学仿真；路径规划1. 引言机械臂是一种具有多自由度并能执行各种精密操作任务的机械装置。
近年来，机械臂在制造业、医疗、物流、无人驾驶等领域得到广泛应用。
机械臂的控制系统设计与运动学仿真是机械臂研究的重要组成部分，对于提高机械臂的精确度和效率具有重要意义。
2. 控制系统设计2.1 机械臂建模与运动学方程六自由度机械臂由臂架、关节和执行器等组成。
首先，根据机械臂结构和参数建立其数学模型。
然后，根据运动学原理，通过矩阵变换和旋转矩阵等方法推导出机械臂的运动学方程。
由运动学方程可以得到机械臂各关节之间的几何关系。
2.2 控制器设计基于机械臂的运动学方程，设计适当的控制器来控制机械臂的运动。
常用的控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
在此，我们选择PID控制器为例，通过调整PID控制器的参数，实现机械臂的位置和速度控制。
利用反馈控制原理，将机械臂的实际位置和速度与期望位置和速度进行比较，通过对误差信号进行反馈调整，控制机械臂按照预定轨迹运动。
3. 运动学仿真与路径规划在MATLAB环境下，建立机械臂的仿真模型，并进行运动学仿真与路径规划。
通过对仿真模型的参数设定和运动规划，模拟机械臂在不同工作状态下的运动。
比如，模拟机械臂抓取和放置物体的动作，模拟机械臂在空间中的路径规划等。
4. 实验结果与讨论通过运动学仿真与路径规划的实验，验证所设计的控制系统的性能。
基于Pro-E的机械手抓取工件运动仿真分析-毕业论文名师教案与资料
毕业设计基于Pro/E的机械手抓取工件运动仿真分析姓名：学号：班级：专业：机械工程及自动化所在系：机械工程系指导老师:基于Pro/E的机械手抓取工件运动仿真分析摘要随着科学技术的发展，自动化应用的程度对工业生产效率的影响程度越来越高。
人工操作及旧有的固定式输送带为主的传统搬运方式，已无法满足高度的自动化操作的需要。
机械手是近年来发展起来的自动化操作设备，他可根据预先编制的程序完成预期的作业。
机械手工作的准确性及对工作环境适应能力，使其在工业生产中有着越来越广泛的应用。
Pro／E是美国参数化公司（PTC）推出的一款高端三维设计软件，其具有基于特征、关联、参数化等特征。
该软件集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、运动仿真、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使设计师极大地缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程。
[1]本次设计根据设计任务书主要设计一种可抓取工件且具有多自由度的机械手。
在设计过程中采用Pro/E为设计平台，进行三维建模、产品装配并进行机构仿真，从而最终实现机械手的设计。
关键词：机械手；Pro/E；三维建模；机械仿真Manipulator Based on Pro/E to Grab Workpiece MovementSimulationABSTRACTWith the development of science and technology, the application of automation degree of the influence degree of the industrial production efficiency is higher and higher.Manual operation and the old traditional handling way, stationary belt have been unable to meet the needs of the high degree of automation.Manipulator is the automation equipment developed in recent years, he can according to the program in advance to complete the desired operation.The accuracy of the manipulator work and ability to adapt to working environment, make it has more and more widely used in industrial production.Pro/E is the parametric company (PTC) launched a high-end 3 d design software, it is based on feature, correlation and parametric feature.The software collection from the part design, product assembly, mold development, manufacturing, and processing sheet metal parts design, casting parts design, industrial design, reverse engineering, motion simulation, mechanism analysis, finite element analysis, product database management, and other functions, so that designers have greatly shortened product development time and simplify the development process.[1]This design according to the design plan descriptions of the main design of a grab workpiece and has many degrees of freedom manipulator.In the design process using Pro/E platform for design, 3 d modeling, product assembly and mechanism simulation, so as to achieve the design of the manipulator.Key Words: Manipulator; Pro/E; 3D modeling; Mechanical simulation目录第一章绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 机械手的概述 (1)1.2.1 机械手简介 (1)1.2.2 机械手结构组成 (2)1.3 机械手的分类 (4)1.4 机械手的发展历史 (5)1.5 本次设计拟采用的方法 (6)第二章机械手结构设计 (7)2.1 机械手功能分析 (7)2.2 工作台机构设计 (7)2.2.1 槽轮机构简介 (7)2.2.2 槽轮机构结构特点与应用 (8)2.2.3 槽轮机构性能改进措施 (8)2.2.4 工作台机构详细设计 (9)2.2 机械手机构设计 (11)2.3.1 连杆机构简介 (12)2.3.2 连杆机构分类 (13)2.3.3 机械手机构详细设计 (13)2.3 夹紧机构设计 (18)第三章基于Pro/E的机械手装配设计 (20)3.1 Pro/E简介 (20)3.2 装配思路分析 (20)3.3 工作台机构装配 (20)3.3 机械手机构装配 (23)3.3.1 行走座与机械臂组件装配 (23)3.3.2 手指主要组件装配 (26)3.3.3 机械手机构装配 (28)3.4 夹紧机构装配 (30)3.5 机械手工作装置整体装配 (30)第四章基于Pro/E的机械手仿真分析 (33)4.1 连接设置 (33)4.1.1 接头设置 (33)4.1.2 凸轮设置 (33)4.2 电动机设置 (34)4.2.1 伺服设置 (34)4.2.2 力设置 (35)4.3 弹簧设置 (35)4.4 机构分析 (36)结论 (36)参考文献 (38)致谢 (36)第一章绪论1.1前言伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。
基于ProE 机械手爪设计与运动探析
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 基于Pro/E机械手爪设计与运动探析丁心安西安思源学院 陕西省西安市 710038摘 要： P ro/Engineer操作软件是一种三维一体化的软件，在设计机械手爪过程中运用Pro/E，能够对机械手爪部分的装配以及运动等进行有效的分析，以此来提升机械手爪设计的效果与质量。
本文主要对基于Pro/E机械手爪设计与运动进行分析与研究，通过运用虚拟样机技术来设计实物和调试安装，提升机械手爪的设计效果。
关键词：Pro/E 机械手爪 设计 运动目前，很多企业都已经实现了FMS各模块的自主设计和生产，如柔性制造系统模块当中的CNC加工站、自动传输站、中央控制台、三坐标监测站、立体仓库站以及拆卸分拣站等。
但是当前，并不是所有的部件都能够实现自主设计与生产，机械手作为安装搬运系统的主要部件依然需要外购，这会大大的增加整体系统的成本，没有办法对通讯与控制进行统一。
基于此，设计一款能够替代机械手爪的机型或者设备是非常有必要的。
设计和生产一种运用舵机驱动的多关节机械手爪模型，并验证各关节的动作，通过控制各关节的电机能够对原机械手的大多数动作进行更好的模仿，提升高机械手爪设计的柔性，当前的项目研究已经取得了非常显著的效果。
1 Pro/E的概念及内涵Pro/Engineer是一款三维一体化的操作软件，其是美国PTC旗下的一款较为常用的CAM/CAD/CAE软件。
Pro/Engineer软件是最早应用参数化技术的先驱，并以参数化而闻名，且在当前的三维造型软件当中占据非常有利的地位，并在我国产品设计领域当中应用非常广泛。
在我国，Pro/Engineer又叫Pro/E或者ProE，其通过对单一数据的有效应用来对特征的相关性问题进行有效的解决。
同时Pro/Engineer可以运用模块化的方式，结合用户自身的实际需求来选择所需的模块，没必要把Pro/Engineer的所有模块都安装上。
六自由度工业机器人的建模与仿真研究共3篇
六自由度工业机器人的建模与仿真研究共3篇六自由度工业机器人的建模与仿真研究1六自由度工业机器人的建模与仿真研究随着工业自动化的不断发展，工业机器人已经成为工厂中不可或缺的重要设备之一。
其中，六自由度工业机器人因其具有灵活性强、运动范围广等优点而得到广泛应用。
因此，对于六自由度工业机器人的建模和仿真研究具有非常重要的意义。
一、六自由度工业机器人的概述六自由度工业机器人是指具有6个自由度的工业机器人，通常由机身、驱动器和控制器组成。
其中，机身由臂、手和手腕组成，可根据任务需求进行操作或载物。
驱动器是机身各部分的驱动器件，常用的驱动器有电机、气缸等。
控制器是控制机器人的核心部分，可完成运动的规划、控制和反馈等。
二、六自由度工业机器人的建模六自由度工业机器人的建模是建立机器人的数学模型，目的是为了分析机器人的运动规律和控制过程，同时也是设计自动控制器的重要基础。
1. 正向运动学模型正向运动学模型是指将机器人的变量作为输入，根据手臂各段的长度和角度、各关节的偏转角度等信息，计算机器人的末端位置、姿态等信息的模型。
这个模型对机器人的分析非常重要，因为它可以方便地解决机器人的直观显示、位置控制等问题。
在建模时，需要对机器人进行分段处理，每一段均要计算其末端的位置和姿态信息，并将其传递到下一段中。
2. 逆向运动学模型逆向运动学模型是指将机器人所需的输出信息作为输入，根据末端位置、姿态等信息，反推出机器人各关节需要转动的角度等信息的模型。
这个模型对机器人的姿态调节、轨迹规划等问题非常重要。
3. 动力学模型动力学模型是指对机器人的力学特性进行建模，为机器人的运动规划和控制提供必要的参考和依据。
在建模时，需要考虑力、转矩、惯性等因素，并通过控制器控制机器人的动作。
三、六自由度工业机器人的仿真研究仿真是对机器人进行数字化模拟的过程。
通过仿真，可以在事先构建好的环境中，对机器人进行各种测试和优化，进而提高其运动精度、速度和稳定性等。