机械手说明书

前言

焊接机器手占据整个工业机器人总量的40%以上，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。采用焊接机器手可以稳定和提高焊接质量,保证其均一性，改善了工人的劳动条件，提高劳动生产率，产品周期明确，容易控制产品产量，可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。

在焊接机械手的设计过程中引进基于PRO/ENGINEER的CAD/CAE技术可以大大缩短焊接机械手的研发周期、降低机械手的研发成本、提高机械手的可靠性。因此,利用PRO/E 对焊接机械手进行设计、装配、仿真、分析,对于保证焊接机械手的质量,提高生产率,推动焊接机械手功能部件的发展,加快产品的更新换代具有重要意义。

目前，我国的焊接机械手行业无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高[1]。要想在短时间内赶超外国的产品，形成有自主知识产权的焊接机械手产品就必须借助先进的工具，在实际生产中不断完善和提高。

本设计将以PRO/E软件为平台，探讨焊接机械手的计算机辅助设计方法，并利用PRO/E 软件的强大仿真功能对焊接机械手进行运动分析、装配、仿真，以保证焊接机械手结构的准确性与合理性。

1.绪论

1.1 PRO/E的简介

PRO/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。

1)真实3D模型

在PRO/E中，设计出的模型是真实的3D模型，弥补了传统面结构、线结构的不足。这些3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，用户还可随时计算出产品的体积、面积、重心重量、惯性大小等，以了解产品的真实性，并可以进一步的组建装配等的运算[2]。我们在产品设计过程中，可以随时掌握以上重点，设计物理参数，并减少许多人为的计算时间。

2)以特征作为设计的单位

PRO/E的特征方式是基于人性化设计的，初次使用PRO/E的人肯定会对特征感到亲切，PRO/E中正是以最自然的思维方式从事设计工作，如孔、开槽、做成圆角等均被视为零件设计的基本特征，除了充分掌握设计思想之外，还在设计过程中加入实际的制造思想，也正因为以此特征作为设计的单元，因此可以随时对特征做合理的变化。不违反几何原理的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作.

3)单一数据库

在PRO/E中可随时由3D实体模型产生2D工程图，而且自动标示工程图尺寸。不论在3D 还是在2D图形上做尺寸修改，其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，这样可以确保数据的正确性，并避免反复修正所耗费的时间，由于采用单一数据库库，提供了所谓双相关联性的功能，这种功能也正符合了现代产业中同步工程的思想。

4)参数式设计

配合单一数据，所有设计过程中所使用的尺寸(参数)都在数据库中，修改CAD模型及工程图不再是一件难事，设计者只要更该3D零件的尺寸，则工程图、组合、模具等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化，以达到涉及修改工作的一致性，避免发生人为改图的疏露情形，且减少了许多人为改图的时间和精力消耗。也正因为有参数的设计，用户才可以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系，使得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸一个一个修改的繁琐过程，并减少错误的发生。

Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。PRO/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然、更直观，无需采用复杂的几何设计方式[3]。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其它系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其它相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。PRO/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现。

PRO/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能[4]。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。PRO/Engineer功能如下：

1) 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）。

2) 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）。

3) 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。

4)支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，PRO/E的各种能用零件设计的程序化方法等)。

5）贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。

1.2 PRO/E的研究意义

PRO/E是三维实体建模与分析软件中性能非常出色的一款。应用PRO/E，可以实现机械零部件的实体建模、虚拟装配、运动仿真、强度分析等工作，具有直观、便捷等特点，是现代机械设计中非常重要的设计工具之一。在进行运动与强度分析工作中，应切实理解软件所适应的工作条件，否则将得到不正确的结果。在当前PRO/E研究基础上，还可在下列领域加强研究，以更好的让PRO/E为机械设计服务。

(1)对主要装配体进行装配应力分析，选取零部件最合理的公差配合，提高装配质量和