基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论

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)

基于PRO/E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 freedom

manipulator Based on Pro/E

Abstract: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

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。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

1.2 机械手的发展状况

机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于 1946 年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年, 德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。它成为世界上第一台真正的实用工业机器人。此后英格伯格和德沃尔成立了“尤尼梅逊”公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂。第一批工业机器人被称为“尤尼梅特”，意思是“万能自动”。他们因此被称为机器人之父。 1962 年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人，称为“沃尔萨特兰”，意思是“万能搬动”。”尤尼梅特”和“沃尔萨特兰”就成为世界上最早的、至今仍在使用的工业机器人。近百年来发展起来的机器人，大致经历了三个成长阶段，也即三个时代。第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、