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精品精品 画图范文画图范文 硅湖职业技术学院毕业论文 设计 题目机械臂的建模与装配 年级 08级 专业机电一体化技术 姓名袁霖 学号080202525 指导老师何玲 xx年4月30日机械臂的建模与装配作者袁霖 摘要 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 军事以及太空探索等领域都能见到 它的身影 尽管它们的形态各有不同 但它们都有一个共同的特点 就是能够 接受指令 精确地定位到三维 或二维 空间上的某一点进行作业 本文主要介绍运用UG这款三维绘图软件来够对机械臂的各个零部件 进行建模与装配 运用创新设计思路和方法 结合机械臂方面的设 计 对机械臂进行系统化的分析 以最简单 最清楚的方法对机械臂的各个零件进行建模 装配 从 而可以让人从最根本的方面来直观的 深层的 系统的了解机械臂 的结构 关键词 机械臂建模装配一绪论1 1研究的目的和意义机械臂是二十 世纪的一项重要的发明 由于它的问世和应用 在减轻劳动强度 提高生产率 把人从危险 恶劣的坏境下劳动替换出来等方面显示 出极大的优越性 在宇宙 海洋开发以及军事上具有举足轻重的应 用价值 在对有关学科的发展也有很大的促进作用 所以 各国 都十分重视发展机械臂以及相关产业 其应用日益广泛 1 2机械臂的发展和研究方向在工业生产中应用的机械手被称为工业 机械手 工业机械手臂是近代自动控制领域中出现的一项新技术 并已经成 为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分 这种新技术发展 很快 逐渐成为一门新兴的学科 机械手工程 机械手臂涉及到力学 机械学 电器液压技术 自动控制技术 传 感器技术和计算机技术等科学领域 是一门跨学科综合技术 工业机器人不断向着高速度 高精度 高可靠性 便于操作和维修 等性能提高 而单机价格却不断下降 机械结构向模块化 可重构化发展 例如关节模块中的伺服电机 减速机 检测系统三位一体化由关节 模块 连杆模块用重组方式构造机器人整机 国外已有模块化装配 机器人产品问市 工业急切人控制系统向基于PC机的开房型控制器方向发展 便于标 准化 网络化 器件集成度提高 控制柜日见小巧 且采用模块化结构 大大提高了系统的可靠性 易操作性和可维修性 机器人中的传感器作用日益重要 除采用传统的位置 速度 加速 度等传感 力觉器外 装配 焊接机器人还应用了视觉 力觉等传 感器 而遥控机器人则采用视觉 声觉 力觉 触觉等多传感器的融合技 术来进行环境建模以及决策控制 多传感器融合配置技术在产品化 系统中已有成熟应用 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真 预演发展到用于过程控 制 如使用遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来 操纵机器人 当代遥控机器人系统能够的发展特点不是追求全自治系统 而是致 力于操作者与机器人的人机交互控制 即遥控加局部自主系统构成 完整的监控遥控操作系统 使智能机器人走出实验室进入实用化阶 段 二机械臂的简介2 1机械臂的类型机械手臂根据结构形式的不 同分为多关节机械手臂 直角坐标系机械手臂 球坐标系机械手臂 极坐标机械手臂 柱坐标机械手臂等 图2 1机械手臂上图为常见的六自由度机械手臂 他有X移动 Y移动 Z移动 X转动 Y转动 Z转动六个自由度组成 水平多关节机械手臂一般有三个主自由度 Z1转动 Z2转动 Z移动 通过在执行终端加装X转动 Y转动可以到达空间内的任何坐标点 直角坐标系机械手臂有三个主自由度 X移动 Y移动 Z移动组成 通过在执行终端加装X转动 Y转动 Z 转动可以到达空间内的任何坐标点 2 2机械臂的结构下图即为常见的构造形式之一 对于工业应用来说 又是并不需要机械手臂具有完整的六个自由度 而只需其中的一个或几个自由度 直角坐标系图2 2VINKO BS 75单轴机械手机械手臂可以由单轴机械手臂组合而成 单轴机械手臂作为一个组件在工业中应用广泛 下图为银光机械 Vinko Machine 生产的单轴机械手臂 单轴机械手臂的组件化大大降低了工业设计的成本 因专业制造商 拥有良好的质量保证和批量生产的优势 使用组件比自行设计机械 手臂更具优势 常见的直交机械手组合有悬臂式 龙门式 直立式 横立式等样式 图2 3VINKO多轴组合机械手三机械臂的建模3 1UG的介绍UG是一个交互式 CAD CAM 计算机辅助设计与计算机辅助制造 系统 它功能强大 可 以轻松实现各种复杂实体及造型的建构 它在诞生之初主要基于工作站 但随着PC硬件的发展和个人用户的 迅速增长 在PC上的应用取得了迅猛的增长 目前已经成为模具行 业三维设计的一个主流应用 UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架 它为UG NX所有加工模块提供一个相同的 界面友好的图形化窗口环境 用 户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形 化修改如对刀具轨迹进行延伸 缩短或修改等 该模块同时提供通用的点位加工编程功能 可用于钻孔 攻丝和镗 孔等加工编程 该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁 并可 定义标准化刀具库 加工工艺参数样板库使初加工 半精加工 精 加工等操作常用参数标准化 以减少使用培训时间并优化加工工艺 UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序 并保持与实 体模型全相关 3 2机械臂的建模分类对于机械臂的建模我们主要分两大部分 一个 是机械臂的机身部分 而另一个就是机械臂的手臂部分 3 2 1创建机械臂大座首先我们要做的便是机械臂的大座 运用建模模块中的长方体 圆柱 圆台 孔命令创建大座的主体如 图3 1 孔为沉头控 完成一个后使用镜像特征沿着XC ZC平面和YC ZC平面做平面镜像完成对对基座的建孔 图3 1图3 2图3 3接着运用草图命令绘制一个矩形如图3 2然后使用设置拉伸距离为 60 终止距离为80 然后求和 用拔模命令在拉伸体上进行拔模 类型为从平面 选择拉伸实体的上表面为固定面 侧面为拔模面 角度为20 最后在拔模面上使用凸台命令 设置直径为36 高位10的凸台 定 位方式为水平 然后选择拔模面的两条边 设置凸台与水品边的距 离为26 与垂直边的距离为38 用镜像特征进行复制 完成对大座的建立如图3 4 图3 43 2 2创建旋转台机身要做360度回转 所以要创建一个旋转台 主 要功能就是支撑和完成手臂的回转 实现空间运动 第一步就是创建旋转台的主体如图3 5 然后对其拔模指定Z轴为矢量 圆柱面为固定面 选择长方体的X轴 方向为拔模面 设置角度为39 在另一侧也同样使用拔模命令拔模角度为 39 完成后如图3 6 接着运用草图命令在主体上表面画一个矩形如图3 7 完成草图然后对其进行拉伸 高度为100 然后对拉伸实体的侧面 进行拔模 角度为39 接着使用拉伸命令选择四条实体的边缘线 高度为190 求和如图3 8 使用边倒圆命令 选择两条边缘线为倒圆边 设置半径为71 5 然后创建孔 设置孔直径为40 位置为圆弧中心 最后运用镜像特征指定XC ZC平面为镜像平面 完成旋转台的建模 如图3 9 图3 5图3 6图3 7图3 83 2 3创建肘部创建一个长147 宽150 高为45的长方体并且在指 定长方体远点为0 20 45创建一个长为147 宽110 高120的长方体 如图3 10 然后运用倒斜角命令对长方体的几条边进行倒斜角如图3 11 图3 10图3 11然后使用拉伸命令 选择长方体的x方向上面的四条边为对象 设 置拉伸距离为118 5 求和 用倒斜角命令对其创建斜角如图3 12 3 13 图3 9使用圆柱命令 指定Y轴为矢量 实体边的中点为圆柱的中心 设 置直径45 高度为105 创建圆柱 并且使用偏置面命令 选择圆柱 的地面 设置距离15 求和 最后在圆柱上 主体的前部创建孔 主体的前部表面设置凸台 肘部完成如图3 14 3 2 4创建连接件连接件是用于连接大臂和连杆 连接件的传动使连 杆上下运动 即可使小臂和抓手上下运动 此次主要运用草图和草图拉伸命令直接把连接杆画出草图如图3 15 3 16 拉伸后的实体如图3 17 图3 12图3 13图3 14图3 15图3 163 2 5创建连杆连杆适用于连接大臂和肘部的 并传动使手臂能够 上升或下降 同样首先在草图环境中绘制草图如图3 18 然后拉伸 并且在其一端创建一个连接孔 拉伸好后在另一端再次拉伸一个长方体并在其上方继续拉伸一个如 图3 19 接下来继续使用草图并且拉伸后得第二个实体如图3 20 然后使它和第图3 18图3 19图3 17一个实体合并 最后运用拉伸 边到圆 缝合 修剪体命令使得连接处光滑 圆润 适合传动的需要 结果如图3 21 图3 20图3 213 2 6创建大臂从大臂部件开始就是机械臂的手臂部件了 大臂的 作用是支撑腕部和首部 并且带动他们在空间运动 一开始使用草图命令画出大臂主体 然后拉伸 在主体一端再次使用草图命令并且拉伸得图3 22 使用镜像命令在主体另一端复制 图3 23接着使用腔体命令对大臂两端进行修改 然后创建孔 完成大臂 效果如图3 23 图3 233 2 7创建小臂小臂部分是使用步进电动机来实现小臂的旋转运动 首先运用建模命令和一些相关指令画出小臂的主体如图3 24 图3 24然后在其一段使用腔体命令 矩形腔体把主体一侧放空 如图3 25 图3 25接着在主体的另一端创建一个圆柱以及在其上方创建个凸台 并且使用草图命令在其侧面画出支撑臂然后拉伸 复制 得出效果如图3 26 图3 26最后使用凸台 和圆柱求差命令把尾部画好 完成对小臂的创建 完成图如图3 27 3 2 8创建抓手机械臂的首部是用来抓持工件或各种部件 所以手部 抓取工件的迅速 准确和牢靠程度都直接影响机械手的工作性能 运用圆柱命令先创建主体模图3 27型 如图3 28 图3 28然后在侧面圆柱的表面绘制草图 如图3 29 使用拉伸命令后对其进行开孔 完成之后使用移动对象命令在圆柱圆弧上每隔60度复制一个 达到 对称 如图3 30 最后在圆柱面上使用草图命令画出一等边三角形 模拟工件 拉 伸后完成对抓手的创建 如图3 31 图3 31图3 29图3 303 2 9创建套统使用圆柱命令 设置直径为133 高度为180 并且 使用孔命令 设置孔直径为84 高度为180 创建孔如图3 32 使用拉伸命令设置开始距离 2 7 拔模角度为57 偏置为0 结束为6 如图3 33 图3 33接着用镜像特征命令选择拉伸的实体 平面为实体的平面 完成 第一组外部轮廓 然后使用移动命令把整个圆柱外圆排满 得出如 图3 34 最后使用求差命令完成套筒 如图3 35 图3 32四机械臂的装配完成机械臂各个组件后 需要将这些组件装配起 来 运用UG中的装配模块将组件添加然后装配 首先需要的是将机械臂 的基座添加进来如图3 36 然后添加第二个部件旋转台 在组件添加过程中定位设置里设置通 过约束 然后点击接触对齐 将两个你需要接触的面选择点击确定 后完成第二个组件的装配如图3 37 图3 35图3 34图3 36接下来添加大臂 在添加大臂的过程中需要使用装配约束中的同 心类型来使旋转台和大臂的两个对应的孔位置正确 如图3 38 接着使用移动组件命令把大臂的方向旋转到正确位置 如图3 39 图3 39图3 37图3 38使用装配约束中的接触对齐和同心约束把连接件添加进来 继续 使用移动组件将连接件的方向调整到正确位置 如图3 40 接着装配肘部 同样使用接触对齐和同心约束将肘部装配到大臂上 同时使用移动组件旋转肘部以及用动态设置类型将肘部移动到正 确位置 如图3 41 因为大臂 连接件和旋转台都是通过轴来固定所以孔的位置一定要 对齐 接下来继续添加组件使用接触对齐和同心约束把连杆 套筒 小臂 和抓手连接装