毕业设计（论文）-焊接工业机械手设计及运动仿真（全套图纸三维）

焊接工业机械手设计及运动仿真毕业论文（设计）（TITLE）THEDESIGNANDMOVEMENTSIMULATIONOFWELDINGINDUSTRIALMANIPULATOR系别机电工程系专业姓名学号指导教师日期焊接工业机械手设计及运动仿真摘要随着现代科学技术的发展，在企业工业化生产中对自动化的要求也越来越高，以求可更好的减轻操作人员的劳动强度、提高生产效率。我国的工业机器人快速发展起始于上个世纪80年代“七五”科技攻关，目前已对机器人的原理及结构设计、控制系统硬件和软件设计技术等有了基本的掌握。1机械手作为机器人的一种，现在广泛应用于工业生产中，如物料的搬运、焊接、产品装配等。在本次设计中，根据设计任务书的要求，将设计一种焊接机械手，其可实现抓取工件、移动定位等功能。在设计中，广泛应用计算机辅助设计技术，以提高产品的设计效率。在对机械手中的重要部件，采用有限元仿真分析技术。最后，在完成机械手的设计后，应用UG软件，进行整个机械手的运动仿真。关键词机械手；设计；UG仿真全套图纸，加153893706焊接工业机械手设计及运动仿真焊接工业机械手设计及运动仿真THEDESIGNANDMOVEMENTSIMULATIONOFWELDINGINDUSTRIALMANIPULATORABSTRACTALONGWITHTHEDEVELOPMENTOFMODERNSCIENCEANDTECHNOLOGY,THEENTERPRISEISBECOMINGMOREANDMOREHIGHTOTHEREQUIREMENTOFAUTOMATIONININDUSTRIALPRODUCTION,INORDERTOCANBETTERREDUCETHELABORINTENSITYOFOPERATORS,IMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCYRAPIDDEVELOPMENTOFINDUSTRIALROBOTSINCHINABEGANINTHE80S“SCIENCEANDTECHNOLOGYRESEARCH,HASTHEPRINCIPLEANDSTRUCTUREOFTHEROBOTDESIGN,CONTROLSYSTEMDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWARETECHNOLOGY,ETCHAVEABASICGRASP1ASAROBOTMANIPULATOR,ANDNOWISWIDELYUSEDININDUSTRIALPRODUCTION,SUCHASMATERIALHANDLING,WELDING,PRODUCTASSEMBLY,ETCINTHISDESIGN,ACCORDINGTOTHEREQUIREMENTSOFTHEDESIGNPLANDESCRIPTIONSOFTHEDESIGNOFAWELDINGMANIPULATOR,ITCANREALIZEGRABWORKPIECE,MOBILEPOSITIONING,ANDOTHERFUNCTIONSINTHEDESIGN,WHICHAREWIDELYUSEDCOMPUTERAIDEDDESIGNTECHNOLOGY,INORDERTOIMPROVETHEDESIGNEFFICIENCYOFPRODUCTSINANIMPORTANTPARTINMECHANICALHAND,FINITEELEMENTSIMULATIONANALYSISTECHNOLOGYFINALLY,AFTERFINISHEDTHEDESIGNOFTHEMANIPULATOR,USINGUGSOFTWARE,THEMANIPULATORMOVEMENTSIMULATIONKEYWORDMANIPULATOR；DESIGN；UG；SIMULATION目录一、绪论111设计的背景112机械手的发展趋势213设计原则3二、设计任务与要求421设计任务分析422设计思路423设计要求4三、总体方案论证531机械手总体方案设计5311机械手结构类型5312设计方案1032机械手方案确定10四、机械手结构设计1141机械手手部的设计11411机械手手部的设计要求11412机械手手部的运动和驱动方式12413机械手手部典型结构13414机械手手部具体采用设计方案13415机械手手部手指设计计算14416机械手手部连杆的设计计算21417机械手手部液压缸驱动力的计算2342机械手手臂1的设计2443机械手其余部分的设计28五、机械手控制系统设计及运动仿真3251机械手控制系统设计32511机械手工作方式分析32512单个液压缸与换向的连接方式33焊接工业机械手设计及运动仿真513控制系统设计3352基于UG的机械手运动仿真34521运动副的建立34522驱动的建立35五、总结42参考文献43致谢44焊接工业机械手设计及运动仿真1一、绪论11设计的背景自70年代以来，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业较为发达的国家，尤其是在美国、日本，有了广泛的应用。机械手及其相关设备的联合使用，极大地提高了工业生产的劳动效率、降低了工作人员的劳动强度且可提高和稳定产品质量。2机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。在焊接方面，机械手的应用可以更好的提高和稳定焊接质量的稳定性、进一步提升焊接节拍（提高了焊接生产效率）、提高了安全性与可靠性。与此同时，目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。212机械手的发展趋势随着工业机械手的应用逐步扩大，技术性能在不断提高。在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，但由于发展时间较短，人们对它有一个逐步认识的过程，机械手在技术上还有一个逐步完善的过程，其目前的发展趋势是1、进一步提升工业机械手的工作性能随着对产品质量要求的逐步提高，对机械手的工作性能有了更高的要求，而机械手工作性能的优劣，决定着它能否正常地应用于生产中。机械手工作性能中的重复定位精度和工作速度两个指标，是决定机械手能否保质保量地完成操作任务的关键因素。因此要解决好机械手的工作平稳性和快速性的要求，除了从解决缓冲定位措施入手外，还应发展满足机械手性能要求价廉的电液伺服阀，将伺服控制系统应用于机械手上。2、模块化结构设计对机械手中的机械结构采用模块化、可重构设计，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。采用这种方式设计出的机械手，不但可提高其设计效率，而且还可使机械手的设计质量稳定。3、智能化设计配备有多种传感器（传统的有位置、速度、加速度等，近年来逐步得到应用的有视觉、声觉、触觉），并根据传感器提供的数据信息，并通过机器内部的徽处理器，对信息进行处理，使机械手做出相应的动作。4、结构的标准化设计针对不同的机械手结构形式，对其中的部分部件，做出标准化、通用化的设计，以提高机械手的互换性、设计质量、设计效率等。总的来说，大体是三个方向其一是机械手的智能化，通过传感器的应用、微控制器、控制计算方法、电控系统等的应用，使机械适应性得以增强，可适用多工况、外部条件复杂的场合；其二是多样化，根据不同的工作场合，设计出针对特定场合的高效机械手；其三模块化、标准化，通过模块化、标准化的应用，使机械手的互换性、焊接工业机械手设计及运动仿真3设计效率、设计质量都得到一个较大的提高。13设计原则本次设计的原则是以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压、气动、机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。4二、设计任务与要求21设计任务分析由毕业设计任务书可知，本课题是设计焊接工业机械手。使工业机械手按预定要求，模仿人体上肢功能，完成抓取工件，移送定位等工作，实现自动化操作的设备。实现减轻工人劳动强度，提高工作效率，实现工业自动化的重要手段。在本课题完成的过程中，应用CAD技术对机械手进行结构设计和传动设计，控制系统的设计,并进行运动仿真。机械手的自由度,动作程序和速度按设定要求设计故本次课题设计的重点是机械手的结构设计、控制系统设计、CAD技术在机械手设计中的应用及应用UG等软件对机械手进行运动仿真。22设计思路由设计任务可知，本次设计为设计一台可沿预定轨迹要求、完成抓取工件、移动定位功能的机械手；欲完成此设计，首先应用确定此机械手的结构；其次，根据机械手的结构样式确定其驱动方式；最后，根机械手预定工作要求，根据机械手结构及驱动方式确定机械手的控制方式。23设计要求1、机械手的手部可实现对工件的抓紧、松驰。2、机械手的手臂、躯体可实现在工件沿预定轨迹运动的要求。3、机械手驱动装置、控制系统的设计。4、机械手各部件的结构工艺性。单片机及外围电路单片机及外围电路单片机及外围电路焊接工业机械手设计及运动仿真5三、总体方案论证31机械手总体方案设计311机械手结构类型机械手按照坐标结构形式的不同，主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。1、直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可以伸缩，左右和上下移动，按直角坐标形式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。其工作范围可以是1个直线运动、2个直线运动或是3个直线运运，即构成6个自由度。其主要优点有A、产量大、节拍短，能满足高速的要求。B、容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合。C、适于装箱类、多工序复杂的工作，定位容易改变。D、定位精度高，可达到05MM以下，载重发生变化时不会影响精度。E、易于实行数控，可于开环或闭环数控机械配合使用。其缺点是作业范围小，结构如图21、22所示。6图31直角坐标式机械手结构简图图32直角坐标式机械手实例2、圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，其结构如图23、24所示。这种机机械手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。焊接工业机械手设计及运动仿真7图33圆柱坐标机械手结构简图图34圆柱坐标式机械手实例3、球坐标式机械手球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图25、26所示。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。8其工作空间是一个类球形的空间。图35球坐标式机械手结构简图图36球坐标式机械手实例4、关节式机械手关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动形式。它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。早在20世纪40年代，关节式机械手就在原子能工业中得到应用，随后又应用于开发海洋，有一定的发展前途。关节式机械手有大臂与小臂摆动，以及肘关节和肩关节的运动。具有上肢结构，焊接工业机械手设计及运动仿真9可实现近似人手操作的机能，需要研制最合适的结构。关节式机械手的传动机构采用齿轮式、齿条式和摆动式。其传动机构采用哪种形式，主要根据工件的轻重来决定。若按摆动式扭矩来设计，则油缸将加大，而装载油缸的机架也将随之加大。特别是靠近关节式前端关节部分的重量对肩部影响很大。传动机构在承受负荷的同时必须承受自重，因此，传动效率低。如需要大的转动角，则宜采用摆动油缸。其结构如图27、28所示。图37关节式机械手结构简图10图38关节式机械手实例312设计方案具体到本设计，由于设计任务要求机械手可模仿人体上肢运动，抓取和定位工件其余未再做进一步要求，故初定所需搬运物件质量为50KG，且为板材，宽度不大于500MM，板厚为10MM。且考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。该机械手在工作中需要3种运动手部抓取、手臂的伸缩、手臂的旋转。宜采用的自由度数为4，故选用关节式机械手。32机械手方案确定最终确定机械手方案如图29所示。图39机械手方案由图29可知，手部主要用于工件的抓取，手臂1、手臂2、手臂3、关节1、关节2的组合可以实现机械的机械手高低、远近的调整，手臂3与基座之间的配合实现机械手的旋转操作。焊接工业机械手设计及运动仿真1112四、机械手结构设计41机械手手部的设计411机械手手部的设计要求机械手手部是安装在机械手手部上用来进行某种操作或作业的附加装置，即为机械手的未端执行器。机械手末端执行器的种类很多，以适应机械手的不同作业及操作要求。末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。搬运用末端执行器是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体。加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机械手附加装置，用来进行相应的加工作业。测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。在设计机械手末端执行器时，应注意以下问题；1机械手末端执行器是根据机械手作业要求来设计的。一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机械手新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机械手末端执行器，将不断的扩大机械手的应用领域。2机械手末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机械手容许的负荷力。因此，要求机械手末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。3机械手末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机械手灵巧手，至今尚未实用化。目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机械手末端执行器。从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机械手多种作业功能，而不主张用一个万能的末端执行器去完成多种作业。因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。焊接工业机械手设计及运动仿真134通用性和万能性是两个概念，万能性是指一机多能，而通用性是指有限的末端执行器，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化和积木化。5机械手末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。用计算机控制最方便的是电气式执行机构。因此，工业机械手执行机构的主流是电气式，其次是液压式和气压式（在驱动接口中需要增加电液或电气变换环节）。3412机械手手部的运动和驱动方式机械手手部及机械手手爪。一般工业机械手手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。机械手夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种1、气动驱动方式这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。由于气动驱动系统价格较低，所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性，这一点是抓取动作十分需要的。2、电动驱动方式电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪，一般采用直流伺服电机或步进电机，并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。电动驱动方式可实现手爪的力与位置控制。但是，这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下，因为电机有可能产生火花和发热。3、液压驱动方式液压驱动系统传动刚度大，可实现连续位置控制。本次设计即采用这种方式驱动。14413机械手手部典型结构1、楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。2、滑槽式手爪当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。3、连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。4、齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。414机械手手部具体采用设计方案在本次机械手设计中，选用连杆杠杆式手爪，其结构简图如图41所示。图41手部结构简图焊接工业机械手设计及运动仿真15由图41可知，此机械手手部结构主要由手指、连杆、驱动装置（液压缸）等组成，在夹紧工件时，液压缸向右移动，实现工件夹紧；松开工件时，液压缸向左驱动。415机械手手部手指设计计算机械手手部手指是直接与工件接且受力较大的部位，在设计指时，取其材质为45钢，热处理方式采用整体调质处理，达HB255275，与工件接触的部位采用表面淬火，达HRC4050。为保证其与工件接触处具有一定的强度，取接触部位尺寸为20MM30MM。最终确定手指结构如图42所示。图42手指结构图1、夹紧力计算机械手手部手指处受力如图43所示。图43手指处受力图16由静力平衡可求得夹紧力F为N67185209120G2、手指的有限元分析随着计算机辅助技术普遍应用，有限元分析技术也逐渐在机械产品设计中得以应用。应用有限元分析技术可更快、更准确、更全面的计算出产品的受力状态，为机械产品设计提供有力的数据支持。UGNX作为一个功能全面的三维应用软件，其拥有自已的有限元分析模块。在UG中，有限元分析所用的NXNASTRAN求解器是是1972年MSCSOFTWARE公司获得了一个版本的COSMICNASTRAN，并推出自己的商业化产品。其主要包括A、BASICNXNASTRAN的基本模块，包括线性静力，模态，屈曲和热传递功能。B、NONLINEAR支持材料非线性，几何非线性和接触分析。C、DYNAMICRESPONSE在时域和频域中计算结构在外在激励下的动力学响应。D、SUPERELEMENTS将超大模型分解为小的子结构求解。E、DIRECTMATRIXABSTRACTIONPROGRAMDMAP允许用户进行二次开发，将自己的算法和应用扩充到NXNASTRAN中。F、AEROELASTICITY对气流作用下的模型进行分析。G、PTIMIZATION自动迭代完成优化设计。H、NASTRANFORFEMAP基于WINDOWS环境，将FEMAP的前后处理功能和NXNASTRAN分析能力结合在一起。I、ADVANCEDAEROELASTICITY预测结构在气流作用下的响应，并可以进行超音速分析。J、ROTORDYNAMICS一个新的动态分析能力，专门针对转子动力学分析。焊接工业机械手设计及运动仿真17在本次设计中，主要应用其BASICNXNASTRAN的基本模块，用于机械手的静力分析。在UNNX中进行产品的有限元仿真分析，首先要先进入“设计仿真”环，其次指定分析对象所用材料，接着划分网格及相应载荷、约束的设置，最后进行求解计算。在本次手指分析中，首选新建材料45（点击面板上“管理材料”按钮），并输入相应数据，如图44所示，并指定给手指模型，如图45所示。图44输入材料数据18图45指定手指模型材料对机械手手指模型进行网格划分（点击面板上“3D四面体按钮”，并进行相应设置后，点击“确认”），如图46所示。图46网格划分划分网格后，如图47所示。焊接工业机械手设计及运动仿真19图47手指网格图在手指与工件接触处添加力载荷（在面板上选“载荷类型”、“力”），输入力的数值为718667N，如图48所示。图48添加载荷20在如图49所示孔中，设置圆柱约束，并设置轴向旋转为“自由”（在面板上点击约束类型，选择“圆柱形约束”）。图49添加约束1同理，添加另一端两个圆孔的约束，如图410所示。图410添加约束2焊接工业机械手设计及运动仿真21通过以上前处理设置，并运行求解，可得后处理结果，如图411、412所示。图411手指受力应力云图图412手指受力位移云图22由图411、412可知，机械手手指的最大应力为28846MPA，最大位移为296E7MM。已知45钢的屈服强度为355MPA，由此可求得手指的安全系数为2314685S强度符合要求。416机械手手部连杆的设计计算连杆的主要作用是传递源自液压缸的力、运动，是一个二力构件，其所受的作用力与其对手指的作用力是一对大小相等方向相反的力，由此可得计算其受力的受力图，如图413所示。图413连杆受力计算图由此，可对作用于连杆的力进行计算（其方向与图中连杆作用于手指的力的方向相反）。焊接工业机械手设计及运动仿真23N259408623COS50718F对连杆进行受力分析，图414为前处理设置完成后的连杆模型。图414连杆前处理模型运行分析后，可得其应力、位移云图分别如图415、416所示。图415连杆受力应力云图24图416连杆受力位移云图由图415可知，连杆所受最大应力为10677MPA，其材质为Q235，由此可计算其安全系数。2710635S强度满足要求。417机械手手部液压缸驱动力的计算计算液压缸驱动力受力分析图如图417所示。焊接工业机械手设计及运动仿真25图417液压缸驱动力计算受力图由此可计算出液压缸驱动力为NF1375263SIN259408取液压缸内径为25MM，则所需要系统压力为MPA32154/27P42机械手手臂1的设计机械手手臂1作为机械手的重要组成部分，其主要用于支撑手部及与其它手臂组成机械手的运动系统。最终确定其结构如图418所示。其主要承受关节1液压缸的作用力、驱动手部夹紧液压缸的作用力及手部的反作用力，其最大受力图如图419所示。26图418手臂1结构图焊接工业机械手设计及运动仿真27图419手臂1受力图由图419及上节手部受力分析可知，两处手部反作用力之和与手部液压缸驱动力大小相等方向相反，根据静力平衡可计算出关节1液压缸驱动力为NF7289860275取液压缸内径为20MM，则所需要系统压力为MPA14/2031P可求得单个手部反作用力为NF8152014SIN237对其进行仿真分析，可得前处理、应力、位移结果分别如图420、421、422所示。28图420手臂1前处理结果图421手臂1应力云图焊接工业机械手设计及运动仿真29图422手臂1位移云图由图421可知，在最大载荷状态下，手臂1的最在应力为529MPA，手臂1采用Q235钢板焊接制而成，可求得其安全系数为49523S故强度满足要求。43机械手其余部分的设计机械手其余部分的设计过程与此前机械手部、手臂1的设计类似，故不再赘述。在本节仅列举出其计算结果、设计结果。30手臂2结构如图423所示，而与之相关的关节2液压缸所需的驱动力为20881N，在缸径为20MM时所需要的液体压力为665MPA。图423手臂2结构图手臂3结构图如图424，与其相对应的是其与基座之间的旋转由摆动液压缸驱动，可实现90旋转，具体结构见图425所示。图424手臂3结构图焊接工业机械手设计及运动仿真31图425手臂3与基座连接结构图在机械的设计完成后，其整体结构如图426所示。32图426机械手整体结构图焊接工业机械手设计及运动仿真33五、机械手控制系统设计及运动仿真51机械手控制系统设计511机械手工作方式分析由第四章设计完成的机械手（见图426），对其进行工作分析。其在工作时，手部手指首先张开，在手指张开后，工件由其它设备放入，手部手指夹紧，接着关节1、2处液压缸、摆动液压缸共同动作将工件送至指定工作位，最后返加初始位置，具体机械手驱动动作方式见图51。图51机械驱动方式34512单个液压缸与换向的连接方式由上小节机械手工作方式分析可知，此机械手所用的液压缸（摆动液压缸）均需要正反方向均可动作、控制，且所用换向换阀需具有闭锁功能，由此选用带一闭锁机能的三位四通换向阀。4为便于控制，此换向阀选用三位四通电磁换向阀，如图52所示。图52液压缸与换向阀的连接513控制系统设计此机械手需要按照一定的顺序进行各个液压缸的驱动，工作过程中自动化操作，不需要人员的参与。常用的控制方式有PLC控制、单片机控制。采用PLC控制，程序设计较为简单，但成本较高，一般上千元到几万元。而采用单片机，则本较为低廉，一般几十元就可建立一个简单的控制系统，但其编程较为复杂，且需要对其外围电路有一定的了解。在本次设计中，即采用单片机控制的方式，其外围电路如图53所示。焊接工业机械手设计及运动仿真35图53机械手控制系统如图53所示，单片机的P00P07口分别用各个液压缸（摆液压缸）的正反向控制。52基于UG的机械手运动仿真运动仿真UGNX数字仿真的一个模块，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、静力分析。使用运动仿真的功能赋予模型的各个部件一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系即可建立一个运动仿真模型。5521运动副的建立由此机械手结构可知，需要在手指与手臂1、手指与连杆、连杆与手部驱动液压缸、手臂1与手臂2、手臂2与手臂3及手臂3之基座之间需要建立旋转副，手部驱动液压缸体与液压缸杆、关节1处液压缸体与液压缸杆及关节2处液压缸体与液压缸杆需要要建立滑动副。最后完成设置如图54所示。36图54机械手运动副的设置522驱动的建立由于此机械手工作时，摆动液压马达、各关处液压马达、手部驱动液压马达的工作是分阶段的，故在设置其驱动方式时，应选择函数方式。在建立手臂3与基座旋转副的驱动时，在驱动设置对话框中，选择驱动方式为函数，函数数据类型为位移，点击函数型旁的下拉箭头选择函数管理器，如图55所示。图55驱动设置对话框焊接工业机械手设计及运动仿真37在弹出的XY函数管理器对话中，选择AFU格式的表，在对话框下部选择新建按钮，如图56所示。图56XY函数管理器在弹出的XY函数管理器中，XY轴定义中，横坐标选用数据类型为时间，单位为SEC，纵坐标分子类型为角位移，分子单位为度，如图57所示。38图57坐标定义在对话框数据中点击XY数据按钮，设置X向增量为1，点为10，如图58所示。图58XY数据定义焊接工业机械手设计及运动仿真39根据机械手工作状况，设定手臂3查对基座旋转90，具体数据如图59所示。图59手臂3驱动数据同理亦可设置手部驱动液压缸的驱动数据如图510所示。图510手部驱动液压缸的驱动数据同理即可设置其余数据，设置相关数据后运行仿真，即可得到结果，如图511所示。40图5