基于Solid works的機械手運動仿真設計

鄭向華

（成都工業(yè)學院機電工程系 四川 成都 611730）

0 引言

機械手對實現(xiàn)工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門，更能提高勞動生產率和自動化水平。隨著現(xiàn)代生產的機械化和自動化的發(fā)展對機器人的需求越來越大因而對機器人的末端執(zhí)行機構機械手的研究尤為重要。一些軟件的發(fā)展為機械手的設計分析提供了方便降低了生產成本，本設計是基于Solidworks軟件，使得設計效率大大提高[1]。

本文是為普通車床配套而設計的上料機械手。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。

1 機械手工作原理

上料機械手直接與工件接觸的部件,它能執(zhí)行人手的抓握功能。手抓取物體以物體為中心,用兩根手指包絡物體。根據(jù)抓取物體時的相對狀態(tài),靠手指與工件之間的摩擦力來夾持工件。本上料機械手采用二指平動手爪,屬于夾持式手爪,手指由四桿機構帶動,當上料機械手手爪夾緊和松開物體時,手指姿態(tài)不變,作平動。機械手手爪的結構見圖1，①為支架、②氣動桿、③和④為大螺釘、⑤和⑥為三孔連桿、⑦為小螺釘、⑧短連桿、⑨和⑩為手指。

通過氣動桿②來傳動力的，氣缸帶動氣動桿②使之向上移動時,其它的桿件共同運動,此時手爪是處于握緊工件的過程;反之,當氣缸帶動氣動桿②向下移動時,手爪是處于張開的過程。這樣,用氣缸帶動連桿②做往復平動，從而使其它桿件運動,帶動手爪張合，手指上的任意一點的運動軌跡為一弧擺動。

圖1 機械手裝配簡圖

2 基于Solidworks機械手仿真動畫設計

2.1 Solidworks介紹

SolidWorks是一款功能強大的中高端CAD軟件，方便快捷是其最大特色。它有全面的零件實體建模、生成工作機構的分解動畫制作和高級動畫制作等功能該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎，具有功能強大、易學、易用等特點，是當前最優(yōu)秀的中檔三維CAD軟件之一。

SolidWorks有全面的零件實體建模、生成工作機構的分解動畫制作和高級動畫制作等功能。工作原理最好的表達方式莫過于動態(tài)仿真，因為動態(tài)仿真是一種傳遞工作過程中各組成零件動作情況的良好載體，它的特點就在于形象和直觀。Animator插件就是一個與Solidworks完全集成的動畫制作軟件插件，它能將Solidworks的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，并且實時錄制構件的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和構件的模擬工作過程，將構件的工作情況得到更好地表達，增強了人們對構件的認識和了解。該軟件在工業(yè)生產中的應用不但可以提高設計質量，縮短工程周期，還可以節(jié)約大量建設投資。

并且，隨著信息技術在 各領域的 迅速滲透，CAD技術已經得到廣泛的應用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計、生產、組織模式對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術改造、帶動整個產業(yè)結構的變革、發(fā)展新型技術、促進經濟增長都具有十分重要的意義[2][3]。

2.2 機械手仿真動畫的建立

1）啟動SolidWorks，選擇“文件”→打開機械手裝配圖，然后在工具欄中單擊Animator，新建立一個，動畫制作界面（如圖2所示），設定機械手是通過氣動桿來傳力給手指；

圖2 動畫制作界面

2）將機械手氣動桿移動到初始位置；將時間滑桿拖到結束時間；將機械手氣動桿移動到最終位置。完成動畫的時間設定；

3）選擇主動件螺紋孔連桿，移動它，使兩手指閉合到距離最短處，則設該位置為初始位置；

4）拖動時間碼到15秒處即時間滑桿從00：00：00處移動到 00：00：15 處；

5）再次選中螺紋連桿，將其拖動到使兩手指分開距離最大處。此為零件的最終位置；

6）單擊動畫控制器彈出式工具欄的播放按鈕，進行演示。（其中螺紋連桿的時間線為綠色，其余零件時間線為黃色，因為螺紋連桿是主動件后面的零件為從動件）上面三步使機械手完成一個由張開到閉合的過程，但實際運用中手指的張開閉合是要求非常連貫的，那樣才能滿足需要。

7）制作機械手由夾緊狀態(tài)到松開零件的過程。

接著上步的操作將螺紋連桿拖動到使手指張開距離最大的位置，再吧時間碼 在剛才00：00：15的基礎上再向右拖同樣的距離到達00：00：30，最后把螺紋連桿拖動到使兩手指閉合距離最短處，完成整個動畫過程的制作。

該動畫的制作將構件的工作情況得到更好地表達，增強了人們對構件的認識和了解。該軟件在工業(yè)生產中的應用不但可以提高設計質量，縮短工程周期，還可以節(jié)約大量建設投資。

3 結論

本文對機械手機構進行設計研究，運用SolidWorks對其結構建模設計，手指夾取物體時的仿真動畫。本次設計充分利用了計算機輔助設計，基于SolidWorks的機械手仿真動畫很好地實現(xiàn)預期運動,對系統(tǒng)設計起到很好的效果，提高設計效率。

［1］蘇子昊，孔慶忠.關節(jié)型機器人二指平動手爪的設計[J].機械工程與自動化，2008，10.

［2］詹迪維.Solidworks快速入門教程：2009中文版[M].機械工業(yè)出版社.

［3］云杰漫步多媒體科技CAX設計教研室.Solidworks 2009基礎教程[M].清華大學出版社，2009，12.