機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì)【含三維圖紙、說明書文檔】

機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì)【含三維圖紙、說明書文檔】,含三維圖紙、說明書文檔,機(jī)器人,仿真,設(shè)計(jì),三維,圖紙,說明書,仿單,文檔 機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 20100663117 姓 名： XXX 指導(dǎo)老師： XXX - 2 - 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、題目：機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì) 二、研究內(nèi)容與目標(biāo)： 本設(shè)計(jì)主要的研究內(nèi)容是 1. 機(jī)器人瓦力的 proe 建模 2. 履帶模型仿真的可行性 3. 瓦力機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)仿真 目標(biāo)： 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人瓦力的整體 proe 建模，以及部分零件的運(yùn)動(dòng)仿真 三、研究方法： 上網(wǎng)查找資料，數(shù)據(jù)，以及查閱相關(guān)書籍。建模實(shí)踐分析。 四、主要參考文獻(xiàn)： 1 鄒慶華。數(shù)控新技術(shù)動(dòng)向研究。科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（31）：89-91. 2 艾興 肖詩綱著.切削用量簡明手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.10,150 3 陳宏均著.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996.12，167258 4 楊勝群。VERICUT7.0 中文版數(shù)控加工仿真技術(shù).北京：清華大學(xué)出版 社，2010. 5 張衛(wèi)衛(wèi)，李建生。數(shù)控仿真技術(shù)分析及發(fā)展趨勢(shì)。心聲，2010:85-87. 6 王先奎。機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 7 熊毅，王哲，唐建生。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J。 制造技術(shù)與機(jī)床，2011,12。 - 3 - 目錄 機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì) ...........................................................................- 4 - 第一章 緒論 ..........................................................................................- 5 - 1.1 機(jī)器人 WALLE 設(shè)計(jì)理念 .............................................................................................- 5 - 1.2 機(jī)器人發(fā)展史現(xiàn)狀 ........................................................................................................- 5 - 第二章 PRO/E 的簡要說明 ..................................................................- 8 - 2.1Pro/E 簡介 ....................................................................................................................- 8 - 2. 2 Pro/ENGINEER 概述 .................................................................................................- 8 - 第三章 機(jī)器人瓦力零部件設(shè)計(jì) ........................................................- 10 - 3.1 瓦力身體主體建模 .......................................................................................................- 10 - 3.2 機(jī)器人瓦力的驅(qū)動(dòng)履帶建模 .......................................................................................- 12 - 第四章 機(jī)器人瓦力的裝配 ................................................................- 15 - 4.1 機(jī)器人瓦力的手部裝配 ..............................................................................................- 15 - 4.2 機(jī)器人瓦力的頭部裝配 ..............................................................................................- 16 - 4.3 瓦力機(jī)器人的履帶裝配 ...............................................................................................- 16 - 第五章 機(jī)器人瓦力的運(yùn)動(dòng)仿真 .......................................................- 18 - 5.1 定義帶傳動(dòng) ..................................................................................................................- 18 - 5.2 定義伺服電機(jī) ..............................................................................................................- 18 - 總結(jié) .....................................................................................................- 20 - 致謝 .....................................................................................................- 21 - 參考文獻(xiàn) .............................................................................................- 22 - - 4 - 機(jī)器人瓦力仿真設(shè)計(jì) 三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 姓名：xxx 摘要 本文通過 Pro/E 三維建模，以機(jī)器人瓦力為原型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真， 機(jī)器人瓦力是一個(gè)具有六自由度機(jī)械手的履帶式機(jī)器人，滿足在惡劣的路面環(huán) 境下進(jìn)行作業(yè)的需要。 瓦力的頭部具有高度靈活性，所以我畫了 5 個(gè)關(guān)節(jié)，對(duì)頭部進(jìn)行約束， 保證頭部的靈活性，手臂部分則是由 3 個(gè)可伸縮的關(guān)節(jié)組成，并保持了 6 個(gè)自 由度，手指部分由兩個(gè)指節(jié)構(gòu)成，有 3 個(gè)手指，一個(gè)手指與另外兩個(gè)手指相對(duì)， 可夾取物體，在瓦力的視頻資料中，瓦力主要靠另外兩個(gè)指節(jié)工作的，所以另 外兩個(gè)指節(jié)會(huì)相對(duì)粗大些，其次是身體主體部分，瓦力的四肢與頭部是可以放 進(jìn)身體內(nèi)部的，但是出于建模可行性需要，并沒有實(shí)現(xiàn)這一功能。瓦力是通過 履帶運(yùn)行的，履帶是由兩個(gè)大的驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)小的從動(dòng)輪組成，從動(dòng)輪還起到 定位和調(diào)節(jié)履帶的功能。 對(duì)于所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一些展望則是，機(jī)器人以其極強(qiáng)的適應(yīng)性和高效率逐 漸取代人力的一些繁重工作。也可以到達(dá)一些人類自身身體因素到達(dá)不了的深 海，高空，或是太空進(jìn)行作業(yè)。隨著機(jī)械工業(yè)的智能化發(fā)展，機(jī)器人將具有自 主判斷能力，決策能力，執(zhí)行能力。而這次課程設(shè)計(jì)的原型就是工業(yè)高度發(fā)達(dá) 之后的智能機(jī)器人 WALLE，稱之為智能生命體也不為過。那是機(jī)器人發(fā)展的高 級(jí)形態(tài)。 最后想說的是，這次的建模比較困難，一個(gè)要考慮尺寸的合理性，還有整 體的協(xié)調(diào)性，同時(shí)還要保證四肢和關(guān)節(jié)的一些自由度。所以耗時(shí)比較久，但是 最終還是完成了。 關(guān)鍵詞： 瓦力 Pro/E 仿真 機(jī)械手 - 5 - 第一章 緒論 1.1 機(jī)器人 WALLE 設(shè)計(jì)理念 機(jī)器人在現(xiàn)今科技發(fā)展時(shí)代，正在逐漸走入人們生活，工作，生產(chǎn)中，如 工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手，高度智能化的假肢等等。它們正在以其高效、智能、強(qiáng) 適應(yīng)能力承擔(dān)著越來越多的工作。一些高度智能化的產(chǎn)品甚至能夠?qū)κ挛镞M(jìn)行 模擬、仿真、演算，而這些很多都是人腦和人類本身無法做到的。 這次設(shè)計(jì)理念主要目的是設(shè)計(jì)高智能化，同時(shí)能適應(yīng)惡劣環(huán)境的機(jī)器人。要 有靈活的四肢，開闊的視野，能在崎嶇的路面行走，可以進(jìn)行抗震救援工作， 可以作為登月車，承受極高的溫差，手臂可以伸縮旋轉(zhuǎn)，對(duì)一些標(biāo)本進(jìn)行采樣 分析，要有較好的視野頭部可以伸縮，旋轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行勘探，偵查，記錄等工 作。 1.2 機(jī)器人發(fā)展史現(xiàn)狀 在設(shè)計(jì)過程中，我查閱了有關(guān)于機(jī)器人工作的一些資料，視頻，文獻(xiàn)了解 現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀，機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)交叉和綜合的體現(xiàn)， 先進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展代表著國家綜合科技實(shí)力和水平，因此目前許多國家都已經(jīng) 把機(jī)器人技術(shù)列入本國 21 世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， 機(jī)器人已從傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)入人類的工作和生活領(lǐng)域，另外，隨著需求范圍的 擴(kuò)大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端系統(tǒng)具有明顯的仿生和智能 特征，其性能不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善；各種機(jī)器人系統(tǒng)正逐步向具有 更高智能和更密切與人類社會(huì)融洽的方向發(fā)展。 機(jī)器人的起源要追溯到 3000 多年前。 “機(jī)器人”是存在于多種語言和文字 的新造詞，它體現(xiàn)了人類長期以來的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器 或人造人，以便能夠代替人去進(jìn)行各種工作。 直到四十多年前， “機(jī)器人”才作為專業(yè)術(shù)語加以引用，1920 年，原捷克 斯洛伐克劇作家卡雷爾凱培克在他的科幻情節(jié)劇羅薩姆的萬能機(jī)器人中， 第一次提出了“機(jī)器人” （Robot）這個(gè)名詞，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。 在捷克語中，Robot 這個(gè)詞是指一個(gè)賦役的努力。 20 世紀(jì)初期，機(jī)器人已躁動(dòng)于人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的母胎之中，人們含有幾分 - 6 - 不安地期待著它的誕生。他們不知道即將問世的機(jī)器人將是個(gè)寵兒，還是個(gè)怪 物。針對(duì)人類社會(huì)對(duì)即將問世的機(jī)器人的不安，美國著名科學(xué)幻想小說家阿西 莫夫于 1950 年在他的小說我是機(jī)器人中，首先使用了機(jī)器人學(xué) （Robotics）這個(gè)詞來描述與機(jī)器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了有名的“機(jī)器人三 守則” 機(jī)器人必須不危害人類，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀； 機(jī)器人必須絕對(duì)服從于人類，除非這種服從有害于人類； 機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者是人類命令它做出 犧牲。 這三條守則，給機(jī)器人社會(huì)賦以新的倫理性，并使機(jī)器人概念通俗化更易 于為人類社會(huì)所接受。至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠家和用戶， 提供了十分有意義的指導(dǎo)方針。是可編程機(jī)器人（如圖 1.2.1） 。這類機(jī)器人一 般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡單的重復(fù)性操作。這一代機(jī)器人從 20 世紀(jì) 60 年代后半期開始投入使用，目前他在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。第二 代是感知機(jī)器人（如圖 1.2.2） ，即自適應(yīng)機(jī)器人，它是在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的，具有不同程度的“感知”能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界已有應(yīng)用。 第三代機(jī)器人將具有識(shí)別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，它可以把感知和行 動(dòng)智能化結(jié)合起來，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機(jī)器人（如 圖 1.2.3） 。目前，這類機(jī)器人處于試驗(yàn)階段，將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。表 1.2.1 是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展編年表。 圖 1.2.1 第一代機(jī)器人 圖 1.2.2 第二代機(jī)器人 圖 1.2.3 第三代機(jī)器人 表 1.2.1 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展編年表 年代 領(lǐng)域 事件 1955 理論 Denavit 和 Hartenberg 發(fā)展了其次變換（D-H）變換 1961 工業(yè) 美國專利 2,998,237，George devol 的“編程技術(shù)” ， 傳輸 - 7 - 1961 工業(yè) 第一臺(tái) Unimate 機(jī)器人安裝，用于壓鑄 1961 技術(shù) 由傳感器的機(jī)械手 MH-1，由 Ernst 在麻省理工學(xué)院 發(fā)明 1961 工業(yè) Versatran 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人商業(yè)化 年代 領(lǐng)域 事件 1965 理論 L.C.Roberts 將其次變換矩陣應(yīng)用與機(jī)器人 1968 技術(shù) 斯坦福研究院發(fā)明帶視覺的自由計(jì)算機(jī)控制的行走機(jī) 器人 Shakey 1969 技術(shù) V.C.Sheinman 及其助手發(fā)明斯坦福臂 1969 理論 用于行走機(jī)器人導(dǎo)向的機(jī)器人視覺在斯坦福研究院展 出 1970 技術(shù) ETL 公司發(fā)明帶視覺的自適應(yīng)機(jī)器人 1971 工業(yè) 日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）成立 1972 理論 R.P.Paul 用 D-H 矩陣計(jì)算軌跡 1972 理論 D.E.Whiney 發(fā)明操作機(jī)的協(xié)調(diào)控制方式 1975 工業(yè) 美國機(jī)器人研究院成立 1975 工業(yè) Unimate 公司發(fā)布其第一次利潤 1976 技術(shù) 在斯坦福研究院完成用機(jī)器人的編程裝配 1978 工業(yè) C.Rose 及其同事成立了機(jī)器人智能公司，生產(chǎn)第一 個(gè)商業(yè)視覺系統(tǒng) 展望未來，對(duì)機(jī)器人的需求是多面的。在制造工業(yè)由于多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品的商 品壽命逐漸縮短，品種需求加多，這就促使產(chǎn)品的生產(chǎn)就要從傳統(tǒng)的單一品種 成批大量生產(chǎn)逐步向多品種小批量柔性生產(chǎn)過渡。有各種加工裝備、機(jī)器人、 物料傳送裝置和自動(dòng)化倉庫組成的柔性制造系統(tǒng)，以及由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一調(diào)度的更 大規(guī)模的集成制造系統(tǒng)將逐步成為制造工業(yè)的主要生產(chǎn)手段之一。 - 8 - 第二章 Pro/E 的簡要說明 2.1Pro/E 簡介 Pro/Engineer 三維建模軟件是美國參數(shù)公司（ PTC）旗下的 CAD/CAM/CAE 為一體的三維軟件，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在現(xiàn)今的三維造型軟件領(lǐng)域 中占有著重要地位，被業(yè)界廣泛認(rèn)可和推廣，目前主流的三維造型軟件之一， 特別是在我國設(shè)計(jì)領(lǐng)域中有著重要地位。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械、汽車、建筑、 紡織等眾多行業(yè)，該軟件對(duì)加速工程和產(chǎn)品開發(fā)，縮短設(shè)計(jì)制造周期、提高產(chǎn) 品質(zhì)量、降低成本、增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競爭能力和創(chuàng)新能力的發(fā)揮起著重要作用。 Pro/Engineer 是第一個(gè)提出參數(shù)化設(shè)計(jì)概念的，而且使用的是全參設(shè)計(jì)，并且 采用了單一數(shù)據(jù)庫來處理特征相關(guān)性的問題。單一數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)使得整體數(shù)據(jù)處 理修改量大大減小，這也是 Pro/Engineer 的一大優(yōu)勢(shì)，使設(shè)計(jì)更為優(yōu)化，縮短 設(shè)計(jì)過程，使產(chǎn)品能更好的推向市場(chǎng)。 2. 2 Pro/ENGINEER 概述 Pro/E 有 20 多個(gè)大模塊，能完成概念設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、虛擬裝配、功能模擬、 生產(chǎn)制造等整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。 Pro/E 將產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能模擬、生產(chǎn)制造等幾個(gè)方面， 不同階段提供不同功能。 本次課程設(shè)計(jì)主要使用其基本模塊中的： 參數(shù)化零件設(shè)計(jì)和基本曲面設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)裝配設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)仿真功能模擬 工程圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是多個(gè)功能模塊綜合使用的過程，Pro/E 采用 CAD 方面的先進(jìn)理論與技 術(shù)，主要特點(diǎn)有： 3D 實(shí)體模型 單一數(shù)據(jù)庫 以特征為單位 參數(shù)式設(shè)計(jì) Pro/E 通用產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程： - 9 - 1、 概念模型的建立：工業(yè)設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)等。 2、 零件設(shè)計(jì)與裝配：零件三維模型的建立與裝配。 3、 零件的數(shù)控加工或三維模型轉(zhuǎn)工程圖。 專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)： 1、 模具設(shè)計(jì)：金屬模具、塑料模具等。 2、 結(jié)構(gòu)分析：有限元分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等。 3、 鈑金設(shè)計(jì)等。 下圖是 Pro/E5.0 的基本界面 - 10 - 第三章 機(jī)器人瓦力零部件設(shè)計(jì) 3.1 瓦力身體主體建模 瓦力的主體零件大部分為規(guī)則體，這也大大降低了建模的難度，瓦力的軀 干我是采用 200 立方規(guī)格進(jìn)行建模，圖 3.1.1 為建模完成后的身體主體模型建模 過程如下： 圖 3.1.1 1.打開 Pro/E5.0 新建零件實(shí)體，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)窗口，點(diǎn)擊拉伸 -放置-定義， 任選一個(gè)平面進(jìn)行草繪，進(jìn)入草繪界面，選中矩形框，繪制一個(gè) 200*200 的矩 形，點(diǎn)擊左下角的，退出草繪，設(shè)定拉伸長度為 200，居中拉伸。點(diǎn)擊確定， 得到一個(gè) 200*200*200 的六面體 2.對(duì)六面體進(jìn)行拉伸，去除材料，去除如圖 3.1.2 中的紅色區(qū)域，選中任 意平面，進(jìn)行拉伸，沿著右邊的邊繪制一個(gè)直角梯形，另一條直角邊對(duì)應(yīng)最上 邊，梯形的上底和下底長度分別為 75 和 125，繪制好后，退出草繪界面，拉伸 -去除材料，拉伸厚度為 2 完成退出拉伸。 圖 3.1.2 3.拉伸出圖 3.1.2 中的灰色圓，點(diǎn)擊拉伸-放置-定義選中第二步拉伸后的 平面，點(diǎn)擊繪制圓心圓點(diǎn)繪圓，繪制一個(gè)直徑 40 的圓，圓心距左中心線 76， 距下邊中心線 8。完成草繪單擊，退出草繪界面。設(shè)置拉伸距離為 5 然后對(duì) 拉伸后的圓柱倒圓角，半徑為 2。 - 11 - 4.拉伸出圖 3.1.3 中的紅色區(qū)域，點(diǎn)擊拉伸-放置-定義，以第二步的梯形 短邊為參照，繪制 76*138,矩形，下邊距離中心線 35，完成，退出草繪，去除 材料，拉伸深度為 4。 圖 3.1.3 圖 3.1.4 5.繼續(xù)去除材料，點(diǎn)擊拉伸-放置-定義，以正方體的面為草繪平面，以左 邊為參照，繪制 66*50 的矩形，距離長邊與左邊重合，短邊距離上邊 9。完成 退出草繪，去除材料，拉伸深度為 6。 6.拉伸-放置-定義，拉伸出圖 3.1.4 右上角灰色區(qū)域，進(jìn)入草繪界面，以 右邊為參照，繪制 76*48 的矩形，上邊距離正方體 9。完成。拉伸，去除材料， 拉伸深度為 18。 7.拉伸，以上面為草繪平面，草繪尺寸如圖 3.1.5 所示，完成。點(diǎn)擊選項(xiàng)， 設(shè)置側(cè)一值為 9，側(cè) 2 值為 3，完成。 圖 3.1.5 圖 3.1.6 8.對(duì)正面左下角進(jìn)行拉伸，草繪尺寸如圖 3.1.6 所示，選中正面進(jìn)行草繪， 繪制好草繪圖后，點(diǎn)擊退出。點(diǎn)擊選項(xiàng)設(shè)置側(cè)一值為 3，側(cè)二值為 13。完成， 退出。 9.重復(fù)拉伸操作，草繪尺寸如圖 3.1.7 所示，以右邊平面為草繪平面，拉 伸，去除材料，拉伸厚度為 10。 10.按住 shift 鍵，鼠標(biāo)點(diǎn)擊選中模型樹中步驟 2 到步驟 9 所有拉伸實(shí)體， - 12 - 圖 3.1.7 右擊，選擇組命令，將步驟 2 到步驟 9 所有步驟合并為組。然后點(diǎn)擊鏡像命令， 再選中中心基準(zhǔn)面，將右邊的所有拉伸造型鏡像到左邊，點(diǎn)擊退出。 11.在正面偏下刻上 walle 五個(gè)字母。 12.選中地面進(jìn)行拉伸，拉伸草繪為 174*174 的正方形，去除材料，拉伸厚 度為 100。 綜上，瓦力的軀干部分建模就完成了。 3.2 機(jī)器人瓦力的驅(qū)動(dòng)履帶建模 履帶的建模比較有難度，因?yàn)槁膸遣灰?guī)則體。而這里建模采用的是骨架 折彎命令，下面是履帶的具體建模過程： 1.點(diǎn)擊新建，選擇零件實(shí)體建模，進(jìn)入零件建模窗口，點(diǎn)擊拉伸，進(jìn)入草 繪界面，繪制如圖 3.2.1 所示的草繪，繪制好之后退出，設(shè)定拉伸深度為 6。 圖 3.2.1 圖 3.2.2 2.點(diǎn)擊拉伸命令，以第一步拉伸實(shí)體的上表面為草繪平面，草繪尺寸如圖 3.2.2 所示，草繪完成之后，退出，設(shè)置拉伸高度為 3。 3.點(diǎn)擊拉伸命令，以第一步拉伸實(shí)體的前表面為草繪平面，以下底面為參 照，繪制兩個(gè)矩形，設(shè)置拉伸深度為 5。完成，退出。 4.按住 shift 鍵，選中步驟 1 到步驟 3 的所有拉伸實(shí)體，右擊，選中組命 令，將步驟 1 到步驟 3 的所有步驟合并為組。 - 13 - 5.鼠標(biāo)單擊選中組，然后點(diǎn)擊窗口右邊的陣列命令，選擇方向，選中 top 平面，設(shè)置長度為 14，陣列總個(gè)數(shù)為 40 個(gè)。完成，退出。 6.點(diǎn)擊草繪命令，以 right 面為草繪平面，繪制出一個(gè)三角形，并倒圓角。 草繪尺寸如圖 3.2.3 所示，完成后退出。 圖 3.2.3 圖 3.2.4 7.點(diǎn)擊插入-高級(jí)-骨架折彎-選擇草繪曲線，完成，選中步驟 5 中所繪的骨 架線，然后選中履帶的下面，點(diǎn)擊確定。骨架折彎就完成了，圖 3.2.4 是折彎 命令完成之后的效果圖。 下面是對(duì)履帶內(nèi)部的一些驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行建模。 首先是對(duì)履帶右側(cè)大圓進(jìn)行建模： 1.新建-零件-實(shí)體，新建一個(gè)實(shí)體，命名自己認(rèn)識(shí)就行了，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)命令， 設(shè)置-定義，任選一個(gè)基準(zhǔn)面，草繪圖和草繪尺寸如圖 3.2.5 所示。完成后退出 圖 3.2.5 2.選中底面，進(jìn)行拉伸操作，以步驟一中的小圓為參照，繪制出 10*10 的 草繪圖形，設(shè)置拉伸長度為 10，完成。 3.對(duì)步驟 2 所拉伸的實(shí)體進(jìn)行陣列，以軸進(jìn)行陣列，選中步驟一中的旋轉(zhuǎn) 軸，陣列個(gè)數(shù)為 4。 4.拉伸，去除材料，使用先前的平面作為草繪平面，圓心距離步驟一中的 旋轉(zhuǎn)軸 20，設(shè)置拉伸深度為 16。 5.以先前的平面作為草繪平面，繼續(xù)拉伸操作，以大圓為參照，繪制出 - 14 - 10*6 的草繪圖形，設(shè)置拉伸厚度為 5，完成后退出。 6.對(duì)步驟 5 中的拉伸實(shí)體進(jìn)行陣列，以步驟一中的軸為陣列軸，設(shè)置陣列 個(gè)數(shù)為 12.完成退出。 7.以下底面為草繪平面，進(jìn)行拉伸操作。以第一步旋轉(zhuǎn)軸為參照，繪制出 直徑為 20 的圓，設(shè)置拉伸深度為 16，去除材料，完成。大圓的建模就完成了。 對(duì)前邊小圓的建模: 1.以圖 3.2.6 所示的草繪尺寸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，得到一個(gè)圓形驅(qū)動(dòng)輪。 圖 3.2.6 圖 3.2.7 2.距離中心圓心進(jìn)行拉伸操作，圓心距為 16，圓的直徑為 17，拉伸穿透， 去除材料，完成，退出拉伸操作。 3.對(duì)步驟 2 的操作進(jìn)行陣列，以步驟一的旋轉(zhuǎn)軸為陣列軸，設(shè)置陣列個(gè)數(shù) 為 4。 4.以下底面為拉伸平面，以步驟一的旋轉(zhuǎn)軸為圓心，繪制一個(gè)直徑 20 的圓， 設(shè)置拉伸深度為 16，去除材料，完成。前邊小圓的建模就完成了。 對(duì)上面連個(gè)小圓的建模，上面的兩個(gè)小圓都是一樣的，所以只要建一次模 就可以了，上面小圓的建模過程與前邊小圓的建模過程基本一致，不同的是上 邊的小驅(qū)動(dòng)輪直徑為 30，內(nèi)部拉伸去除的直徑為 18，這里就不再贅述。 到此，驅(qū)動(dòng)履帶部分就完成建模了，圖 3.2.7 是驅(qū)動(dòng)履帶的裝配圖。 - 15 - 第四章 機(jī)器人瓦力的裝配 4.1 機(jī)器人瓦力的手部裝配 1.點(diǎn)擊新建-組件，進(jìn)入裝配界面，點(diǎn)擊右下角的裝配命令，選擇瓦力的軀 干，單擊鼠標(biāo)中鍵，導(dǎo)入瓦力軀干到 proe 裝配界面，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，確定，完 成定義。 2.點(diǎn)擊裝配，導(dǎo)入手臂的裝配體 1108-6.asm，點(diǎn)擊放置，選中如圖 4.1.1 所示的兩個(gè)平面，約束類型為配對(duì)，偏移選擇重合。 點(diǎn)擊新建約束，選擇如圖 4.1.2 所示的兩個(gè)平面，約束類型選擇配對(duì)，偏 移選擇重合。 點(diǎn)擊新建約束，選擇如圖 4.1.3 所示的兩個(gè)平面，約束類型選擇配對(duì)，偏 移選擇重合。 此時(shí)，約束狀態(tài)會(huì)顯示完全約束，機(jī)器人瓦力右手的裝配就完成了。 圖 4.1.1 圖 4.1.2 圖 4.1.3 圖 4.2.1 圖中顯示的是右手的裝配，左手的裝配和右手的基本相同，只是將相應(yīng)的 約束平面進(jìn)行倒轉(zhuǎn)，使右手和左手相對(duì)，也可以選擇鏡像操作，將右手的裝配 體進(jìn)行鏡像裝配。 - 16 - 4.2 機(jī)器人瓦力的頭部裝配 打開 4.1 中的裝配體，然后點(diǎn)擊裝配，導(dǎo)入瓦力頭部裝配體，約束平面如 圖 4.2.1、4.2.2、4.2.3 所示的三個(gè)平面，第二個(gè)平面匹配時(shí)要注意使用偏移 命令，設(shè)定偏移距離為 62，約束完成后，狀態(tài)欄會(huì)顯示完全約束。 圖 4.2.2 圖 4.2.3 此時(shí)瓦力的頭部裝配就完成了。 4.3 瓦力機(jī)器人的履帶裝配 1.打開 pro/E 新建組件，點(diǎn)擊裝配，選擇 1107-8.prt 點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確定， 界面跳轉(zhuǎn)，回到裝配窗口，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確定。完成瓦力履帶主體的定義 2.點(diǎn)擊裝配命令，點(diǎn)擊選中履帶零件 1108-1.prt 點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確定，界面 跳轉(zhuǎn)到裝配窗口，點(diǎn)中在小窗口顯示元件，將另一個(gè)窗口關(guān)閉，此時(shí)界面中只 有小窗口有顯示履帶零件，而主窗口里沒有顯示。選中如圖 4.3.1 所示的兩個(gè) 紅色基準(zhǔn)面 1108-1：front.f3 和 1107-8：front.f3 進(jìn)行約束，約束類型為對(duì) 齊，然后設(shè)置偏移距離為 5，使履帶在 1107-8 的 front 基準(zhǔn)面下。新建約束， 選中如圖 4.3.2 所示的兩個(gè)紅色基準(zhǔn)面 1108-1right 和 1107-8top 平面，設(shè)置 約束類型為配對(duì)，偏移為重合。 圖 4.3.1 圖 4.3.2 - 17 - 新建約束，選中如圖 4.3.2 所示的兩個(gè)紅色基準(zhǔn)面 1108-1right 和 1107- 8top 平面，設(shè)置約束類型為配對(duì)，偏移為重合。新建約束。選中如圖 4.2.3 所 示的兩個(gè)紅色基準(zhǔn)面 1108-1top 和 1107-8right 平面，設(shè)置約束類型為對(duì)齊， 偏移量設(shè)為 90，此時(shí)狀態(tài)欄會(huì)顯示約束為完全約束。履帶的裝配就完成了。 3.點(diǎn)擊裝配，選中文件夾中的 1107-9.prt 打開后驅(qū)動(dòng)輪，選中驅(qū)動(dòng)輪中的 1107-9:A-20 與 1107-8：A-6 兩個(gè)軸，進(jìn)行對(duì)齊約束，然后點(diǎn)擊 1107-8 的曲面 F18 和 1107-9 的曲面 F36 進(jìn)行配對(duì)約束，此時(shí)狀態(tài)欄顯示完全約束，后驅(qū)動(dòng)輪 裝配完成。 4.點(diǎn)擊裝配，選中文件夾中的 1107-11.prt 打開前驅(qū)動(dòng)輪，選中驅(qū)動(dòng)輪中 的 1107-11:A-6 與 1107-8：A-7 兩個(gè)軸，進(jìn)行對(duì)齊約束，然后點(diǎn)擊 1107-8 的曲 面 F18 和 1107-11 的曲面 F13 進(jìn)行配對(duì)約束，此時(shí)狀態(tài)欄顯示完全約束，前驅(qū) 動(dòng)輪裝配完成。 5.裝配上面的從動(dòng)輪 1107-10.prt，點(diǎn)選 1107-10 的軸 A-1 和 1107-8 的軸 A-16 對(duì)齊約束，然后點(diǎn)擊 1107-10 的曲面 F12 和 1107-8 的曲面 F27,進(jìn)行配對(duì) 約束。狀態(tài)為完全約束，從動(dòng)輪裝配完成，中間的定位輪和從動(dòng)輪的裝配基本 一致，這里就不特別說明。 履帶的裝配完成后的裝配體如圖 3.2.7 所示。 圖 4.3.2 圖 4.3.3 下面是將履帶安到總裝配體上： 1.打開總裝配體 1108-1.asm，點(diǎn)擊裝配，打開履帶裝配體 1108-4.asm，鼠 標(biāo)選中 1107-8：right 基準(zhǔn)面和 1022-1：right 基準(zhǔn)面進(jìn)行對(duì)齊約束。 2.點(diǎn)選 1107-8：F22 曲面和 1022-1：F5 進(jìn)行配對(duì)約束，設(shè)定偏移值為 30。 3.選中 1107-8：F21 曲面和 1022-1：F75 進(jìn)行配對(duì)約束，偏移設(shè)置為重合， 此時(shí)瓦力機(jī)器人的履帶就裝配完成了。另一邊的轉(zhuǎn)配步驟與先前介紹的裝配步 驟基本一致，這里不再重復(fù)。 裝配好瓦力頭部，再將兩邊的手臂和履帶裝配完成之后，瓦力機(jī)器人主體 - 18 - 就完全裝配好了，圖 4.3.3 是瓦力的總裝配圖。 第五章 機(jī)器人瓦力的運(yùn)動(dòng)仿真 5.1 定義帶傳動(dòng) 首先打開瓦力的總裝配體模型，點(diǎn)擊菜單欄上的應(yīng)用程序命令，選中機(jī)構(gòu)， 進(jìn)入機(jī)構(gòu)界面。選中如圖 5.1.1 中的 1108-1.prt 右擊選擇隱藏，然后點(diǎn)擊右邊 工具欄中的傳送帶命令，按住 ctrl 不放，鼠標(biāo)點(diǎn)選 1107-9、1107-10、1107- 11*2 四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，完成傳送帶定義。 另外一邊的帶傳動(dòng)定義步驟一樣，然后點(diǎn)選中 1108-1.prt 右擊取消隱藏。 帶傳動(dòng)定義完成了。 圖 5.1.1 圖 5.2.1 5.2 定義伺服電機(jī) 由于采用帶傳動(dòng)定義伺服電機(jī)，所以只要在左右兩邊的履帶各定義一個(gè)伺 服電機(jī)就可以了，鼠標(biāo)點(diǎn)擊右邊工具欄的伺服電機(jī)命令，彈出如圖 5.2.1 所示 的窗口，點(diǎn)選后邊的大驅(qū)動(dòng)輪，點(diǎn)擊輪廓，范圍選擇速度，初始角不變，模設(shè) 為常數(shù)，在 A 旁填寫 90，點(diǎn)擊右下角的確定退出，另一邊的伺服電機(jī)定義與此 相同，速度都為 90。 另一邊的伺服電機(jī)定義完成后伺服電機(jī)的定義部分就完成了 運(yùn)動(dòng)仿真的效果圖如圖 5.2.2 所示 - 19 - 圖 5.2.2 至此，本次課程設(shè)計(jì)全部完成。 - 20 - 總結(jié) 為期一周的課程設(shè)計(jì)很快過去了，在加班加點(diǎn)的趕設(shè)計(jì)過程中，漸漸明白 了作為一名設(shè)計(jì)師的辛苦，對(duì)于機(jī)械行業(yè)，也就是我們即將步入的領(lǐng)域，這次 的課程設(shè)計(jì)給我們帶來的啟發(fā)是非常巨大的。 之前也做過課程設(shè)計(jì)，但是都是有老師和前面一些師兄的指導(dǎo)和幫助，所 以都比較順利，然而這次的課程設(shè)計(jì)完全是自己動(dòng)手，大家都是各忙各的，自 己上網(wǎng)查資料，文獻(xiàn)，自己上圖書館借書，畫圖，機(jī)器人的尺寸也是自己定的， 由于很多資料都是需要一定費(fèi)用和代價(jià)才可以得到的，所以我在設(shè)計(jì)的過程中 準(zhǔn)備不是那么充分，因此這次三維建模畫出來的瓦力模型與原型有一些出入， 而且，課程設(shè)計(jì)的時(shí)間也不夠完全的完善我的設(shè)計(jì)，所以像頭部和機(jī)械手部分 的仿真沒時(shí)間完成。雖然比較匆忙，但是基本上還是完成了任務(wù)。 這次的課程設(shè)計(jì)我覺得除了對(duì)于機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)的合理性之外，還有一點(diǎn) 很重要的就是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理性，因?yàn)槎嗉右粋€(gè)關(guān)節(jié)，一個(gè)軸，所具有的自由 度將大大不同，而 Pro/E 在運(yùn)動(dòng)仿真的過程中不會(huì)跟你說明這樣是不合理的， 或者會(huì)接觸到實(shí)體無法運(yùn)動(dòng)，而在設(shè)計(jì)產(chǎn)品完成之后，產(chǎn)品被設(shè)計(jì)制造出來， 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中往往是出現(xiàn)很多虛擬樣機(jī)無法模擬的結(jié)構(gòu)和問題。所以，我 在建模的過程中盡量合理化分配尺寸，平均裝配公差將影響降到最低。 對(duì)于瓦力的建模之前已經(jīng)有人做過，而且有相應(yīng)的實(shí)體模型在淘寶賣了， 但總覺的與原型相差太大，所以選擇了重新建模，我并沒有按照實(shí)體模型建模 而是重新看了一下瓦力原型的資料，給予其足夠的自由度和靈活性，像手部和 頭部，而足部履帶驅(qū)動(dòng)部分出于時(shí)間因素，較為簡化。還有一點(diǎn)就是無法使履 帶傳動(dòng)，要是使履帶傳動(dòng)的話，我課程設(shè)計(jì)的就把履帶給交了，沒時(shí)間畫身體 其他部分了。 - 21 - 致謝 首先我覺得該感謝的是 xxx 老師，因?yàn)槭撬痰奈覀儥C(jī)器人，而我也曾 經(jīng)喜歡過一些能通過機(jī)械傳動(dòng)行走運(yùn)行的一些機(jī)器人和機(jī)械手，這也是我選擇 機(jī)械這個(gè)專業(yè)的原因。另外我想感謝的是我之前看過的一些先進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè) 計(jì)者，那些設(shè)計(jì)給予了我很多啟發(fā)，像一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶傳動(dòng)，絲桿傳動(dòng)，四 桿機(jī)構(gòu)，機(jī)械連桿傳動(dòng)可以有非常多種的組合，而那些組合形成了各種不同的 設(shè)計(jì)和滿足了各種運(yùn)行軌道要求，我覺得這是對(duì)我很有幫助的一面。第三個(gè)我 想感謝的是學(xué)校的圖書館，這里有很多的書，各種各樣的書，我們是學(xué)設(shè)計(jì)的， 我覺的設(shè)計(jì)需要的不僅僅是扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，還需要各種創(chuàng)新思想的碰撞，滿 足各式各樣的需求，這樣我們才能設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品。 - 22 - 參考文獻(xiàn) 1 艾興 肖詩綱著.切削用量簡明手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.10,150 2 陳宏均著.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996.12，167258 3 張衛(wèi)衛(wèi)，李建生。數(shù)控仿真技術(shù)分析及發(fā)展趨勢(shì)。心聲，2010:85-87. 4 王先奎。機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 5 張鐵,謝存禧 機(jī)器人學(xué)M 華南理工大學(xué)出版社 2005.1 6 李團(tuán)結(jié) 機(jī)器人技術(shù)M 電子工業(yè)出版社 2009.10 7 張明鵬,張昆,徐家球 機(jī)器人工程基礎(chǔ)M 機(jī)械工業(yè)出版 1989.3 8 付京遜,RC.岡薩雷斯,C.S.G.李 機(jī)器人學(xué)M 中國科學(xué)技術(shù)出版 社 1989.10 9 蔡自興 機(jī)器人學(xué)M 清華大學(xué)出版社 2009.6 10 任嘉卉,劉念萌 形形色色的機(jī)器人M 科學(xué)出版社 2005.10