多运动方式机器人论文 final

1、多运动方式机器人设计学生姓名： 指导教师： 摘 要 近年来，随着计算机技术的飞速发展，机器人的研究及应用得到迅速发展，因其在教育，医疗，军事，工业等领域的巨大应用，因此得到许多国内外科学家的关注。本文主要是对机器人的工作参数进行本体结构设计，主要包括机器人的传动方式、主体的结构设计、材料的选择、机器人的驱动方式、足部的传动机构。并应用Pro/E软件进行三维实体结构设计和装配。而且还对机器人进行运动学分析，主要结合了串联和并联两种运动模型及其运动学方程进行具体的分析计算。本课题主要的应用领域是作为特种机器人平台，由于具有灵活的运动方式和较高的运动速度，所以附加一定的功能装置后可以涉足人类不宜的场

2、所完成一些危险任务，比如扫雷、探险、排除核污染威胁等。关键词:机器人 Pro/E软件 运动学模型Multi-sport modeRobot DesignAuthors Name:duanyoucheng Tutor: wangzhihui ABSTRACT： In recent years, with the rapid development of computer technology, research and application of robots developed rapidly, because of the huge applications in education, h

3、ealth care, military, industry and other fields, and therefore get a lot of domestic and foreign scientists.This article is the work of the robot's body structure parameters of the design, including the transmission mode of the robot, the body structure design, material selection, drive the robo

4、t foot drive mechanism.And apply the Pro / E software for three-dimensional solid design and assembly. But also on the robot kinematics analysis, mainly a combination of series and parallel kinematics two sports model and specific analysis calculations.The main subject areas of application as a spec

5、ial robot platform, due to the flexible mode of motion and high velocity, so the additional functions of the device must not be involved in human dangerous place to complete some tasks, such as de-mining, exploration, nuclear exclusion pollution threats.KEYWORDS：Robot Pro / E software Kinematic mode

6、l 目 录 1 绪论1 1.1 课题研究的目的和意义1 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析2 1.3 本文的主要研究内容5 1.4 本章小结52 机器人本体结构设计6 2.1 多运动方式机器人的工作原理6 2.2 工作要求及技术参数6 2.2.1 技术要求7 2.2.2 技术参数7 2.3 主体结构设计7 2.3.1 传动方式8 2.3.2 主体结构组成10 2.3.3 材料的选择10 2.3.4 驱动方式11 2.3.5 传动机构（足部）13 2.4 本章小结183 三维结构设计19 3.1 Pro/E简介19 3.2 三维实体装配23 3.2.1 三维实体装配的基本过程23 3.2.2

7、 机器人的三维实体装配24 3.3 本章小结314 运动方程32 4.1 多运动方式机器人运动学分析32 4.1.1 运动学模型32 4.1.2 并联运动模型和运动方程32 4.1.3 串联运动学模型及其方程33 4.2 本章小结37结论38参考文献39致谢.40 1 绪论1.1 题研究的目的和意义随着计算机技术、传感器技术的发展，国际上移动服务机器人的研究与开发速度明显加快，同时人们也深刻地体会到移动机器人的优越性。如在核工业、化工行业代替工人进行检测、检查等；在办公室、医院、宾馆、家庭等从事服务；对建筑、大型船体、罐体进行清洗；在有毒环境下进行自动焊接作业；用于未知星球表面的探测等等。因此

8、发达国家对移动机器人的研究非常重视，其研究、开发、生产、销售等所带动的行业已初步形成朝阳产业的雏形和态势。同时，移动机器人技术的研究涉及到先进机构（如仿生机构、机器人机构重构等）、机械学、机械力学、人工智能控制、先进控制算法及理论、多传感器融合技术、拓扑学理论与计算机图形学、计算机视觉等多交叉学科，对于移动机器人的研究必将促进各相关学科的发展。国际上现有的移动机器人一般都是足式或者轮式机器人。足式机器人有很好的运动灵活性，避障能力很强，但是现有的机构水平导致运动速度普遍较低；轮式机器人有较高的运动速度，但是避障能力和非结构环境下移动性能不够1.蔡自兴.智能机器人研究的进展.智能机器人.1993

9、:162.张铁，谢存禧主编.机器人学，第一版，华南理工大学出版社，2001，9、45-473.宗光华等编著.机器人的创意设计与实践，第一版，北京航空航天大学出版社， 2004，25-35、138-150 4.卜炎主编.中国机械设计大典机械零部件设计，第一版，江西科技出版社，20025.费仁元，张慧慧主编.机器人机械设计和分析，第一版，北京工业大学出版社， 19986.宗光华主编.机器人的创意设计与实践，第一版，北京航空航天大学出版社， 20047.蔡自兴主编.机器人学，清华大学出版社，2000致谢本次毕业设计是在王智慧老师的关怀和悉心指导下完成的。从选题到说明书的撰写王老师都给予了我许多帮助。

10、在整个毕业设计过程中，王老师严谨的工作作风、刻苦钻研的学术精神和诲人不倦的教师风范给我留下了深刻的印象。她不但在设计中给予我细心指导，而且不断鼓励我在学习中的探索创新精神。在设计过程中，她严格要求我们，但对我的提问总是不厌其烦地讲解，并为我提供了丰富的资料，以助于我的理解运用。在王老师的帮助和指导下，我现已熟练掌握了Pro/E、AutoCAD等软件，并对机器人学有了一定的了解。在此我向王老师表示诚挚的谢意。此次设计中也得到了许多同学的帮助，在此也一并向他们表示深深的感谢。而将开展的课题多运动方式四足智能移动机器人的研究能很好结合轮式机器人和足式机器人的优点，达到良好的运动灵活性和较高的移动速度

11、，提供良好的应用平台。另外，我国目前在多足移动机器人领域的研究基本处于空白，而且研究工作没有很好的连续性，因此，该课题的研究成功必将提升我国在该领域的国际竞争能力。本课题主要的也是最直接的应用领域是作为特种机器人平台，由于具有灵活的运动方式和较高的运动速度，所以附加一定的功能装置后可以涉足人类不宜的场所完成一些危险任务，比如扫雷、探险、排除核污染威胁等。此外，由于具有较强的环境识别能力和适应能力，本课题还有一个潜在的重要应用场所就是作为航天探测机器人。 1.2国内外在该方向的研究现状及分析移动机器人由于其灵活性、快速性，因此发达国家对移动机器人的研究非常重视。国内外就移动机器人的控制算法、步态

12、规划都有深入地研究。下面就本课题研究的方向，追溯一下国内外的研究历史、研究现状和发展趋势并加以分析。因为机器人的仿生性，注定了步态的研究开始于对动物的步态研究。步态规划的研究最早来自于1872年，美国的动物学家E.核帕瑞基（Huybridge）就使用拍摄动物连续行走时各腿运动的连续照片来研究动物的行走过程。1965年，M.汉丁勃瑞得（Hildobrand）用较先进的照相机拍摄了四足动物慢走、小跑、奔跑等不同运动情况下各腿运动的连续照片来研究四足动物的慢走、小跑、奔跑的过程。1961年至1966年南斯拉夫的R.特母维克（Tomovic）将有限状态理论应用到腿的行走运动过程中，认为一条腿在某一时刻

13、可处于支撑状态和悬空状态的其中一种步态。1968年R.B.麦吉（Meghee）系统的研究了以往的成果，用步态矩阵的方法来研究步态。同年，他又和A.A.弗兰克（Frank）一起用步态公式和步态矩阵方法研究了四足直线行走爬行步态的稳定性，并指出四足动物和四足机器人的众多步态中有一种稳定性最好的步态就是对称步态，并给出了这种步态的稳定裕度的数学表达式。1972年R.A.麦吉和A.K.骄恩（Jain）定义了另一种数学描述，他们用事件序列来描述步态，研究论文规则步态矩阵的一些性质，给出了步态可实现条件。1984年中国科学院长春光机所的史智敏、于东英研究了六足机器人在不平地面上行走的运动学问题并给出行走步

14、态。1984年日本的学者Hirose研究了四足机器人的对称规则步态和在很小可支撑点地面上行走的非规则步态，给出了步态设计的三原则。1985年我国台湾的李祖添（Tus-Tian Lee）和沈庆龙（Ching-Long Shin）进一步对四足直线地行走的对称规则步态进行了探讨，给出各步态量之间的数学关系式和稳定裕度的计算公式。 1995年西班牙P.Gonzalez De Santos and M.A.Jimwnezzai规划了四足步行机器人的对称规则步态。1989年北京航空航天大学的孙汉旭在前人的基础上进行了全方位水平行走和弯道行走的探讨。2001年集美大学徐轶群对四足机器人的步态和稳定性的关系进

15、行了分析。随着研究的深入和对速度及灵活性的要求，动态稳定逐渐成为研究的主要对象。研究动态稳定的方法以前主要是利用记录人类行走的数据来进行步态轨迹合成和加平衡块法，利用记录人类行走的数据的方法是由日本在研究初期提出的。加平衡块法是以通过调节平衡块在两个水平方向上的移动, 进而控制机器人所受两个水平方向惯性力的大小和方向得到期望的轨迹；再由轨迹规划位姿。有时为了提高行走速度，非稳定步态也常见于文献。下图1-1是上海交通大学的JTUWM-型机器人的行走过程。起始时对角线上两摆动腿1, 3 抬起向前摆动, 另两条腿2, 4 支撑机体确保机器人原有重心位置在其支撑腿的对角线上（a）, 摆动腿1，3向前跨

16、步造成重心前移（b）, 此时机器人有摔倒趋势. 支撑腿2, 4 一面支撑机体, 一面驱动相应的髋关节和膝关节, 使机体向前平移L/2 步长。此时机体重心已偏离对角线2, 4 中点, 将至摆动腿1, 3 的中点（c）。图1-1 JTUWM-型机器人的行走抬起腿着地腿重心九十年代以后国内外对步态的研究主要是基于ZMP的规划方法。1988年伍科布拉托维奇（M.Vukobratovic）给出了零力矩点ZMP的定义并给出零力矩点方程，从此开创了动态稳定研究的新局面。图1-2是日本东京大学研制TITAN-VIII机器人，此机器人运动方式为疾走。它对角线的双脚同时离地，以达到其快速性。在线规划出其ZMP轨迹

17、，使其在支撑区内，然后再规划出位姿和各腿的轨迹。图1-2 基于ZMP步态规划的TITAN-VIII机器人 1.3本文的主要研究内容1对机器人进行本体结构设计 本体结构的设计包括对其本体结构、传动方式、驱动方式进行了设计分析，详细论述了电机和传动齿轮的设计计算。2三维结构设计通过对实体的分析和理解，利用Pro/E三维实体造型的方法，让它更具有真实性，更容易理解它的结构特点。内容主要是三维装配过程。3运动分析 运动分析包括建立运动学模型、并联运动模型和运动方程和串联运动学模型及其方程。1.4本章小结 本章主要介绍了国内外机器人技术的发展和研究，具体说明了机器人的作用以及各种运动方式。通过资料多方面

18、的引入本文的研究背景，就本课题研究的方向，追溯一下国内外的研究历史、研究现状和发展趋势并加以分析。39 2机器人本体结构设计2.1多运动方式机器人的工作原理多运动方式机器人是有躯干和四条腿及其控制系统组成。每条腿又由小腿、大腿、髋关节三部分组成。髋关节和躯体间有一转动副约束，它能使腿能绕躯体前后转动，大腿和髋关节之间、小腿和大腿之间各有一转动副，使得腿能够抬起和放下，所以四个腿共有十二个转动副。另外两前腿足端装有轮子以便能够在平坦路面上滚动。本机器人可以在足式移动方式和轮式移动方式之间进行切换，来实现机器人的多种运动方式。这样就可以代替人类来运输、搬运一些重的物品。其工作原理见图2-1。图2-

19、1 多运动方式机器人的运动原理2.2 工作要求及技术参数2.2.1 技术要求1.机器人的重量有严格的要求，单个重量<110Kg，而负载很大，在国内外同类型的多运动方式机器人在该负载下重量一般在250kg以上。2.危险环境下（如在煤窑运输，探险，星球考擦等），恶劣条件(如山路)下。2.2.2 技术参数自由度数：每条腿有3个，共有12个。坐标形式：垂直关节型额定负荷：15kg本体体重：<110Kg2.3 主体结构设计多运动方式机器人主体结构设计的主要问题是选择连杆和运动副组成的坐标形式。最广泛使用的机器人坐标形式有：直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式（包括平面坐标式）。（1

20、）坐标型 三个关节运动方向互相垂直，其控制方案和数控机床相似。这一结构各轴线位移分辨率在操作空间内任意点上均为恒定，但是操作灵活性较差。（2）圆柱坐标型 在水平转台上装有立柱，水平臂可沿立柱做上下运动并可在水平方向伸缩。这种结果优点是动作过程中负荷变动少，容易控制，缺点是动作区域狭窄。（3）球坐标型 和圆柱坐标结构相比，这种结构更为灵活，占地面积小，工作空间大，但是移动关节不易防护。（4）关节型 这类机器人由两个肩关节和一个轴关节进行定位，由两个或三个腕关节定向。其中一个肩关节绕铅直轴旋转，另一个肩关节实现俯仰，这两个肩关节轴线正交。肘关节平行于第二个肩关节轴线。这种结构动作灵活，工作空间大，

21、在作业空间内手臂的干涉最小，结构紧凑，占地面积小，手爪可获得较高的线速度。目前中小型机器人多采用这种结构。此多运动方式机器人要求具有结构简单，动作灵活，工作空间大等特点，所以选择关节型坐标。2.3.1 传动方式传动方式是指驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱动方式。基本的连接形式和驱动方式有如下几种：（1）直接连接传动。驱动源或带有机械传动装置直接与关节相连。（2）远距离连接传动。驱动源通过远距离机械传动后与关节相连。（3）间接驱动。驱动源经一个速比远大于1的机械传动装置与关节相连。（4）直接传动。驱动源不经过中间环节或经过一个速比等于1的机械传动这样的中间环节与关节相连。本设计根据机器人

22、的技术要求，选择了间接传动的传动方式和远距离机械传动方式，各运动部件传动方式如下图2-2所示。图2-2 多运动方式机器人传动方式间接驱动机器人是驱动电机和关节之间有一个速比远大于1的机械传动装置。使用机械传动装置的理由是：（1）多运动方式机器人与其他机械设备相比，关节转轴的速度不高，而驱动力矩要求比较大。一般电机满足不了要求，所以需要采用速比较大、传动效率较高的机械传动装置作为电机和关节之间传递力矩和速度的中间环节。 （2）直接驱动对载荷变化十分敏感。（3）采用机械传动装置后，可选用高速低转矩电机，对制动器设计和选用十分有利，制动器尺寸小。（4）可以通过机械传动装置解决可能出现的倾斜轴之间、平

23、行轴之间与以及转动-移动之间的运动转换。2.3.2 主体结构组成多运动方式机器人的主体组成如图2-3所示。图2-3 多运动方式机器人的主体组成2.3.3 材料的选择结构件材料选择是工业机器人机械系统设计中的重要问题之一。正确选材不仅可以降低成本价格，更重要的是可适应机器人的高速化、高载荷化及高精度化，满足其静力及动力特性要求。与一般机械设备相比，机器人结构的动力特性是十分重要的，这是选材的出发点。材料选择的基本要求是：（1）强度高 机器人的腿是直接受力的构件，高强度材料不仅能满足机器人腿的强度条件，还可望减少腿的截面尺寸，减轻重量。（2）弹性模量大 构件刚度与材料的弹性模量E，G有关，弹性模量

24、越大，变形量越少，刚度越大。不同材料的弹性模量差异较大，而同一种差别不大。（3）重量轻 在机器人手臂变形很大部分是自身重力产生的，与构件质量有关。也就是说为提高刚度选用弹性模量E较大而密度也大的材料是不合理的。因此，可用E/指标来衡量。（4）阻尼大 由于构件会产生惯性力和惯性力矩，因而会产生振动，为提高定位精度和传动平稳性，需要材料的阻尼大。（5）材料价格低 材料价格越低，机器人经济性越高。2.3.4 驱动方式驱动部分是机器人系统的重要组成部分，机器人的驱动方式可分为以下几类:气压驱动 使用压力通常在0.40.6Mpa，最高可达1Mpa。气压驱动主要优点是气源方便（一般工厂都由压缩空气站供应压

25、缩空气），驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低，可以在高温、粉尘等恶劣的环境中工作。气压驱动的缺点是功率质量比小，装置体积大，同时由于空气的可压缩性使得机器人在任意定位时，位姿精度不高。适用于易燃、易爆和灰尘大的场合。液压驱动 液压驱动系统用215Mpa的油液驱动机器人，体积较气压驱动小，功率质量比大，驱动平稳，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速。用电液伺服控制液体流量和运动方向时，可以使机器人的轨迹重复性提高。液压驱动的缺点是易漏油，这不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境。液压驱动多用于要求输出力较大，运动速度较低的场合。电气驱动 电气

26、驱动是利用各种电机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，减少了由电能变为压力能的中间环节，直接获得要求的机器人运动。由于电气驱动具有易于控制，运动精度高，响应快，使用方便，信号监测、传递和处理方便，成本低廉，驱动效率高，不污染环境等诸多优点，电气驱动已经成为最普遍、应用最多的驱动方式，90年代后生产的机器人大多数采用这种驱动方式。由于本论文所设计的多运动方式机器人驱动负载较大，要求结构简单、质量轻，所以选用了电气驱动方式。机器人的驱动装置为直流电机，它通过电机轴和传动机构配合，将电机的旋转运动传递到关节，减小了功率损耗。选用了电气驱动方式，使得整个系统具有结构紧凑，成本低廉，操作方便等

27、优点，适合于本机器人。1.选择电机类型电动机有直流电动机和交流电动机两类。常用的交流电动机由三相异步电动机（或感应电动机）和同步电动机。异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性，因此，它是工业中使用的最为广泛的一种电动机。直流电动机虽不及交流电动机结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠，但由于长期以来交流电动机的调速问题未能得到满意的解决，在此之前，直流电动机具有交流电动机不能比拟的良好的启动性能。到目前为止，虽然交流电动机的调速问题已经得到解决，但是在速度调节要求较高，正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械上，仍采用直流电动机拖动。在本设计中，

28、机器人末端的最大负载为10kg，作用点距第一轴等校距离400mm。下面结合各轴所受的外力力矩以及自身的等效惯量来大致估算出各个轴处电机所需要的扭矩和电机功率，以此来选择电机。由于机器人在完全伸展状态时，其绕自身轴的转动惯量最大，因此在计算中使用的转动惯量为该状态下的值。（1）二轴和三轴电机相同等效重量： 4.5Kg；等效惯量：0.3274 kg.m2；外力力矩 ：10Kg×400mm=40N.m；自身：4.5×20mm =0.9N.m；齿带传动： 减速比：2.5；传动效率：90%；加速度：1rad/s2；运动所需力矩：=40.9N.m/(50%×400)=0.20

29、45N.m； 确定电机型号：SGMAH A5A1A4E AC200V 16比特绝对值编码器，带油封，平直，带键，DC24V制动，输出功率0.05KW，额定输出转矩0.22N.m，瞬间最大输出转矩为：0.477N.m，转动惯量：2.2×kg.，重量0.4kg； 电机转速：3000rpm；额定输出转速：3000rpm/400=7.5rpm（45°/s）。（2）一轴和四轴电机相同等效重量14.5Kg 等效惯量：0.15kg. 外力力矩：当工具垂直于轴线时最大：10Kg×400mm=40N.m；蜗轮蜗杆传动：传动比150；传动效率80%90%； 加速度：1rad/s2；运

30、动所需力矩：= =0.2963N.m；确定电机型号：SGMAH 01AAA4E AC200V 16比特绝对值编码器，带油封，平直，带键，DC24V制动，输出功率0.1KW，额定输出转0.318 N.m瞬间最大输出转矩0.955 N.m,转动惯量：3.64×kg.，重量为0.5kg；电机转速：3000rpm；额定输出转速：3000rpm/120=25 rpm（150°/s）。2.3.5 传动机构（足部）足部驱动部分的输出轴为水平轴，机构部分的关节轴为水平轴，传递此运动可选择圆锥齿轮传动或者蜗轮蜗杆传动。考虑蜗轮蜗杆传动的效率过低，故本设计选择标准圆锥齿轮传动。圆锥齿轮的设计与

31、计算1.设计参数选取标准圆锥齿轮传动：传动比u=1：1，轴交角=90度，最大传递扭矩=300(N.m)，转速n=7.5rpm试取齿数=25齿数比u、锥距R、分度圆直径、平均分度圆直径、当量齿数的分度圆直径之间的关系分别为：u= （2-1） R= （2-2）=1-0.5 （2-3）(=，齿宽系数取=)平均分度圆直径： =d(1-0.5) （2-4）当量直齿圆柱齿轮的分度圆半径：= （2-5）当量齿数:= (:平均模数) （2-7）= （2-8）=(1-0.5) (:大端模数) （2-9）2.轮齿受力分析 （2-10） （2-11） （2-12） （2-13） （2-14）：法向载荷：切与分度圆锥

32、面的周向分力：垂直与分度圆锥母线的分力：的径向力：的轴向力式中与及与大小相等，方向相反。3.齿跟弯曲疲劳强度计算 （2-15）：载荷系数 ：使用系数，=1.00：动载荷系数，=1.00齿间载荷分配系数取1齿向载荷分布系数： （：轴承系数 取=1.25 ）即： K=1.875查表可得齿形系数及分别为2.544、1.613引入式： 将以上数据代入下式： mm （2-16）由式（2.13）得：1.87mm取 m = 2 mm4.齿面接触疲劳强度计算选取=的直齿圆锥齿轮， Mpa （2-17） MPa 由式（2.14）可得 mm （2-18）将各参数代如式（2.15）得： mm 取=60mm5.结论综

33、上所述，应选取模数m=2mm，齿数25，传动比1：1的标准直齿圆锥齿轮，其机构几何尺寸如下：表2-2 圆锥齿轮参数名称代号计算公式计算结果分度圆锥角齿顶高2mm齿根高m2.5mm全齿高4.5mm顶隙c0.5mm分度圆直径d60mm齿顶圆直径62. 83mm齿根圆直径56.46mm锥距R28.64mm齿顶角齿根角齿顶圆锥角齿根圆锥角分度圆齿厚s3.142mm当量齿数28.4齿宽b20mm2.4 本章小结本章根据多运动方式机器人的工作要求，对其本体结构、传动方式、驱动方式进行了设计分析，详细论述了电机和传动齿轮的设计计算。并对材料的选择进行了论述。 3 三维结构设计3.1 Pro/E简介Pro/E

34、是美国参数技术公司PTC推出的新一代CAD/CAM/CAE软件，它具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库等特点。自推出以来，由于其强大的功能，很快得到业内人士的普遍欢迎，并迅速成为当今世界最为流行的CAD软件之一。为进一步实现机械设计自动化，PTC公司于世纪末又成功推出了i-系列产品。在i-系列产品中，PTC引入了新的建模技术行为建模技术，此技术现已成为Pro/E的核心技术。另外，由于其的微机版本的推出和操作界面的完全视窗化，使初学者学习更为便利。目前Pro/E已成为易学易用的百万级CAD/CAM/CAE应用软件，并风靡欧美和日本等地区。在中国，自20世纪90年代以来，许多大型企业都开始选用

35、Pro/E，发展至今已形成相当规模的用户群。同时，国内许多大学也纷纷选用Pro/E作为其教学和研究开发的基础软件平台。参数化实体造型技术是Pro/E系统的核心技术，其主要特点如下。（1）基于特征：将某些具有代表性的实体几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造。（2）全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。（3）尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。（4）全数据相关：尺寸参数的修改导致其他相关模块的相关尺寸得

36、以全盘更新。采用参数化技术的好处在于它彻底改变了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸的形式而被有效控制。如打算修改零件形状时，只需编辑一下尺寸的数值即可实现形状的改变。尺寸驱动已经成为大改进造型系统的基本功能，无此功能的造型系统已不复存在。Pro/E与传统的仅提供绘图工具的CAD系统有着极大的不同，它提供了一个完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析和产品数据库管理，甚至包括产品生命周期的管理。图3-1是Pro/E功能简图。可以说Pro/E为业界专业人士提供了一个理想的设计环境，使机械产品的设计周期大为缩短，有力推动了企业的技术进步。Pro/E

37、是建立在单一数据库上的大型CAD/CAM/CAE软件，它不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的数据全部来自一个数据库，使得多个独立用户可以同时为同一个产品的造型而工作。换言之，在整个设计过程中任何一处发生参数改动，可以反应至整个设计过程的相关环节，此种功能成为全相关。举例来说，如果二维工程图有改变，零件的三维模型会相应改变，NC加工路径也会自动更新。单一数据库技术和全相关功能，为并行工程的实施提供了一个很好的软件平台。Pro/E版本更新较快，最新的Pro/E2001除界面环境有所变化外，其功能也随之增加。在特征绘制方面，Pro/E2001导入了所谓设计

38、意图管理器（Intent Manager）功能。在绘制草图时，系统将会自动加入约束条件并标注尺寸，用户也可自己定义几何约束条件，使几何关系满足自己的实际要求。同时新系统提供完整的自上而下的实际程序（Top-Down），让用户能够方便掌握由设计到制造的完整程序。另外更为重要的一点便是行为建模技术的引入。行为建模是这样一种技术：它在设计产品时，综合考虑产品所要求的功能行为、设计背景和几何图形。它采用知识捕捉和迭代求解的智能化方法，使工程师可以面对不断变化的要求，追求高度创新的、能满足行为和完善性要求的设计。行为建模技术的强大功能体现在3个方面：智能模型、目标驱动式设计工具和一个开放式可扩展的环境。

39、（1）智能模型 能捕捉设计和过程信息以及定义以一件名品所需要的各种工程规范。它是一些智能设计，提供了一组远远超过传统核心几何特征范围的自适应过程特征，这些特征有两个不同的类型：一个是应用特征，它封装了产品和过程信息；另一个是行为特征，它包括工程和功能规范。自适应过程特征提供了大量信息，进一步详细确定了设计意图，是产品模型的一个完整部分，它们使得智能模型具有高度灵活性，从而对环境的变化反应迅速。（2）目标驱动式设计 能优化每件产品设计，以满足使用自适应过程特征从智能模型中捕捉的多个目标和不断变化的市场需求。同时，它还能解决互相冲突的目标问题，而采用传统的方法不可能完成这一工作。由于规范是智能模型

40、特征中所固有的，所以模型一旦被修改，工程师就能快速和简单地重新生成和重新校验是否符合规范，所以工程师可以集中精力设计更高性能、更多功能的产品。在保证解决方案能满足基本设计目标的前提下，工程师能够自由发挥创造力和专业技能，改进设计。（3）开放式可扩展环境 开放式可扩展环境是行为建模技术的第三大支柱，它提供无缝工业设计工程，能保证产品不会丢失设计意图，并避免了繁琐。为了尽可能发挥行为建模方法的优势，在允许工程师充分利用企业现有外部系统、应用程序、信息和过程的地方，都要应用这项技术。这些外部资源对满足设计目标的过程很有帮助，并能返回结果，这样它们就能成为最终设计的一部分。一个开放式可扩展环境通过在整

41、个独特的工程中提供连贯性，从而增强设计的灵活性，并生成更可靠的设计。Pro/E有很多功能模块，且功能强大，下面将分别介绍它的几种功能模块。1.Pro/E的基本模块该模块包括下列的功能：（1）基于参数化的特征零件设计（2）基本装配功能钣金设计（3）工程图设计及二维图说明（4）自动生成相关图纸说明绘制（中文）（5）照片及效果图生成（6）焊接模型建立及文本生成（7）Web超文本链接及VRML/HTML格式输出（8）标准件库优点：功能强大的建模能力，开放、柔性独立，用户易于快速实施。2.运动仿真模块该模块包括下列功能：（1）Pro/M机构运动性能的仿真。（2）运动学及动力学分析（3）凸轮，滑槽，摩擦，

42、弹簧，冲击，分析与模拟。（4）干涉与冲突检查。（5）载荷与反作用力。（6）参数优化结果研究。（7）全相关H单元FEA结算器。优点：尽早对设计进行深入分析与改进，共设计人员与专业分析人员使用，减少实物样机成本，可不断升级企业解决方案。3.复杂产品的装配设计工具该模块包括下列功能：（1）将设计数据及任务传递给不同模块设计队伍强大工具。（2）大装配的操作即可视化能力。（3）装配流程。（4）定义及文本生成。优点：由上层管理装配设计，对大型、复杂装配设计进行快书检查及信息交流，捕捉并发布装配流程信息。此外，Pro/E还包括以下功能模块：工业外观造型强有力工具，复杂零件的曲面设计工具，机构强度仿真模块，疲

43、劳分析工具，塑料流动分析工具， 热分析工具，公差分析及优化工具，基本数控编程包，多轴数控编程包，通用数控后处理，数控钣金加工编程，NC仿真及优化，模具设计，二次开发工具包等。3.2 三维实体装配3.2.1 三维实体装配的基本过程1.选取新建命令在工具栏中单击新建文件图标 。2.选取文件类型、子类型、输入文件名、取消使用装配默认模版在弹出的文件“新增”对话框中，进行下列操作：（1）选择“类型”选项组下的；（2）选择“子类型”选项下的 ；（3）在“名字”问本框中输入文件名up20motorman.asm；（4）通过取消的“”号，来取消“使用默认模版” ； （5）单击“确定” 。3.选取装配模版在系

44、统弹出的“新文件选项”对话框的“模版”中选取“mmns_asm_design”模版。单击“确定” ，系统进入装配模式环境。3.2.2 机器人的三维实体装配1.机器腿的装配（1）引入第一个零件：齿轮在“菜单管理器”的“组件”中，单击“元件” ，再在“元件”菜单中选择“装配” 。这时系统弹出文件“打开”对话框，选取齿轮模型文件chilun .part，单击“打开”。（2）完全约束放置第一个零件完成上步操作后，系统弹出 “元件放置”对话框。单击图标 ，将其固定放置，此时“放置状态”选项组显示的信息为“完整约束”。然后单击“确定”。（3）取第二个零件：一轴按照图3-2所示装配一轴和齿轮：步骤如下（1）

45、定义插入约束。（2）定义匹配约束，最后单击“确定”完成轴的装配。图3-2 轴与齿轮的装配（4）取第三个零件：躯干和第一节组件连接板步骤如下1）定义插入约束。2）定义匹配约束，最后单击“确定”完成连接板的装配如图3-3所示。图3-3 连接板的装配（5）取第一腿节组件按照图3-4所示： 1）定义插入约束。2）定义匹配约束，最后单击“确定”完成轴与第一腿节组件的装配。图3-4 跨关节组件的装配（6）取第二腿组件按照图3-5所示完成装配。步骤如下1）定义插入约束。2）定义匹配约束，最后单击“确定”完成装配。图3-5 第二腿组件的装配（7）取蜗杆和电机组件按照图3-6所示完成蜗杆和电机组件与第二腿节的连

46、接，步骤如上。图3-6 蜗杆和电机的装配（8）取第三腿两隔板按照图3-7所示完成和第三轴的连接，步骤如上。图3-7 第三腿两隔板的装配（9）取电机组件按照图3-8所示完成于两隔板的连接，此连接有螺钉固定连接。图3-8 电机组件的装配（10）取驱动锥齿轮按照图3-9所示完成电机和锥齿轮的装配。图3-9 驱动锥齿轮的装配(11) 取足组件按照图3-10所示完成腿足的连接装配。图3-10 足组件的装配2.机器人整体装配（1）引入第一个零件躯干在“菜单管理器”的“组件”中，单击“元件” ，再在“元件”菜单中选择“装配” 。这时系统弹出文件“打开”对话框，选躯干取模型文件qugan .part，单击“打开”。（2）完全约束放置第一个零件完成上步操作后，系统弹出 “元件放置”对话框。单击图标 ，将其固定放置，此时“放置状态”选项组显示的信息为“完整约束”。然后单击“确定”。（3）取电机固定座按照图3-11所示装配固定座和躯干，孔对其匹配螺栓国定装配。图3-11 电机固定座的装配（4）取电机与齿轮按照图3-12所示装配电机和齿轮。 图3-12电机和齿轮的装配（5）取腿组件按照图3-13所示装配四条腿。图3