毕业设计（论文）-基于PROE的焊接机械手的设计

前言焊接机器手占据整个工业机器人总量的40%以上，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。采用焊接机器手可以稳定和提高焊接质量,保证其均一性，改善了工人的劳动条件，提高劳动生产率，产品周期明确，容易控制产品产量，可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。在焊接机械手的设计过程中引进基于PRO/ENGINEER的CAD/CAE技术可以大大缩短焊接机械手的研发周期、降低机械手的研发成本、提高机械手的可靠性。因此,利用PRO/E对焊接机械手进行设计、装配、仿真、分析,对于保证焊接机械手的质量,提高生产率,推动焊接机械手功能部件的发展,加快产品的更新换代具有重要意义。目前，我国的焊接机械手行业无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高[1]。要想在短时间内赶超外国的产品，形成有自主知识产权的焊接机械手产品就必须借助先进的工具，在实际生产中不断完善和提高。本设计将以PRO/E软件为平台，探讨焊接机械手的计算机辅助设计方法，并利用PRO/E软件的强大仿真功能对焊接机械手进行运动分析、装配、仿真，以保证焊接机械手结构的准确性与合理性。1.绪论1.1PRO/E的简介PRO/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。1)真实3D模型在PRO/E中，设计出的模型是真实的3D模型，弥补了传统面结构、线结构的不足。这些3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，用户还可随时计算出产品的体积、面积、重心重量、惯性大小等，以了解产品的真实性，并可以进一步的组建装配等的运算[2]。我们在产品设计过程中，可以随时掌握以上重点，设计物理参数，并减少许多人为的计算时间。2)以特征作为设计的单位PRO/E的特征方式是基于人性化设计的，初次使用PRO/E的人肯定会对特征感到亲切，PRO/E中正是以最自然的思维方式从事设计工作，如孔、开槽、做成圆角等均被视为零件设计的基本特征，除了充分掌握设计思想之外，还在设计过程中加入实际的制造思想，也正因为以此特征作为设计的单元，因此可以随时对特征做合理的变化。不违反几何原理的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作.3)单一数据库在PRO/E中可随时由3D实体模型产生2D工程图，而且自动标示工程图尺寸。不论在3D还是在2D图形上做尺寸修改，其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，这样可以确保数据的正确性，并避免反复修正所耗费的时间，由于采用单一数据库库，提供了所谓双相关联性的功能，这种功能也正符合了现代产业中同步工程的思想。4)参数式设计配合单一数据，所有设计过程中所使用的尺寸(参数)都在数据库中，修改CAD模型及工程图不再是一件难事，设计者只要更该3D零件的尺寸，则工程图、组合、模具等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化，以达到涉及修改工作的一致性，避免发生人为改图的疏露情形，且减少了许多人为改图的时间和精力消耗。也正因为有参数的设计，用户才可以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系，使得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸一个一个修改的繁琐过程，并减少错误的发生。Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。PRO/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然、更直观，无需采用复杂的几何设计方式[3]。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其它系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其它相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。PRO/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现。PRO/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能[4]。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。PRO/Engineer功能如下：1)特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）。2)参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）。3)通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。4)支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，PRO/E的各种能用零件设计的程序化方法等)。5）贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。PRO/E的研究意义PRO/E是三维实体建模与分析软件中性能非常出色的一款。应用PRO/E，可以实现机械零部件的实体建模、虚拟装配、运动仿真、强度分析等工作，具有直观、便捷等特点，是现代机械设计中非常重要的设计工具之一。在进行运动与强度分析工作中，应切实理解软件所适应的工作条件，否则将得到不正确的结果。在当前PRO/E研究基础上，还可在下列领域加强研究，以更好的让PRO/E为机械设计服务。(1)对主要装配体进行装配应力分析，选取零部件最合理的公差配合，提高装配质量和性能。

(2)通过虚拟装配，对装配后零件的变形、性能进行预测，便于反馈修改其设计提高装配性能。

(3)对主要部件或整机进行可装配性评价和性能分析，以简化产体结构，减少零部件个数，大幅降低产品的制造费用和装配费用，缩短产品的制造周期和装配周期，提高其装配和整机的性能。软件PRO/E的特点运用PRO/E，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品的质量和产品的系统级性能获得最优化和创新的设计产品。PRO/E不仅是计算机技术在工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。一方面与传统的仿真分析相比，传统的仿真一般是针对单个子系统的仿真，而PRO/E则是强调整体的优化，它通过虚拟整机与虚拟环境的耦合，对产品多种设计方案进行测试、评估，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。1.4PRO/E的优势分析PRO/E自美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation)于1988年推出以来，凭借着强大的功能，已成为最普及的3DCAD/CAM系统,广泛用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电等行业。PRO/E软件的功能很多，它集成了实体设计、曲面设计、工程图制作、零件装配、钣金设计等多个应用程序模块。因为它具有单一数据库,可随时由3D实体模型产生2D工程图，而且自动标示工程图尺寸，在3D或2D图形上做尺寸修改时，其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改。Pro/E的好处是强迫用户使用正确的方法建造模型。例如，草绘一个特征的外形，如果它没有合适的尺寸建造那个特征，Pro/E将不让用户完成特征[9]。因此，Pro/E几何学从未被定义尺寸或者过于定义尺寸不足。同时，装配、制造等相关设计也会自动修改。如此可确保数据的正确性，并避免反复修改的耗时性。这种功能也正符合了现代产业中所谓的同步工程观念。PRO/E基本模块简介如下：Sketch：草图模块,用它绘制特征剖面图；Part：零件模块，用于构件零件，其模型建立方式类似机械加工方式，而且具有参数化定义各尺寸的性质，一个Part文件中只能有一个零件；Assembly：装配模块，用于装配零部件，可以由点和线圈的赋值名、网络注释等。这对用户阅读和调试程序是非常有用的。程序贮存方式:程序的贮存是必要的，其方法有用磁带、软磁盘或EEPROM存贮程序卡等方式，应根据所选机型的技术条件选择。通信软件包：对于网络控制结构，或者需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用可编程控制器的主要依据，且通信软件包往往是和通信硬件一起使用[10]。在这里选择PTC公司的（以下简称“Pro/E”）作为虚拟设计的软件平台，选择该软件是因为：1）它具有强大的功能，能够满足本设计要求。2）它具有实体建模模块，可在此基础上进行零件的虚拟设计和建模。3）它具有完整的功能仿真分析系统，可以对设计加以仿真和运动分析。1.5机械手的一般发展前景模仿人手和手臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势[5]。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。1.6焊接机械手的背景国内国外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。焊接机器手占据整个工业机器人总量的40%以上，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响[5]。采用焊接机器手可以稳定和提高焊接质量,保证其均一性；改善了工人的劳动条件；提高劳动生产率；产品周期明确，容易控制产品产量；可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资.1.6.1选题的目的焊接机器人在焊接生产中可提高焊接质量和生产效率，保证了焊接过程的稳定性和产品的一致性，减小了劳动强度，满足了高度柔性化生产的要求。我国在20世纪70年代末开始研究焊接机器人，经过20多年的发展，在焊接机器人技术领域取得了长久的进步，对国民经济的发展起到了积极的推动作用。目前国内外对焊接机器人技术研究来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、多台焊接机器人及外围设备的协调控制技术、机器人专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术与机器人用焊接工艺方法5个方面而已[3]。目前，我国虽然具有自主知识产权的焊接机械手系列产品，但是由于我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，进口机器价格的大幅度降低，而且我国国产焊接机械手无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。要想提高在焊接机械手领域的地位，必须从焊接机械手的设计研究、发展、应用上着手。而能否在设计研究取得一定的成果，则是发展和应用的前提[3]。要想在设计研究上快速取得一定的成果，就必须应用先进的工具和设计理念。随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈，对焊接机械手的需求会越来越大，我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，要把握这一机遇，迎接挑战，为我国能跻身于机器人强国之列而努力奋斗。1.6.2选题的意义焊接机械手占据整个工业机器人总量的40%以上，与焊接这个特殊的行业有关，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。1）稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。2）改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。3）提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。5）可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产。2.焊接机械手的相关分析焊接机械手的的自由度自由度是指构件所具有的独立运动的数目(或者是确定构件位置所需要的独立参量数目)。一个不受任何约束的自由主体，在空间运动时，具有6个独立运动参数（自由度），即沿XYZ三个轴的独立移动和绕XYZ三个轴的独立转动，在平面运动时，则只具有3个独立运动参数（自由度），即沿XYZ三个轴的独立移动。主体受到约束后，某些独立运动参数不再存在，相对应的，这些自由度也就被消除。当6个自由度都被消除后，主体就被完全定位并且不可能再发生任何运动。如使用销钉连接后，主体沿XYZ三个轴的平移运动被限制，这三个平移自由度被消除，主体只能绕指定轴（如X轴）旋转，不能绕另两个轴（YZ轴）旋转，绕这两个轴旋转的自由度被消除，结果只留下一个旋转自由度。冗余约束指过多的约束。在空间里，要完全约束住一个主体，需要将三个独立移动和三个独立转动分别约束住，如果把一个主体的这六个自由度都约束住了，再另加一个约束去限制它沿X轴的平移，这个约束就是冗余约束[6]。合理的冗余约束可用来分摊主体各部份受到的力，使主体受力均匀或减少磨擦、补偿误差，延长设备使用寿命。冗余约束对主体的力状态产生影响，对主体的对运动没有影响。因运动分析只分析主体的运动状况，不分析主体的力状态，在运动分析时，可不考虑冗余约束的作用，而在涉及力状态的分析里，必须要适当的处理好冗余约束，以得到正确的分析结果。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。6自由度焊接机械手具有6个自由度，其中包括沿3个轴的移动自由度，和3个轴旋转自由度。6自由度焊接机器人的机械执行机构是一个复杂相互作用的多连杆结构。通过3个(腰、臂、肘)旋转运动来完成机器人的手臂运动，以达到实现空间焊缝轨迹所需的运动要求，用腕部的3个旋转运动来完成焊枪空间姿态的变化。各个旋转轴的驱动相对其他轴而言都是独立的，但相互之间又建立必要的联系。图2-1六自由度焊接机械手图2-2六自由度焊接机械手坐标系Figure2-16dofweldingrobotFigure2-2:6dofweldingrobotcoordinatesystem654123654123图2-3焊接机械手自由度标示Figure2-3weldingrobotfreedom1:腰绕着转基座旋转，一个旋转自由度２：摆臂可绕着转腰旋转，一个旋转自由度３：小臂绕着摆臂旋转，一个旋转自由度４：摆肘绕着小臂旋转，一个旋转自由度５：转腕绕着摆肘旋转，一个旋转自由度６：转动轴绕着转腕旋转，一个自由度本设计之所以选择6自由度焊接机械手，就是因为其具有占地面积小、动作范围大、空间移动速度快、灵活性和通用性高等优点。其主要部件包括：基座、转腰、摆臂、小臂、转肘、转腕、转动轴、曲柄、套筒、焊枪[4]。本设计是6自由度的机械手，可以实现一般的空中运动过程。通过这六个自由度实现升降、伸缩和旋转这几个主要动作。在图2-3中序号1、2等所标示的地方都各只有一个自由度。通过这几个关节的综合运动，可以实现一些我们经常用到的动作。焊接机械手目前的发展状况国外机器人领域发展最近几年与如下及个趋势[8]：（1）工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的万美元降至97年的万美元。（2）机械机构像模块化.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世。（3）工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展；便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化机构，大大提高了系统的可靠性，易操作性和可维修性。（4）机器人中的传感器作用日渐重要，除采用传统的位置，速度，加速度等传感器外，装配，焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器。（5）虚拟现实技术在机器人中做的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制.2.3研究基于PRO/E的焊接机械手的目的PRO/E的运动学分析模块“机构”可以进行机构的装配和运动学仿真，这样可以使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大减少机构的设计开发过程，缩短其开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量，在PRO/E中，运动仿真的结果不但可以以动画的形式表现出来，还可以以参数的形式输出，从而可以获知零件之间是否干涉，干涉的体积有多大等。根据仿真结果对所设的零件进行修改，直到不产生干涉为止。焊接机械手的自由度比较多，运动比较复杂，利用PRO/E中的仿真功能，创建伺服电动机，建立槽曲线，定义运动分析，使焊枪按照预定的轨迹运动，最后根据生成的焊枪头的速度时间曲线，如果速度波动较大，我们加以修改之后再生成新的波动较小的曲线，争取采取合理的措施，这些使我们在PRO/E基础上研究焊接机械手的其中一个目的。这就是研究基于PRO/E的机械手的优势，经济成本的大幅度减少和研究周期的缩短，使得在PRO/E基础上研究焊接机械手成为一种趋势。并且在以后的生产中，这门技术更会大大的投入。3.焊接机械手的建模逆向工程建模思想工业中的许多领域，都需要创建已存在物体的计算机几何模型，但往往又得不到现成的这类几何模型，因此，就需要由实际形体来生成计算机几何模型，这项工程就是逆向工程。逆向工程可以简单的定义为这么一个过程:在没有工程图纸的情况下，对实际物体进行测量，通过对测量信息的分析和处理来构造其CAD模型的过程，由实际物体反求出设计模型来。逆向工程与传统的正向设计的根本区别在于:正向设计是由抽象的较高层次概念或独立实现的设计过渡到设计的物理实现，从设计概念到CAD模型有一个明确的过程;而反向工程是基于一个可以获得的实物模型来构造出它的设计概念，并且可以通过对重构模型特征参数的调整和修改来达到对实物模型的逼近或修改的目的，以满足生产要求。从数字化的点的生成到CAD模型的创建是一个推理的过程[9]。逆向工程通常从测量一个己存在的实际物体开始，这样就能生成一个曲面或实体模型，以便能充分利用CAD/CAM技术的各种优点。一旦重构出自由曲面和建立CAD模型后，就可以进行一系列后续操作，如零件设计、有限元分析、模型修改、误差分析以及数控加工指令生成。本设计利用PRO/E建立三维模型，然后把建好的模型进行虚拟装配和运动仿真。最后对运动进行分析找出设计的缺陷和不足，结合实际对缺陷和不足进行修改和调试完善设计。典型零件的建模基准是建立模型的参考，在PRO/E中，基准虽不是实体或曲面的特征，但也是特征的一种，其主要用途为，在进行3D几何设计时作为参考或基准数据，如作为剖面绘制的参考面，3D模型的定位参考面，组合零件参考面等[10]，例如一个孔特征可以将一基准轴当成其中心线，此基准轴可作为孔半径标注的基准，也可以建立相对于孔基准轴的其他特征，当基准轴移动时，孔也移动，其他特征也随之移动。在下面介绍的零件建模里面我们可能会用到这些知识。下面介绍的是焊接机械手中的零件转腕的三维建模：1）打开文件下选取“新建”点击“零件”，建立名称为axis-bw的零件，如图3-1，再点击“确定”，在“新文件选项”里，选取mmns-prt-solid,，再点击“确定”。图3-1新建零件图3-2选择模板Figure3-1newpartsFigure3-2choicestemplate2)选取草绘平面，选取FRONT平面为草绘平面，如图3-3使用“拉伸”特征操作工具，建立如图3-4所示的立柱。图3-3选取草绘平面图3-4拉伸为圆柱Figure3-3drawplane.ChoosegrassFigure3-4stretchingforcylinder图3-5选取草绘界面画圆Figure3-5selectionroughcircleinterface图3-6成型Figure3-6molding3）定义立柱下表面为草绘平面，绘制直径为60的圆，如图选取拉伸特征工具，绘制立体，如图3-5，3-6。4）再选取“镜像”工具，以right平面为中心面，如图3-7，结果如图3—8.,图3-7镜像Figure3-7mirror图3-8选取草绘平面Figure3-8selectionroughsurface图3-9绘制拉伸的圆图3-10拉伸成型Figure3-9renderingtensilecircleFigure3-10strectchforming5)在新建的基面上绘制直径为75的圆，再选取“拉伸”工具。其他的操作步骤可以见如图3-11，3-12，3-13，3-14，3-15，3-16，此零件的建模已经完成了，在零件建模的这个过程中，用到了拉伸特征、镜像、倒角、和倒圆角、建立基准平面等工具，对于尺寸我们随时更改，按照我们的需要，我们知道PRO/E最大的优势就是可以随时更改尺寸，并且整体随之改变。最后通过视图管理器给零件给零件图上我们喜欢的颜色，以便与其他零件区分。其他几个零件的建模和这个零件所用的特征工具相差无几，都是比较常用的工具，在熟练的基础上绘制起来比较容易，因为篇幅限制，暂且只介绍这个零件.图3-11绘制拉伸的圆图3-12拉伸成型Figure3-11drawtensilecircleFigure3-12strectchforming图3-13绘制图3-14打孔Figure3-13renderingFigure3-14punch图3-15倒角Figure3-15chamfering图3-16上色Figure3-16coloring3.3焊接机械手的一些主要零件图本次设计的焊接机械手是由一个焊枪和一般的机械手组成的，它主要由基座、转腰、摆臂、小臂、转肘、转腕、转动轴、曲柄、套筒、焊枪等几个部分组成，下面介绍这些元件的零件图。图3-17小臂图3-18转腰Figure3-17forearmFigure3-18turnwaist图3-19转动轴图3-20摆臂Figure3-19axisFigure3-20swingarm图3-21转腕图3-22摆肘Figure3-21turnwristFigure3-22pendulumcubits图3-23基座图3-24套筒Figure3-23baseFigure3-24sleeve图3-25焊枪图3-26曲柄Figure3-25weldingtorchFigure3-26crank4.焊接机械手的装配装配的注意事项Mechanism是Pro/E的运动仿真模块，它可以生成复杂机械系统的运动仿真和模拟运动过程。为了成功地在Mechanism中定义正确的连接和伺服驱动。充分理解其连接类型至关重要。当向一个装配体添加一个元件时，可通过各种“连接”将元件装配到装配体中。连接的类型包括剐性、销钉、滑动等，连接到装配体中的元件与装配体中其他的元件间存在相对运动，运动的类型与选取的连接类型有关[11]。每一种连接类型都与一组独立的几何约束相关联，这些约束与传统的Pro/E放置约束(对齐、旺配等)意义相同；而每一种连接类的约束都与指定的自由度相关联。例如，一个销钉接头有1个旋转自由度和0个平移自由度，这意味着使用销钉连接的物件将以相对于它所依附的元件旋转，但不能在该元件上移动和移开。表4-l将说明几种常用的连接类表4-1各连接项自由度简介Tab.4-1itemslinkingthebrieffreedom连接的类型约束的自由度销钉元件可以绕轴旋转，具有1个旋转自由度，总自由度为1。圆柱比销钉约束少了一个平移约束，因此元件可绕轴旋转同时可沿轴向平移，具有1个旋转自由度和1个平移自由度，总自由度为2。滑动杆由一个轴对齐约束和一个旋转约束(实际上就是一个与轴平行的平移约束)组成。元件可滑轴平移，具有1个平移自由度，总自由度为1。轴承元件可沿轴线平移并任意方向旋转，具有1个平移自由度和3个旋转自由度，总自由度为4。平面元件可绕垂直于平面的轴旋转并在平行于平面的两个方向上平移，具有1个旋转自由度和2个平移自由度，总自由度为3。球元件上的一个点对齐到组件上的一个点，比轴承连接小了一个平移自由度，可以绕着对齐点任意旋转，具有3个入旋转自由度，总自由度为3。刚性如果将一个子组件与组件用刚性连接，子组件内各零件也将一起被“粘”住，其原有自由度不起作用。总自由度为0。4.2整个装配过程元件的装配过程实际上就是元件之间的约束限位和定位的过程，根据不同的设计要求和不同的元件选择合适的装配约束类型，从而可以将元件限位和定位。1)打开文件下“新建”，选取“组件”，勾选“使用缺省模块”,此时建立名称为asm001的图，如图4-1所示。2）点击界面右边“增加原件”的按钮，再选取工具栏里“打开”，增加零件BRACK。3)接下来的就是装配转腰、摆臂、小臂、摆肘、转腕、转动轴、曲柄、和套筒焊枪。在零件装配过程中，转腰、摆臂、小臂、摆肘、转腕、转动轴都是销钉连接，操作步骤相差无几，在此就不赘述了。在装配过程中一定要准确的选择轴线和平面，否则不能合适的装配。图4—1新建组件界面Figure4-1newcomponentinterface图4—2基座放置Figure4-2base图4—3转腰销钉连接Figure4-3turnpinconnections.Waist图4—4小臂销钉连接Figure4-4forearmpinconnections图4—5摆肘臂销钉连接Figure4-5pendulumelbowpinconnections图4—6转腕销钉连接Figure4-6turnwristpinconnections按照类似的方法我们可以装配转动轴、曲柄、套筒和焊枪，根据它们的运动，我们可以确定它的连接方式，选择合适的连接方式，如果连接方式选择不恰当，将直接影响装配之后机械手的运动，所以我们需要对于各个零件的运动状况加以熟悉，只有熟悉各个元件之间的运动才能选择合理的方式，在焊接机械手中，一共有六个自由度，最后才能作出合理的装配.图4—7套筒Figure4-7weldingtorchassembly完成了所有零件的建模之后，下面进入零件的装配阶段。在PRO/E的装配模块中，在放置零件或子装配体时，由于零件或子装配体之间存在运动关系，则设置它们的放置类型为“连接”，根据它们之间的运动关系定义约束类型为“销钉”。分析了零件与零件和零件与子装配体之间的约束关系之后，清楚零件或子装配体的装配顺序，完成焊机机械手的装配图，如图4-8所示。在装配界面左侧的“模型树”中可以清晰直观的看到组成装配图的各个零件及其零件的装配顺序，并且便于交流。对装配好的焊接机械手模型进行检查，看是否存在连接错误或连接方式不正确的情况。如果没有上述情况就可以对其进行机构的定义和进行运动仿真了。把装配的模型保存副本到一个文件里，如果所有零件已经在一个文件夹，那么直接保存所装配好的模型就可以了。从这里也可以直接更改元件的连接方式和删除。图4—8焊枪装配图图4-9焊接机械手总装配图Fig.4-10totalweldingrobotassemblyFigure4-9generalassembly4.3焊接机械手装配的爆炸图图4—10爆炸图Figure4-10explosion到此焊接机械手的装配工作已经完成，图4-10为装配图的爆炸图，可以更好的明白各个零件之间的连接关系，相互之间是怎么如何影响运动的，也可以借此检验装配是否正确，例如转腰是绕着基座旋转的，有一个自由度，是销钉连接。在焊接机械手的装配过程中，在装配转动轴、曲柄、套筒、焊枪的时候对于他们之间的连接关系认识错误，错误的认为曲柄和套筒、套筒和焊枪之间是刚性连接，在装配的时候选取的“连接”按钮，最后通过仔细阅读相关资料，这几个元件之间都是选取的是“放置”，对于相互之间不动的元件，我们应该选取“放置”而不是“连接“，机械手是六个自由度，对于机械手的六个自由度有了更加具体和详细的了解。5.焊接机械手的仿真5.1机械仿真的作用和理念机械仿真技术是从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决传统的设计与制造过程憋端的高新技术。在机械仿真内定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装配，从而获得机械系统的虚拟样机，在各种虚拟环境中真实的模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观察并试验各组成部件的相互运动情况。它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真实验不同的设计方案，对整个系统进行不断改进，直至获得最佳设计方案以后，再做出物理样机。在传统的设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设计。机械仿真技术突破了传统的设计与制造的限制，使得产品技术人员在各种虚拟环境中真是地模拟产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，进行对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到获得系统级的优化设计方案。同时机械仿真可以应用在整个设计过程的概念设计和方案论证中，当虚拟样机用来代替物理样机验证设计时，不但可以缩短开发周期，而且设计质量和效率得到了提高。所谓机械仿真是指通过模拟零件模型实际工作情况中的机械运动规律来验证所设计的零件实体的可行性，它具有强大的机械测试性能，能够模拟真实的工作环境来评估零件模型的结构特性、热学性能以及负荷分布情况和采用不同的材料对机械性能的影响等，并以此为依据对设计的零件模型进行优化来达到设计的要求。机械仿真技术包括机械设计和机械动态，在机械设计可以可定义某个机构，使其移动，并分析其运动。例如，可在零件间创建连接以建立具有所需自由度的组件，然后应用电动机生成所要研究的运动类型。同时机械仿真可用来进行凸轮、槽从动机构和齿轮扩展设计。当准备好要分析运动时，可观察并记录分析，或者测量诸如位置、速度、加速度或力等参量，然后用图形表示这些测量，或者创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。机械仿真可以按照以下4个步骤：创建零件模型：使用各种特征实体工具创建所需的零件模型。组装零件模型：使用装配命令组装零件模型。运动仿真设置：按照零件的设计要求组装零件模型，生成连接。仿真结果保存：对仿真的结果进行分析并保存预览结果。本设计就应用到了槽从动轮机构，当设置好合理的电动机时，进行运行分析，最后测量焊枪头的速度和位移曲线。在PRO/E中，我们可以通过对机构添加运动副，驱动器使其运动起来，以实现机构的运动仿真，而机构又是由构建组合而成的，其中每个构件都以一定的方式至少与另一个构件的相连接，这种连接既使两个构件直接接触，又使一个构件产生一定的相对运动。整个装配仿真过程如图：总体设计总体设计建立运动模型设置运动环境分析运动机构获取分析结果建立连接连接轴设置运动副伺服电机运动学动态静态力平衡重复组件重力执行电机弹簧阻尼力扭矩初始条件运动回放干涉检验运动包洛测量轨迹曲线图5-1运动仿真流程图Figure5-1motionsimulationflow了解了运动仿真的一般过程之后，进入PRO/E的机构运动学分析模块，根据零件之间的运动关系，设置连接轴和定义伺服电机、驱动模型运动，通过调试的运动定义捕获功能获取机构的运动过程的图像，生成一个格式为MPG的文件。首先在每个销钉连接的部位建立电动机,在相关部位建立合适的运动副关系,建立一个分析,具体如图：电动机建立界面（图5-2）、电动机建立结果（图5-4）、槽曲线定义（图5-5）、槽曲线建立（图5-6），建立运动学分析（图5-8），焊接机械手整体连接关系建立结果（图5-9）。通过对焊接机械构设置运动关系及建立运动分析，我对PRO/E有了更深一步的理解和更熟练的操作能力。5.2伺服电机的建立建立伺服电机，我们需要适合的速度，在我们这个机械手模型中，我总共建立了七个伺服电机，设置合理的速度和时间，使机械手按照预定的轨迹运动。图5-2伺服电动机1的建立图5-3伺服电动机5的建立Figure5-2servomotor1Figure5-3of5establishservomotor图5-4伺服电动机的建立图5-5槽从动连接建立界面Figure5-4servomotorFigure5-5slotconnectionfollowerinterface槽从动连接:这类连接条件提供元件沿着线条运动的自由度，类似于一个滑槽，它的操作方式是选取焊枪的末端点，再选取BRACKE-1为槽曲线，选取点BRACKE-1：PNT8为槽端点，再选取BRACKE-1：PNT2为槽终止点。在图5-7中红色曲线为槽曲线。在槽曲线的建立过程中，有很多需要注意的地方，比如说槽曲线是与基座连接在一起的一个整体，是固定不动的，在开始建立的过程时，我以为它是单独绘制的，走了不少弯路，另外在槽从动连接的建立过程中，我们要适当的选取槽曲线和槽端点，终点，如果选取不合理，那么无法建立槽从动连接。槽曲线终点槽曲线端点选槽曲线选取焊枪末端端为槽曲线槽曲线终点槽曲线端点选槽曲线选取焊枪末端端为槽曲线图5-6槽曲线的建立图5-7槽曲线Figure5-6slotcurveFigure5-7slotcurve合理的电动机时间运动时间12秒合理的电动机时间运动时间12秒图5-8建立运动学分析图5-9建立合适的电动机时间Figure5-8establishkinematicalanalysisFigure5-9toestablishappropriatemotortime5.3回放装配过程进行干涉检测分析完毕之后，选择“回放”命令，可以重新装配过程，也可以将分析的结果保存为一个视频文件供以后查用。如果设置在装配过程中进行全局干涉检测，并选择在检测到干涉时停止固放就可以在这个特定的装配位置转到Pro/E的Assembly模块时检测零件之间的干涉量。方法为，选择菜单“分析”—“模型分析”—“全局干涉”—“精确结果”，单击“计算”。系统会在零件之间出现干涉的区域用红色高亮显示，并且计算出来的干涉量有助于指导设计者对零件的不合理结构或装配路径进行修改。干涉检验是设计时常用到的一种检验方法，也是必须用的一种方法，通过检验可以发现零件设计的缺陷，尽可能的把设计错误消除在制造前，减少重复工作，减少损失。具体的操作过程为：在系统装配模式下，选择菜单中的“分析”按钮，进入系统分析模块，点击“模型分析”，在模型分析画面中选择下拉菜单中的“全局干涉”如图5-10，点击计算干涉如图5-11，经过计算通过动画检查到什么部位，干涉及具体的帧数，干涉部位是特殊的颜色。这时候就需要分析干涉的原因，如果是外部干涉就是，元件在运行过程中发生接触即干涉，这时候需要调整各元件的形状；如果是内部干涉，就是电机配合出现的干涉，就需要调整电机的配合运作。经过对伺服电机调试，解决了元件之间的干涉，如图图5-10检验全局干涉图5-11回放Figure5-10inspectionglobalFigure5-11playbackinterference5.4运行分析PRO/E的机构运动仿真分析的模块，可以实现机械工程中非常复杂精确的机构运动分析。在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程中的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点：位移、速度、加速度、力，解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。通过焊接机械手在轨迹上的仿真运动可以对焊枪头进行速度和位移的测量，利用“通过分析的测量结果”对速度和位移与时间的关系进行测量，速焊枪头的速度和位移建立界面如图5-12和5-15得到相关的分析结果如图5-14，5-16。通过对结果图表的分析研究，调试到满足设计要求的状态。焊枪头的测量焊枪头的测量图5-12焊枪速度时间建立界面图5-13成立界面Figure5-12torchesspeedtimetoFigure5-13establishedestablishinterfaceinterface速度波动较大速度波动较大图5-14焊枪头速度时间曲线Figure5-14weldingtorchheadsspeedcurve焊枪头位置测量焊枪头位置测量图5-15位移时间建立界面Figure5-15displacementtimebuildinterface在图5-14中，在4秒之前速度由大渐渐变小，位移却是渐渐变大，在4.5秒速度达到最大，此时位移也是达到最大，这是由于电动机1，2和电动机3的合成速度较大导致，发生突变现象，速度达到850度/秒,此时位移也是最大的，秒之后，电动机2撤去，速度逐渐减小，到了6秒之后，此时由于电动机4，5和6的加入速度变大，但是由于这几个电机的合成速度比之前的速度小，所以此时的速度为300度/秒，位移也渐渐的变小，到了第7秒的时侯，电动机5撤去，速度渐渐减小，所以此时速度曲线是下降的，到了第8秒之时，只剩下电动机7，此时的合成速度却逐渐变小，9秒之后只有电动机1的运动，所以此时速度是不变的，是一条直线.自6秒之后，焊枪走的是槽曲线圆弧，所以位移一直没有变化，成一条直线。图5-16焊枪头位移时间曲线Figure5-16firstdisplacementcurvetorch通过对图5-14，5-16的分析可以看出，焊接机械手的焊枪在焊接的时候速度不够均匀波动比较大，这与实际的焊接情况不符合。要对各个电机进行重新设置，结合实际情况，仿真出符合实际生产情况的运动如图5-17，5-18。图5-17修改后的焊枪头速度和时间关系Figure5-17aftermodificationofweldingtorchheadsspeedandtimerelationship图5-18修改后的焊枪头位移和时间关系Figure5-18afterthemodificationoftheweldingtorchheadsdisplacementandtimerelationship6.工程图装配体三维设计完成后，为了给加工制造和装配提供工程图。在Pro/E中进入“绘图”模式，新建一个“绘图”，命名为zhuangpei如图6-1选取空模板装配体文件为如图6-2用于制作2D工程图；选择“视图”项的“添加视图”菜单项添加投影视图和其他视图。由于Pro/E是由单一数据库驱动，所以不论在3D或2D环境下修改尺寸，具备相关性的2D或3D实体都会做出相应修改。将工程图以DXF格式保存，利用CAXA2007进行处理，最后完成的装配图三视图如图6-3，6-4，6-5。1)点击文件下“新建”，如图6-1勾选使用缺省模板前的勾,然后再点击“确定’。图6-1新建工程图界面Figure6-1newengineeringdrawings2）缺省模型是,如图6-2，选取空，纸张是A4.再点击“确定”。3）进入工程图建立界面，后双击，就出现的投影，再点击右键，选取“插入投影视图”，则出现机械手的各个投影。4）如图6-3，6-4，6-5分别是主视图，右视图，仰视图。装配图上对每个零件或部件都必须编注序号或代号、并填写名细表，以便生产、看图和图样管理。装配图零件、部件序号的标注需要注意的事项。序号应标注在图形轮廓线的外边，并填写在指引线的横线上或圆内。指引线应从所指零件的可见轮廓内引出，并在末端画一小圆点。图6-2建立模板Figure6-2buildtemplates若所指部分不便画圆点时，可在指引线末端画出箭头，指引线不要彼此相交。必要时，指引线可画成折线，但只允许弯折一次。对于零件组，允许采用公共指引线。每一种零件只编写一个序号。要沿水平或垂直方向按顺时针或逆时针次序排列整齐。图6-３主视图Figure6-4frontview图6-４右视图Figure6-5rightview图6-５仰视图Figure6-6bottomview7.技术经济分析技术经济学是研究技术和经济矛盾关系的科学，具体说它是专门研究技术方案经济效益和经济效率问题的科学（注：技术方案是指以技术为基础，由人力、物力、财力、运力、自然力和时力组成的，为达到某种目的和满足某种需要的一种有机组合）。技术经济学的研究任务是正确地认识和处理技术和经济之间的关系，寻找技术经济的客观规律，寻找技术和经济之间的合理关系，包括最佳关系和协调关系[9]。具体研究任务有以下三个部分：1）研究技术经济评价和综合评价理论和方法。一是研究共同的评价理论和方法；二是结合不同技术研究不同的评价理论和方法。这两种研究互相促进，相辅相成。有了理论和方法，规划设计、生产运行和经济管理等部门就能够根据各种具体情况来解决各种具体的技术经济问题。2）从总的技术经济分析论证出发，寻找国内外技术（包括硬技术和软技术）发展的客观规律以及技术进步与经济发展的相互关系和发展规律。3）究解决实际技术经济问题，特别是因素复杂、综合性很强的重大技术经济问题，提出具体结论和建议，供实际应用。7.1技术分析运用PRO/E虚拟设计平台的虚拟设计技术，设计人员可以按照自己的想像在平台中建立待开发产品的三维模型，还可以对机构进行应力分析、运动仿真、不合格的部分随时修改[8]。从而得到结构合理的方案，快速高效率的生产出产品。PRO/E软件是美国PTC公司1988年研发成功的三维CAD软件，是全参数化特征设计，发展到现在已经出现了很多版本，功能也越来越完美，界面也越来越好。由ERP世界网上的资料显示，在用PRO/E软件设计产品的过程中，使用者体会到三维建模可直观方便准确地进行结构设计和布局调整。全局干涉检查、运动分析、有限元分析，可减少设计差错，提高设计质量，避免错漏零部件[13]。因此，在设计阶段就使得产品的成本和出错率降到最低，最终使产品的生产周期大大的缩短，快速投放市场，给企业带来了不可佰的经济效益。而更大的效益在于PRO/E强大的工程数据再利用，从一个早先设计的了系统复制所有零件，装配和工程图纸，并且修改成适合当前的要求，这样能大幅度减少项目时间。三维软件能够实现形象直观的设计，产品虚拟装配、运动仿真、干涉检查以及出宣传效果图等工作[11]。高端三维设计软件则能更好的真正支持如机床这类大型复杂产品的系统和自项向下的设计流程，以及进行分析优化和加工。我国工业机器人的市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，2007年共装配了约6,581台工业机器人，较上年安装的5,770台上升了百分之十四点零五，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。焊接机器人，是到现在为止应用最多的工业机器人，包括点焊和弧焊机器人，用于实现自动化焊接作业；装配机器人，比较多地用于电子部件或电器的装配；喷漆机器人，代替人进行各种喷漆作业；搬运、上下料、码垛机器人，它们的功能都是根据工况要求的速度和精度，将物品从一处运到另一处；还有很多机器人，如将金属溶液浇到压铸机中的浇铸机器人等。应该说，并不是只有机器人可以完成这些工作，很多工作都可以用专门的机器完成。工业机器人的优点在于它可以通过程序的更改，方便迅速地改变工作内容或方式，来满足生产要求的变化。比如，改变焊缝轨迹，改变喷漆位置，变更装配部件或位置等。随着对工业生产线的柔性要求越来越强，对各种工业机器人的需求也就越来越广泛。焊接机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。其关键技术包括：(1)焊接机器人系统优化集成技术：焊接机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。(2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。(3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。经济分析运用先进的平台开发工业机器人，虽然前期投入比较大，但是见效快、产品更富有创意和更能满足人们日益增长的个性化需求。随着科技的发展，工业机器人的性能更完善、价格会更低，其应用将越普遍，神秘感消失。在我国从制造大国向制造强国转变的过程中，工业机器人的需求将快速增加，机器人数量将成为衡量一个国家、一个企业加工能力的一个标志。未来的工业机器人将集成更多的功能，具有感知环境变化的适应能力，智能水平大幅提高。随着我国核工业、航大技术等的发展，以机器人为核心的遥控焊接成为新的研究热点。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。

我们应该十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。在前几年的Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间，故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间，由400小时提高到1500小时，精度可提高到毫米。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈，提高我国在焊接行业的地位迫在眉睫，我国对焊接机械手的需求会越来越大，我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，要把握这一机遇，迎接挑战，为我国能跻身于机器人强国之列而努力奋斗。运用工业机器人可以节省时间有可以大大提高工作效率快速适应市场的需求，从而获得更多的经济效益。所以我们一定着力于机械手的研究，这对我国将来的经济发展是很大的一个主力，通过PRO/E研究机械手的好处在于，我们可以充分利用该软件的仿真功能，避免了直接生产试用所造成的产品浪费和时间浪费，通过PRO/E软件的运用，很大程度上加快了焊接机械手的研究，会给我国带来更多的机遇的。8.结论1）本文主要完成了以下几方面的工作：1对焊接机械手测量收集数据工作和相关资料搜寻，简单的逆向工程，为建模做好准备。2部分零件的建模3焊接机械手的装配在完成了所有的零件的建模之后，利用PRO/E的装配模块，结合对“连接”概念的理解，使用“连接”完成了焊接机械手的零件装配。4运动仿真和干涉分析在完成了零件装配之后，利用PRO/E的装配模块，通过定义“电机”，完成了焊接机械手的运动仿真，并在此基础上进行干涉分析，经过分析得到的完整可靠的分析结果，说明机构满足了系统设计的要求。5工程图的建立2）存在的问题在应用PRO/E软件完成本课题的过程中遇到了许多问题，比如：焊接机械手的运动轨迹的设置，槽从动连接的建立以及焊接机械手仿真过程中电机的合理设置。在此设计过程中，由于设计不合理，总会出现机械装配不足的问题，但是通过多次的尝试，终于设计出比较合理的电动机设置，本设计解决了现实生产中把焊接机械手应用在焊接工作中的一些简单问题，本设计轨迹较简单，是以最简单的轨迹为槽曲线来实现焊接机械手的仿真过程，由于时间原因，这次设计的做了简单的仿真和运动，更加没有能够详细的介绍PRO/E的各个模块，只是根据设计的需要介绍了Pro/E几个在模型设计和装配仿真方面的模块.在焊接机械手的控制方面没有涉及，焊接机械手的控制方面有很多技术更新的空间，但是由于时间问题没有去深入，如果有更多的时间我会对控制之部分进行深入的研究。要想更加深层次的了解，必须学习其他的知识，会运用于其他的零部件上和不同的轨迹上，本设计中还存在一些缺陷和不足，有待于进一步的解决和完善.致谢本文是在指导老师蒲志新老师精心指导和大力支持下完成的，从课题选择，方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着蒲志新老师的心血和汗水。蒲老师对待工作非常认真和严肃，从刚开学的时候，老师百忙之中，每个星期都会抽出时间给我们答疑，及时给我们解惑，并且询问我们每个星期的进度安排，总是及时鞭策我们学习，蒲志新老师以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，兢兢业业，孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在他的鞭策下，我们争取每个星期都做点实事，有计划的完成毕业设计，而不是把设计累计到最后再临时突击完成，那样的话，质量和工作量难以保证，在他的帮助下，我的设计完成的比较顺利，他渊博的知识，开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多关于PRO/E各个模块的功能，丰富了三维CAD软件的知识。在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意。还要感谢，周围同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成毕业设计。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心的感谢。参考文献[1]毛君，李娜，刘春华PRO/E在机械工业中的发展与应用[J],2007年1[2]://2007-12-25[3]Pro/E.机械设计时尚创作百例[M].机械工业出版社，2003；[4]现代焊接，焊接机械手的发展现状和趋势（－）[J].[J]2006年第6期总第42期[5]PRO/E[D][6]吴权威，王净玉.PRO/ENGINEIRWILDLIRE中文版实例[M].北京.清华大学出版社，2004[7]周四新，和清芳.PRO/ENGINEIRWILDLIRE高级设计[M]北京.机械工业出版社，2003[8]PRO/E的装配顺序规划与研究：[D]大连：大连交通大学机械制造及自动化系.2005[9]CIMS系列讲座.CAD/CAM技术在产品开发过程中的应用[Z][10]周延，王勇基于PRO/E数字化化产品设计方法研究[D][11[12]ZhenyuLiu,JianrongTan.Constrainedbehaviormanipulationforinteractiveassemblyinavirtualenvironment[J].2007,32:797～810.[13]ZbigniewA.Banaszak·MarekB.Zaremba.Project-drivenplanningandschedulingsupportforvirtualManufacturing.[J].2006,17:641～651.附录A译文小型断路器-工业机器人专题文章摘要,本文详细介绍了设计和运行贝瑞特手BH8-250，一智能，高度灵活的八轴手爪的侦察数字本身实时符合安全，以改变中断各种各样的形状没有工具的一部分,带来巨大的价值，工厂自动化，因为它减少所需的数量和规模的机器人工作细胞（平均每90,000美元-不包括成本高的足迹）同时提高了工厂的吞吐量;巩固所有扩散定制手爪照形状到一个共同的可编程平台，这是渐进的过程，使改善和适应频繁新产品引进，能力部署即刻通过软件跨越国际网络工厂。导言本文介绍了一种新的方法材料处理，一部分整理，构件组装所谓“两手抓”，其中一个与重构嵌入式整个银行的独特的智能取代，固定形状夹子和工具兑换。欣赏动机指导设计Barrett的r，我们必须探索出机器人的今天有什么问题了，在他的未来有巨大的潜力机器人，以及遗留下来的手爪的最终解决方法。实现机器人的解决办法的好处是，实现了要求沿整个长度机器人可编程的灵活性，其基础是，完成所有的目标工件方式。只有从基础到提高使机器人手臂实现可以灵活的可编程性，甚至几厘米短期目标工件。但是，这些过去几年厘米机器人必须适应复杂的一个新的对象，确保每个机器人周期在嵌入式智能功能和软件的表格。像一串行链中最薄弱的环节，一个灵活的手爪限制了生产力的整个机器人工作单元。夹子有单独定制，但是固定下颚形状。个性化过程是设计密集的，一般硬盘的成本和时间安排很难提前范围。一般来说，每个预期变化形状，方位，和机器人另一个角度是要求定制的，但固定的夹子，要一个地方来存放额外爪，和一种机制来交换夹子。意外的变化或逐步改善则根本不容许。相比之下，机械结构的巴雷特的专利grasper，如图1，自动重构和高度是可编程的，几乎任何形状或夹具夹持功能的相匹配的功能不到1秒，而没有暂停的交换夹子工作单元的变化量。我们需要高度的灵活性的任务，如处理在多个方向变型有效载荷，快捷安装一个系统更安全，和比整个银行的定制加工夹子与工具更换和储存架更具成本效益。一个或两个备用系统可以充当紧急备份数工作单元不间断运行，而一个或两个备用夹子需要每工作单元可能几十个爪每个爪都要变化。这是灾难性的，如果这两个备份失败手爪在手爪系统中，因为它可能是可替代前几天查明，自定义形状从无到有，运行，身体和更换，使受影响的线路正常运作。相比之下，自系统是相同的一体，他们总是有无限的数量，并提供所有即时的个性化软件图1抓力元件的遗留今天的大多数机器人一部分处理和组装完成的夹子。如果地表条件允许的情况下，真空吸管和电磁铁也可以用于例如，在处理汽车挡风玻璃和车身面板。作为规模开始超过秩序100gms，一个爪的下巴是自定义形状，以确保安全举行。由于持久的支柱处理和大会，这些工具以来变化不大年初机器人三十年前。夹子，它作为简单的钳子，有两个或三个非关节的手指，所谓的“颌骨”，这不是枢轴或留在平行打开/关闭动议，图2所示。良好的组织目录可从制造商，引导整合或客户的匹配各种爪元件（除自然的自定义下颚形状）的任务和部分参数。有效载荷尺寸从微型气动夹子到100多公斤的大规模液压夹子。电源通常与气动或液压简单的开/关阀控制之间切换全开放和全面密封的区域。颌骨通常1厘米，从全面开放到全面关闭。这些手中有两个或三个手指，所谓的“颌骨”。部分的下颚接触部分的目标是一个可移动的机械制动的软钢或铝，所谓的“软爪”。基于独特的情况下，一个专家工具设计师确定定制形状加工成矩形软颚件。一旦加工成型，形成的软颚集中各自手爪机构和考验。这一过程可以采取任何数量的反复和调整，直到系统正常运作。工具设计师重复整个过程，每次一个新的形状介绍随着消费者的需求更多样化的产品选择和以往任何时候都更频繁产品的推出，需要灵活的自动化比以往任何时候都更大。但是，而不是让夹子多元化发展，机器人产业在过去几年中已效法自动工具交换技术用来交换数控磨刀具。图2片梭织机的有限变化但是，运用工具换模型串行连接机器人证明词举动是昂贵和无效的。不同的是标准化的现成的刀具使用的铣削机床，机器人工具设计师必须自定义的形状，每一套手爪颌骨一个耗时，昂贵，而且任务难以完成。虽然看起来可能夹子便宜的只有500美元，每个劳动力密集，形成了软颚可能成本几倍。如果您乘成本加倍十几夹子，例如，以上投在工具变换和工具存储机架增加10,000美元，在真实成本的少100美元的爪解决，要花费20,000美元至60,000美元。为了加剧事件严重性，未知的定制流程混淆了准确成本的预测。因此，客户必须承诺购买以初始安装费的时间和材料的基础上，不保证成功或费用的最高限额。一会儿售价为30,000美元，智能系统也不便宜。然而，人们可以就在几小时内在工厂“自定义”和验证过程中的软件，在一天中。如果该系统没有达到业绩目标，那么只有一天的劳动被浪费。如果系统的成功，那么没有任何隐藏的费用后的原始购买命令。除了成本，本身的重量换刀机制，位于极端外端的串行连接机械臂，限制了有益的有效载荷和动态针对整个系统。额外的长度工具变换装置增加危急之间的距离在手腕中心和有效载荷中心，有碍于运动学灵活，动态响应和安全性。巴雷特机械手的说明在一个紧凑的封装下的灵活性和持久性贝瑞特手的灵活性，是根据发音的8个联合轴确定。如图3，只有四个无刷直流伺服电机，如图4所示，需要控制所有8个关节，增加了智能机械耦合。那个造成一点一八公图3八轴的巴雷特手斤的系统是完全独立的，只有一个8毫米直径带电缆提供直流电源，并建立一个双向的串行通信链接到的主要机器人控制器的工作单元。该系统的通信电子，五年微处理器，传感器，信号处理电子学，目前放大器和无刷伺服都整齐地构成内手掌机构系统。在贝瑞特阐述手有三个手指和手掌而采取一致行动，所示图5，组成一个坚定地和安全地把握捕获目标对象。七个协调联系载体一个来自棕榈油板，一个来自每个链接每个手指。每个巴雷特手的三个手指是独立控制的一个稀土伺服，所示，图6。除了传播行动手指F1和F2，这是推动去年第四和伺服电机，三个手指，F1，F2代，和F3，有和外层空间阐述相同的机械结构。三个手指马达驱动两个必须联合轴。扭矩是这些节点通过的专门渠道，扭矩转换机制（图7），其适合用于最高把握安全的职能。当指尖，而不是内在联系，使得第一次接触的对象所示图8，它只是达到其所需的扭矩，两个关节锁，开关关闭马达电流，并等待微处理器内部的进一步的指示使手或命令到达整个通信联系。图4巴雷特手的电动机安置点但是，当内在联系所示，图9，使第一次接触了对象安全把握的转矩开关，达到预设的域值扭矩，联合打击的对象，以浅间距和重定向所有扭矩的指尖，内附联系的对象范围内的第一毫秒联系方式。序列的接触是如此迅速，你不能想象的过程而援助的高速形象定位。在装备系统发布的对象中，它集域值的转矩开关扭矩每个手指预计在未来把握的开幕式每个手指对机械停止控制下的扭矩。开幕扭矩越高，随后门槛扭矩越高。通过这种方式，装备系统可以以兼容，以沉重的适应微妙范围广泛的对象。手指关节，而不是现有的常规夹子，让每个数字以符合独特和安全的形状的物体表面，使两个独立的联络点为手指。位置，速度，加速度，甚至扭矩都可以控制处理器的全系列的17,500编码的立场。在最大速度和加速度的设置，每个手指可以旅行全方位的任一方向不