r 机电工程学院 机器人大作业设计题目：搬运机械手设计与运动仿真专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 20120663145 姓 名：宋 烨 指导老师： 邱丽梅 课程设计任务书一、题目：搬运机械手设计与运动仿真二、研究内容与目标：本设计主要的研究内容是1. 驱动及传动方案的设计及部件的选择2. 二指夹持机构的设计及计算3. 总体控制方案及控制流程的设计 4.设计说明书一份目标：要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计该机械手采用二指夹持结构，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作三、研究方法：利用PRO/E的运动仿真功能仿真出机械手的运动，验证机械手的可行性目录第一章绪论51.1 工业机械手概述5第二章 PRO/E的选择使用112.1PRO/ENGINEER产品介绍112. 2 PRO/ENGINEER概述.112.3 PRO/ENGINEER产品特点13第三章搬运机械手零件的设计153.1 机械手底座建模153.2机械手垂直旋转体的建模过程153.3机械手手臂的建模过程163.4机械手手部的建模过程17第四章搬运机械手的装配194.1搬运机械手装配步骤及方法19第五章搬运机械手的运动仿真245.1运动学仿真及过程245.2 进入机构模块255.3添加伺服电机265.4定义分析285.5机械手仿真效果图29总结30致谢31参考文献32第一章绪论1.1工业机械手概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用第二章PRO/E的选择使用2.1PRO/ENGINEER产品介绍Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置2. 2 PRO/ENGINEER概述.PRO/ENGINEER软件六大主模块：工业设计(LAID)模块、机械设计(CAD)模块、功能仿真(CAE)模块、制造(CAM)模块、数据管理(PDM)模块和数据交换(Geometry Translator)模块PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配等功能。
因此PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型，极大地提高了产品研发的投产效率包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等Pro/E可谓是个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、饭金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据管理于一体，其模块众多第一、工业设计(CAID)模块 工业设计模块就是对产品进行几何设计的模块，PRO/ENGINEER软件之前在零件未制造出时，不能直观的观看零件形状，只能通过二维平面图进行想象现在，尽管用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用其实，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。
第二、机械设计(CAD)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件包括形状不规则的复杂曲面用 PRO/E生成曲面简单容易仅需2步～3步操作PRO/E生成曲面的方法包括：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等因为生成曲面的方法较多，所以PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面 它不但能作为高性能系统独立使用，而且还能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准包括：PRO/ASSEMBLY（实体装配）、PRO/PIPING（弯管铺设）、PRO/REPORT（应用数据图形显示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）、PRO/SURFACE（曲面设计）、PRO/CABLING（电路设计）、PRO/WELDING（焊接设计）第三、 功能仿真(CAE)模块 功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析正所谓画虎画皮难画骨，知人知面不知心，事物内在特征是很难把握的，机械零件的内部变化情况是难以知晓的有限元仿真让我们拥有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态利用该功能，便可充分优化零件的设计例如可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20％，得了极大的经济效益。
包括：PRO/FEM POST（有限元分析）、PRO/MESH （有限元网格划分）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载荷输入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定环境下的装配体运动分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（热分析）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震动分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（车轮动力仿真）第四、 制造(CAM)模块 CAM制造模块中的功能通常是NC Machining(数控加工)提起数控功能，就容易让我们想到 “东芝事件”当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五坐标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重此事件中出尽风头的CAMMAX软件就是一种数控模块 PRO/ES的数控模块包括：PRO/CASTING（铸造模具设计）、PRO/MFG（电加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具设计）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（钣金设计）。
第五、 数据管理(PDM)模块 数据管理(PDM)模块是PRO/E家庭的大管家，将触角伸到每一个任务模块PRO/E的数据管理模块在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，进而排除产品故障，改进产品设计并自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据大管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全和存取的方便快捷包括：PRO/PDM（数据管理）、PRO/REVIEW（模型图纸评估）第六 数据交换(Geometry Translator)模块 其他的CAD系统，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON等，数据不能彼此识别但在实际工作中，往往需要和别的数据进行沟通交流这时几何数据交换模块就会发挥作用 PRO/E中几何数据交换模块有：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的数据交换）、PRO/CDT（二维工程图接口）、PRO/DRAW（二维数据库数据输入）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽车设计软件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E软件开发）、PRO/INTERFACE（工业标准数据交换格式扩充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303数据和PRO/E交换）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型数据库进入）、PRO/LEGACY（线架/曲面维护）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA数据输出）第三章搬运机械手零件的设计3.1机械手底座建模机械手底座建模如图2所示：图23.2 机械手垂直旋转体的建模过程机械手垂直旋转体如图3、图4所示： 图3 图43.3 机械手手臂的建模过程机械手手臂的建模过程如图5、图6所示： 图5 图63.4机械手手部的建模过程机械手手部的建模过程如图7、图8所示： 图7 图8第四章搬运机械手的装配4.1搬运机械手装配步骤及方法步骤一：新建组件模块。
如图9所示：图9步骤二：插入底座零件，定义为缺省放置，如图10所示： 图10步骤三：插入机械手垂直旋转体零件，并按图11、图12所示装配图11 图12步骤四：插入机械手手臂零件，并按图13、图14所示装配： 图13 图14步骤五：插入机械手手部零件并按图15、图16所示装配 图15 图16整体装配效果如图17所示： 。