基于Solid works的機械手運動仿真設計

鄭向華

（成都工業學院機電工程系 四川 成都 611730）

0 引言

機械手對實現工業生產自動化，推動工業生產的進一步發展起著重要作用。工業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。隨著現代生產的機械化和自動化的發展對機器人的需求越來越大因而對機器人的末端執行機構機械手的研究尤為重要。一些軟件的發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，對實現工業生產自動化，推動工業生產的進一步發展起著重要作用。

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。根據抓取物體時的相對狀態,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仿真，因為動態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的三維模型實現動態的可視化，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的設計、生產、組織模式對推動現有企業的技術改造、帶動整個產業結構的變革、發展新型技術、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預期運動,對系統設計起到很好的效果，提高設計效率。

［1］蘇子昊，孔慶忠.關節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.