鄭向華

（成都工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 四川 成都 611730）

0 引言

機(jī)械手對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門，更能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)機(jī)器人的需求越來(lái)越大因而對(duì)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的研究尤為重要。一些軟件的發(fā)展為機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析提供了方便降低了生產(chǎn)成本，本設(shè)計(jì)是基于Solidworks軟件，使得設(shè)計(jì)效率大大提高[1]。

本文是為普通車床配套而設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。

1 機(jī)械手工作原理

上料機(jī)械手直接與工件接觸的部件,它能執(zhí)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(luò)物體。根據(jù)抓取物體時(shí)的相對(duì)狀態(tài),靠手指與工件之間的摩擦力來(lái)夾持工件。本上料機(jī)械手采用二指平動(dòng)手爪,屬于夾持式手爪,手指由四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng),當(dāng)上料機(jī)械手手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí),手指姿態(tài)不變,作平動(dòng)。機(jī)械手手爪的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，①為支架、②氣動(dòng)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(guò)氣動(dòng)桿②來(lái)傳動(dòng)力的，氣缸帶動(dòng)氣動(dòng)桿②使之向上移動(dòng)時(shí),其它的桿件共同運(yùn)動(dòng),此時(shí)手爪是處于握緊工件的過(guò)程;反之,當(dāng)氣缸帶動(dòng)氣動(dòng)桿②向下移動(dòng)時(shí),手爪是處于張開(kāi)的過(guò)程。這樣,用氣缸帶動(dòng)連桿②做往復(fù)平動(dòng)，從而使其它桿件運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)手爪張合，手指上的任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一弧擺動(dòng)。

圖1 機(jī)械手裝配簡(jiǎn)圖

2 基于Solidworks機(jī)械手仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)

2.1 Solidworks介紹

SolidWorks是一款功能強(qiáng)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(shí)體建模、生成工作機(jī)構(gòu)的分解動(dòng)畫制作和高級(jí)動(dòng)畫制作等功能該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)、易用等特點(diǎn)，是當(dāng)前最優(yōu)秀的中檔三維CAD軟件之一。

SolidWorks有全面的零件實(shí)體建模、生成工作機(jī)構(gòu)的分解動(dòng)畫制作和高級(jí)動(dòng)畫制作等功能。工作原理最好的表達(dá)方式莫過(guò)于動(dòng)態(tài)仿真，因?yàn)閯?dòng)態(tài)仿真是一種傳遞工作過(guò)程中各組成零件動(dòng)作情況的良好載體，它的特點(diǎn)就在于形象和直觀。Animator插件就是一個(gè)與Solidworks完全集成的動(dòng)畫制作軟件插件，它能將Solidworks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化，并且實(shí)時(shí)錄制構(gòu)件的模擬裝配過(guò)程、模擬拆卸過(guò)程和構(gòu)件的模擬工作過(guò)程，將構(gòu)件的工作情況得到更好地表達(dá)，增強(qiáng)了人們對(duì)構(gòu)件的認(rèn)識(shí)和了解。該軟件在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不但可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約大量建設(shè)投資。

并且，隨著信息技術(shù)在 各領(lǐng)域的 迅速滲透，CAD技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新型技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有十分重要的意義[2][3]。

2.2 機(jī)械手仿真動(dòng)畫的建立

1）啟動(dòng)SolidWorks，選擇“文件”→打開(kāi)機(jī)械手裝配圖，然后在工具欄中單擊Animator，新建立一個(gè)，動(dòng)畫制作界面（如圖2所示），設(shè)定機(jī)械手是通過(guò)氣動(dòng)桿來(lái)傳力給手指；

圖2 動(dòng)畫制作界面

2）將機(jī)械手氣動(dòng)桿移動(dòng)到初始位置；將時(shí)間滑桿拖到結(jié)束時(shí)間；將機(jī)械手氣動(dòng)桿移動(dòng)到最終位置。完成動(dòng)畫的時(shí)間設(shè)定；

3）選擇主動(dòng)件螺紋孔連桿，移動(dòng)它，使兩手指閉合到距離最短處，則設(shè)該位置為初始位置；

4）拖動(dòng)時(shí)間碼到15秒處即時(shí)間滑桿從00：00：00處移動(dòng)到 00：00：15 處；

5）再次選中螺紋連桿，將其拖動(dòng)到使兩手指分開(kāi)距離最大處。此為零件的最終位置；

6）單擊動(dòng)畫控制器彈出式工具欄的播放按鈕，進(jìn)行演示。（其中螺紋連桿的時(shí)間線為綠色，其余零件時(shí)間線為黃色，因?yàn)槁菁y連桿是主動(dòng)件后面的零件為從動(dòng)件）上面三步使機(jī)械手完成一個(gè)由張開(kāi)到閉合的過(guò)程，但實(shí)際運(yùn)用中手指的張開(kāi)閉合是要求非常連貫的，那樣才能滿足需要。

7）制作機(jī)械手由夾緊狀態(tài)到松開(kāi)零件的過(guò)程。

接著上步的操作將螺紋連桿拖動(dòng)到使手指張開(kāi)距離最大的位置，再吧時(shí)間碼 在剛才00：00：15的基礎(chǔ)上再向右拖同樣的距離到達(dá)00：00：30，最后把螺紋連桿拖動(dòng)到使兩手指閉合距離最短處，完成整個(gè)動(dòng)畫過(guò)程的制作。

該動(dòng)畫的制作將構(gòu)件的工作情況得到更好地表達(dá)，增強(qiáng)了人們對(duì)構(gòu)件的認(rèn)識(shí)和了解。該軟件在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不但可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約大量建設(shè)投資。

3 結(jié)論

本文對(duì)機(jī)械手機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，運(yùn)用SolidWorks對(duì)其結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)，手指夾取物體時(shí)的仿真動(dòng)畫。本次設(shè)計(jì)充分利用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，基于SolidWorks的機(jī)械手仿真動(dòng)畫很好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng),對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起到很好的效果，提高設(shè)計(jì)效率。

［1］蘇子昊，孔慶忠.關(guān)節(jié)型機(jī)器人二指平動(dòng)手爪的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008，10.

［2］詹迪維.Solidworks快速入門教程：2009中文版[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

［3］云杰漫步多媒體科技CAX設(shè)計(jì)教研室.Solidworks 2009基礎(chǔ)教程[M].清華大學(xué)出版社，2009，12.