基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 (版本2)

基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 (版本2),基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真,(版本2,基于,adams,自由度,機械手,運動學,仿真,版本 Computer and Industrial Robots There are a variety of definitions of the term robot．Depending on the definition used，the number of robot installations worldwide varies widely．Numerous single-purpose machines are used in manufacturing plants that might appear to be robots．These machines are hardwired to perform a single function and cannot be repogrammed to perform a different function． Such single-purpose machines do not fit the definition for industrial robots that is becoming widely accepted．This definition was developer) by the Robot Institute of America： A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator designed to move material, parts，tools，or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks． Note that this definition contains the words repmuammable is these two characteristics that separate the true industrial robot from the various single-purpose machines used in modern manufacturing firms．The term "reprogrammable" implies two things：The robot operates according to a written program，and this program can be rewritten to accommodate a variety of manufacturing tasks． The term“multifunctional” means that the robot can，through reprogramming and the use of different end-effectors，perform a number of different manufacturing tasks ．Definitions written around these two critical characteristics.becoming the accepted definitions among manufacturing professionals． The first articulated arm came about in 1951 and was used by the U．S. Atomic Energy Commission．In 1954，the first programmable robot was designed by George Devol .It was based on two important technologies: （1）Numerical control（NC) technology． （2) Remote manipulator technology． Numerical control technology provided a form of machine control ideally suited to robots ．It allowed for the control of motion by stored programs.These programs contain data points to which the robot sequentially moves，timing signals to initiate action and to stop movement，and logic statements to allow for decision making． Remote manipulator technology allowed a machine to be more than just another NC machine．It allowed such machines to become robots that can perform a variety of manufacturing tasks in both inaccessible and unsafe environments．By merging these two technologies，Devol developed the first industrial robot，an unsophisticated programmable materials handling machine． The first commercially produced robot was developed in 1959.In 1962，the first industrial robot to be used on a production line was installed by Geieral Motors Corporation，This robot was produced by Unimation.A major step forward in robot control occurred in 1973 with the development of the T-3 industrial robot by Cincinnati Milacron．The T-3 robot was the first commercially produced industrial robot controlled by a minicomputer. Numerical control and remote manipulator technology prompted the wide-scale development and use of industrial robots．But major technological developments do not take place simply because of such new capabilities.Something must provide the impetus for taking advantage of these capabilities．In the case of industrial robots，the impetus was economics. The rapid inflation of wages experienced in the 1970s tremendously increased the personnel costs of manufacturing firms．At the same time，foreign competition became a serious problem for U ．S．manufacturers．Foreign manufacturer; who had undertaken automation on a wide-scale basis，such as those in Japan，began to gain an increasingly large share of the U．S．a(chǎn)nd world market for manufactured goods，particularly automobiles. Zhruugh a variety of automation techniques，including robots，Japanese manufacturers, beginning in the 1970s，were able to produce better automobiles more cheaply than no natomated U．S．manufacturers．Consequently，in order to survive，U．S．manufacturers were forced to consider any technological developments that could help improve productivity． It became imperative to produce better products at lower costs in order to be competitive with foreign manufacturers．Other factors such as the need to find better ways of performing dangerous manufacturing tasks contributed to the development of industrial robots．However，the principal rationale has always been，and is still，improved productivity. One of the principal advantages of robots is that they can be used in settings that are dangerous to humans ．Welding and parting are examples of applications where robots can be used more safely than humans．Even though robots are closely associated with safety in the workplace，they can，in themselves，be dangerous． Robots and robot cells must be carefully designed and configured so that they do not endanger human workers and other machines．Robot work envelopes should be accurately calculated and a danger zone surrounding the envelope clearly marked off. Red flooring strips and barriers can be used to keep human workers out of a robot's work envelope． Even with such precautions it is still a good idea to have an automatic shut down system in situations where robots are used．Such a system should have the capacity to sense the need for an automatic shutdown of operations．Fault-tolerant computers and redundant systems can be installed to ensure proper shutdown of robotics systems to ensure a safe environment． Manufacturing into the computer is the information age. The computer has long been in the business and management have to a wide range of applications, it is as a new tool into the factories, but as the steam engine in it More than 200 years ago to make changes in the manufacturing sector, as are changes taking place in manufacturing. Although the basic metal-cutting process is unlikely to change fundamentally, but their form of organization and the control is bound to change. In one respect can be said that the manufacturing sector in the process of completing a cycle. First hand the manufacturing industry is the family Industry: the designers are themselves producers, product ideas and the completion of processing by the same person. Subsequently, the formation of the parts Overview of the interchangeability of this blog, production has been divided in accordance with professional features and text can be produced in batches of thousands of the same parts. Today, despite the designer and the manufacturer is no longer the same person, but forward to the integrated manufacturing system Way, these two functions have become increasingly closer. May have, ironically, a high degree of diversification in the market demand for the products, manufacturing must be increase productivity and reduce costs. Demanded by consumers with less money to buy high-quality and diversified products. Computer is required to meet these key factors. It is able to provide rapid response capability, flexibility and to meet the only tool for the diversification of the market. Moreover, it is the realization of integrated manufacturing system need to carry out detailed analysis and the use of accurate data, the only tool. Computer may be in the future is a basic condition for business survival, many of today's enterprises will be Health Higher production capacity to replace the corporate portfolio. Higher production capacity of these enterprises are of great combinations High quality, very high productivity of the plant. Objective is to design and operation of a high productivity of the side100% of qualified production plant products. A use of advanced technology, competitive world is to promote the manufacturing sector began to do more to their use of advanced technology. In order to adapt to competition, a company will meet each other to some extent, spear Shield's request, such as product diversification, improved quality, increased productivity, lower prices. In their efforts to meet these The course requirements, the company needed a tool for the use of advanced technology, a customer needs to make Rapid response, and resources from the manufacturing of tools to maximize revenue. Computer is the tool. Become a "very high quality, very high productivity," the factories, the need for a very complex miscellaneous integrated system. It is only through the use of the computer on all the components of the manufacturing industry - design, Fabrication, assembly, quality assurance, management and material handling and transportation to complete integration. 計算機與工業(yè)機器人 有許多關(guān)于機器人這個術(shù)語的定義。采用不同的定義，全世界各地機器人的數(shù)量就會發(fā)生很大的變化。在制造工廠中使用的許多單用途機器可能會看起來像機器人。這些機器是硬連線的，用來完成單一的工作。這種單用途的機器不能滿足被人們?nèi)找鎻V泛接受的關(guān)于工業(yè)機器人的定義。這個定義是由美國機器人協(xié)會提出的：機器人是一個可以改編程序的多功能操作器，被設(shè)計用來按照預先編制的、能夠完成多種作業(yè)的運動程序運送材料、零件、工具或者專用設(shè)備。 注意在這個定義中包含有“可以改編程序”和“多功能”這兩個詞。正是這兩個詞將真正的機器人與現(xiàn)代制造工廠中使用的單一用途的機器區(qū)分開來。“可以 改編程序”這個術(shù)語意味著兩件事：機器人根據(jù)編寫的程序工作，以及可以通過重新編寫程序來適應不同種類的制造工作的需要。 “多功能”這個詞愈味著機器人能通過編程和使用不同的末端執(zhí)行機構(gòu)，來完成不同的制造工作。圍繞著這兩個關(guān)鍵特征所撰寫的定義正在變成為制造業(yè)的 專業(yè)人員所接受的定義。 第一個帶有活動關(guān)節(jié)的手臂于1951年被研制出來，由美國原子能委員會使 用。在1954年，第一個可以編程的機器人由喬治·狄弗設(shè)計出來。它基于下面兩 項重要技術(shù)： （1）數(shù)字控制(NC)技術(shù)。 （2）遠程操作器技術(shù)。 數(shù)字控制技術(shù)提供了一種非常適合于機器人的機器控制技術(shù)。它可以通過 存儲的程序?qū)\動進行控制。這些程序包含機器人進行順序運動的數(shù)據(jù)，開始運 動和停止運動的時間控制信號，以及做出決定所需要的邏輯語句。 遠程操作器技術(shù)使得一臺機器的性能超出一臺數(shù)控機器。它可以使這種機 器能夠在不容易進人和不安全的環(huán)境中完成各種制造任務(wù)。通過融合了上述兩 項技術(shù)，狄弗研制出第一個機器人，它是一個不復雜的，可以編程的物料運送機器人。 第一臺商業(yè)化生產(chǎn)的機器人在1959年研制成功。通用汽車公司在1962年安 裝了第一臺用于生產(chǎn)線上的工業(yè)機器人，它是尤尼梅森公司生產(chǎn)的。在1973年， 辛辛那提·米蘭克朗公司研制出T3工業(yè)機器人，在機器人的控制方面取得了較大的進展。T3機器人是第一臺商業(yè)化生產(chǎn)的采用計算機控制的機器人。 數(shù)字控制技術(shù)和遠程操作器技術(shù)推動了大范圍的機器人研制和應用。但是 主要的技術(shù)進步并不僅僅是由于這些新的應用能力而產(chǎn)生的，而是必須由利用這 些能力所得到的效益來提供動力。就工業(yè)機器人而言，這個動力是經(jīng)濟性。 在20世紀70年代中，工資的快速增長大大增加了制造業(yè)的企業(yè)中的人工費 用。與此同時，來自國外的競爭成為美國制造業(yè)所面臨的一個嚴峻的考驗。諸如 日本等外國的制造廠家在廣泛地應用了自動化技術(shù)之后，其工業(yè)產(chǎn)品，特別是汽 車，在美國和世界市場中占據(jù)了日益增大的份頰。 通過采用包括機器人在內(nèi)的各種自動化技術(shù)，從70年代開始，日本的制造廠 家能夠比沒有采用自動化技術(shù)的美國制造廠家生產(chǎn)更好的和更便宜的汽車。隨后，為了生存，美國制造廠家被迫考慮采用任何能夠提高生產(chǎn)率的技術(shù)。 為了與國外制造廠家進行競爭，必須以比較低的成本，生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。 其他的因素，諸如尋找能夠更好地完成帶有危險性的制造工作的方式也促進了工 業(yè)機器人的發(fā)展。但是，主要的理由一直是，而且現(xiàn)在仍然是提高生產(chǎn)率。 機器人的一個主要優(yōu)點是它們可以在對于人類來說是危險的環(huán)境中工作。采用機器人進行焊接和切斷工作是比由人工來完成這些工作更安全的例子。盡管機器人與工作地點的安全密切相關(guān)，它們本身也可能是危險的。 應該仔細地設(shè)計和配置機器人和機器人單元，使它們不會傷害人類和其他機 器。應該精確地計算出機器人的工作范圍，并且在這個范圍的四周清楚地標出危 險區(qū)域?？梢圆捎迷诘孛嫔袭嫵黾t顏色的線和設(shè)置障礙物以阻止工人進人機器人的工作范圍。 即使有了這些預防措施，在使用機器人的場地中設(shè)置一個自動停止工作的系 統(tǒng)仍然不失為一個好主意。機器人的這個系統(tǒng)應該具有能夠檢測出是否有需要自動停止工作的要求的能力。為了保證能有一個安全的環(huán)境，應當安裝容錯計算機和冗余系統(tǒng)來保證在適當?shù)臅r候停止機器人的工作。 計算機正在將制造業(yè)帶入信息時代。計算機長期以來在商業(yè)和管理方面得到了廣泛的應用，它正在作為一種新的工具進人到工廠中，而且它如同蒸汽機在200多年前使制造業(yè)發(fā)生改變那樣，正在使制造業(yè)發(fā)生著變革。 盡管基本的金屬切削過程不太可能發(fā)生根本性的改變，但是它們的組織形式和控制方式必將發(fā)生改變。 從某一方面可以說，制造業(yè)正在完成一個循環(huán)。最初的制造業(yè)是家庭手工業(yè)：設(shè)計者本身也是制造者，產(chǎn)品的構(gòu)思與加工由同一人完成。后來，形成了零件的互換性這個概志、生產(chǎn)被依照專業(yè)功能分割并案，可以成批地生產(chǎn)數(shù)以千計的相同零件。 今天，盡管設(shè)計者與制造者不可能再是同一個人，但在向集成制造系統(tǒng)前進的途中，這兩種功能已經(jīng)越來越靠近了。 可能具有諷刺意味的是，在市場需求高度多樣化的產(chǎn)品的同時，制造業(yè)必須提高生產(chǎn)率和降低成本。消費者要求用較少的錢去購買高質(zhì)量和多樣化的產(chǎn)品。 計算機是滿足這些要求的關(guān)鍵因素。它是能夠提供快速反應能力、柔性和來滿足多樣化市場的唯一工具。而且，它是實現(xiàn)制造系統(tǒng)集成所需要的、能夠進行詳細分析和利用精確數(shù)據(jù)的唯一工具。 在將來計算機可能會是一個企業(yè)生存的基本條件，許多現(xiàn)今的企業(yè)將會被生產(chǎn)能力更高的企業(yè)組合所取代。這些生產(chǎn)能力更高的企業(yè)組合是一些具有非常高的質(zhì)量、非常高的生產(chǎn)率的工廠。目標是設(shè)計和運行一個能夠以高生產(chǎn)率的方式生產(chǎn)100%合格產(chǎn)品的工廠。 一個采用先進技術(shù)的、競爭的世界正在促使制造業(yè)開始做更多的工作，使其本身采用先進的技術(shù)。為了適應競爭，一個公司會滿足一些在某種程度上相互矛盾的要求，諸如產(chǎn)品多樣化、提高質(zhì)量、增加生產(chǎn)率、降低價格。在努力滿足這些要求的過程中，公司需要一個采用先進技術(shù)的工具，一個能夠?qū)︻櫩偷男枨笞龀隹焖俜磻?，而且從制造資源中獲得最大收益的工具。 計算機就是這個工具。成為一個具有“非常高的質(zhì)量、非常高的生產(chǎn)率”的工廠，需要對一個非常復雜的系統(tǒng)進行集成。這只有通過采用計算機對制造業(yè)的所有組成部分—設(shè)計、加工、裝配、質(zhì)量保證、管理和材料裝卸及輸送進行集成才能夠完成。 河南科技學院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中期進展情況檢查表 學生姓名 楊書敏 班級 機制052班 指導教師 付素芳 論文（設(shè)計）題目 基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 目前已完成任務(wù) 1. 完成開題報告和外文翻譯，交指導老師審查。 2. 查閱大量相關(guān)文獻。 3. 基本完成論文草稿。 4. 根據(jù)草稿完善開題報告。 6. 能夠利用Pro/E軟件建模。 是否符合任務(wù)書要求進度：符合 尚需完成的任務(wù) 利用Pro/E軟件，對機械手進行造型設(shè)計分析。 能否按期完成論文（設(shè)計）：能 存在問題和解決辦法 存 在 問 題 利用Pro/E軟件，對單機械手進行運動學仿真。 擬 采 取 的 辦 法 進一步學習Pro/E軟件的運動仿真技術(shù)。 指導教師簽 字 日期 2009年 4月 26日 教學院長（主任）意 見 負責人簽字： 年 月 日 河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 題目名稱 基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 學生姓名 楊書敏 所學專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學號 20050334213 指導教師姓名 付素芳 所學專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 職稱 副教授 完成期限 2008年12月22日 至 2009年6月5日 1、 選題的目的和意義 機械手是近年來發(fā)展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學科的最新科研成果，代表了機電一體化的最高成就，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。 工業(yè)機械手的性能，要求不斷提高工作精度和作業(yè)速度，增加機構(gòu)的自由度，提高通用性和靈活性，同時還要求降低成本，控制簡單，安全可靠。因此，工業(yè)機械手的研究處于機械手研究的前沿。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。 三、主要研究內(nèi)容 1．為了適應工業(yè)化程度的飛速發(fā)展，對機械手進行優(yōu)化機械優(yōu)化設(shè)計。 2. 為了方便地表達三維設(shè)計思想，并可對設(shè)計結(jié)果進行動態(tài)干涉檢查以及提高利用律用。學習利用Pro/E進行零組件設(shè)計、仿真和工程圖生成的內(nèi)容。 3. 用ADAMS進行運動仿真設(shè)計。 四、畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究方法或技術(shù)路線 1. 查閱有關(guān)書籍，借助于網(wǎng)上數(shù)字圖書館收集資料，對課題進行研究分析，形成系統(tǒng)的外部資料，把握國內(nèi)及國外此方面的研究動向和研究理論。 2. 總結(jié)前人的經(jīng)驗技術(shù)，提出對相關(guān)課題的新意見解，兵役時間的并用實踐的方式加以證明。 3. 在指導老師的安排幫助下解決困難和問題。 4. 認真學習掌握Pro/E以及Adams軟件，進行并完成課題設(shè)計。 5. 歸納系統(tǒng)的研究過程，撰寫論文。 五、主要參考文獻與資料 [1] 林清安.Pro/ENGINEER野火3.0中文版動態(tài)機構(gòu)設(shè)計與仿真.電子工業(yè)出版社,2005 [2] 孫江宏,黃小龍,羅琨等.Pro/ENGINEER野火版入門與提高.清華大學出版社,2006，18-25 [3] 鄭建榮.ADAMS虛擬樣機技術(shù)入門與提高[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005 [4] 蘇厚合,黃勝杰,林佩玲.PRO/ENGINEER2006入門與提高.北京:清華大學出版社.2001 [5] 李軍,邢俊文等.ADAMS實例教程[M].北京:北京理工大學出版社.2002 [6] 柳洪義,宋偉剛.器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:冶金工業(yè)出版社.2002 [7] 王炎,田世昌,孫光偉等.工業(yè)機器人控制自動化技術(shù)與應用[J].1986,5(3):1-8 [8] 王剛,孫學儉.機械手運動學仿真問題[J].北京石油化工學院學報.1994,02(2):1-5 [9] 鄒培海.基于ADAMS的水下機械手研究[J].機械工程師.2007,(3):52-53 [10]陳幼平,馬志艷,袁楚明,周祖德.六自由度機械手三維運動仿真研究[J].計算機應用研究.2006,(6):205-207 [11]鄭湘軍,唐焱.基于ADAMS和PRO/E的懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真分析[J].北京汽車.2008,(1):36-38 [12]譚志飛,黃輝先.基于ADAMS和PRO/E的機械手運動學仿真[J].機械工程師.2007,(4):129-130 [13]梁正文,張云娟.ADAMS和PRO/E的結(jié)合在汽車四輪轉(zhuǎn)向模式仿真中的應用[J].汽車與船舶.2007,(1):160-162 [14]魏躍遠,王文瑞.Pro/Engineer Wildfire20實體建模范例全程表現(xiàn)[M].北京;科學出版社2005 [15]楊晉生.鏟土運輸機械設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社.1981 [16]邱銘軍,趙航,姚培.AMEsim軟件及其應用[J].筑路機械與施工機械化2005,22(8):60-61 六、指導教師審批意見 簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 題目名稱 基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 學生姓名 楊書敏 所學專業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 班級 機制052 指導教師姓名 付素芳 所學專業(yè) 機械制造及其自動化 職稱 副教授 完成期限 2008年12月22日 至 2009年6月5日 一、 論文（設(shè)計）主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標 1.主要內(nèi)容 研究機械手的發(fā)展狀況或趨勢；研究現(xiàn)代機械設(shè)計方法；了解機械手的結(jié)構(gòu)特點及運動需求；學習Pro/E軟件，建立機械手的實體模型，并進行運動仿真分析，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化做準備。 2.技術(shù)指標 （1）熟練掌握現(xiàn)代機械設(shè)計方法； （2）建立機械手各部分的實體模型； （3）對機械手模型進行造型設(shè)計分析。 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要求 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）一份：有400字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的參考文獻，正文中要引用5篇以上文獻，并注明文獻出處。論文字數(shù)在10000字以上； 2.有不少于2000漢字的與本課題有關(guān)的外文翻譯資料； 3.畢業(yè)設(shè)計總字數(shù)在10000字以上； 4. 劃船器實體模型，相關(guān)圖紙。 三、畢業(yè)論文（設(shè)計）進度安排 1.2008年12月22日-2009年1月9日，下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書；寒假期間完成英文資料翻譯和開題報告。 2. 2009年2月16-2月27日（第1-2周），指導教師審核開題報告、設(shè)計方案和英文資料翻譯。 3. 2009年3月2日-4月24日（第3-10周），畢業(yè)設(shè)計單元部分設(shè)計。 4. 2009年4月26日-5月1日（第10-11周），畢業(yè)設(shè)計中期檢查。 5. 2009年5月4日-5月22日（第12-14周），實體建模，整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計報告。 6. 2009年5月25日-6月5日（第15-16周）上交畢業(yè)設(shè)計報告，指導教師、評閱教師審查評閱設(shè)計報告，畢業(yè)設(shè)計答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計答辯，學生修改整理設(shè)計報告。 1 河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）課題審核表 院（系）名稱 機電學院 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師姓名 付素芳 課題名稱 基于ADAMS的四自由度機械手運動學仿真 課題來源 自選課題 立題理由 和所具備 的條件 機械手是近年來發(fā)展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學科的最新科研成果，代表了機電一體化的最高成就，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。 工業(yè)機械手的性能，要求不斷提高工作精度和作業(yè)速度，增加機構(gòu)的自由度，提高通用性和靈活性，同時還要求降低成本，控制簡單，安全可靠。因此，工業(yè)機械手的研究處于機械手研究的前沿。 而且，學院已經(jīng)具備了研究該領(lǐng)域的相關(guān)軟件和硬件設(shè)施。因此，就有必要進行立題研究。 教研室 審批意見 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè) 計）工作領(lǐng)導 小組審批意見 組長簽字： 年 月 日 注：本表存院（系）備查。