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通過模仿人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手模仿著人手的關(guān)節(jié)動(dòng)作，按預(yù)定設(shè)計(jì)程序、行動(dòng)和期望達(dá)到自動(dòng)抓放、挪動(dòng)操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。用于工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械手稱為工業(yè)機(jī)械手。機(jī)器人技術(shù)是集運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)理論、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、控制理論、電液伺服隨動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能理論等科學(xué)及技術(shù)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。
機(jī)械手是工業(yè)流水生產(chǎn)線中應(yīng)用廣泛的設(shè)備，可進(jìn)行拾取、分流、包裝等工作，在軍用，民用等工業(yè)領(lǐng)域起著重要的作用。作為現(xiàn)代化工廠常用的工作機(jī)構(gòu)，機(jī)械手極大地決定了流水線能否正常工作、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，機(jī)械手設(shè)計(jì)，優(yōu)化的水平會(huì)直接影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。夾取機(jī)械手是其中應(yīng)用較為廣泛的一類，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，運(yùn)動(dòng)合理與否、工作機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉可以直觀地檢測(cè)出來并及時(shí)修正。因此，機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真具有重要的意義。基于對(duì)機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真的有限元分析研究，通過對(duì)機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計(jì)所需要的合理性進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)并修正。
CATIA是由法國(guó)達(dá)索公司研發(fā)的一款功能強(qiáng)大并廣泛應(yīng)用于三維實(shí)體建模、裝配、有限元分析軟件。與同類軟件相比，CATIA的操作界面更加簡(jiǎn)潔明了，容易上手。并且具有強(qiáng)大的三維復(fù)雜曲面造型功能，能進(jìn)行混合建模技術(shù)，使以往繁瑣的建模過程更加靈活和高效。
三維建模是虛擬分析的基礎(chǔ)，模型的精細(xì)程度及尺寸關(guān)系直接影響后續(xù)工作。對(duì)機(jī)械手進(jìn)行三維建模，其包括支撐臂俯仰臂、旋轉(zhuǎn)臂兩個(gè)夾手。如圖1所示，底座起固定作用，支撐臂，轉(zhuǎn)軸可360度旋轉(zhuǎn)，俯仰臂及夾手旋轉(zhuǎn)度數(shù)待分析。利用約束關(guān)系對(duì)其進(jìn)行三維裝配，將底座固定添加運(yùn)動(dòng)副關(guān)系，利用鉸接運(yùn)動(dòng)副將其余零件組裝起來，對(duì)可運(yùn)動(dòng)點(diǎn)添加角度驅(qū)動(dòng)。如圖1所示。
CATIA的運(yùn)動(dòng)分析模塊中蘊(yùn)涵了空間解析幾何的數(shù)學(xué)原理，通過建立幾何模型、定義運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，采用運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)軌跡、參數(shù)曲線等一些直觀輸出形式，就可以初步分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，得出量化的結(jié)果。運(yùn)動(dòng)命令對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行初始仿真觀察，理解各個(gè)單元運(yùn)動(dòng)目的。然后對(duì)其運(yùn)動(dòng)添加約束：利用規(guī)則與公式關(guān)系，使得兩個(gè)夾手的角度相等：機(jī)械手\命令\命令\角度=機(jī)械手\命令\命令\角度在知識(shí)專家模塊中，利用ROLL工具，進(jìn)行簡(jiǎn)單編程：進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真工作臺(tái)，用規(guī)則進(jìn)行仿真，改變仿真步驟、時(shí)間參數(shù)，可以看到整體仿真效果。圖示中設(shè)置步驟數(shù)為80，運(yùn)行步驟如果過快，將無法看到具體效果。程序中各時(shí)間是實(shí)際測(cè)試修改最后的結(jié)果。如圖所示。
對(duì)于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以通過機(jī)械裝置的分析，明確各實(shí)體的命令及運(yùn)動(dòng)副關(guān)系，被選中對(duì)象在三維圖中高亮顯示。如圖所示，該機(jī)械手含有5個(gè)驅(qū)動(dòng)命令，5個(gè)運(yùn)動(dòng)副。
法則曲清晰地查詢到各對(duì)象隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)變化。如圖所示。
為了觀察關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，激活傳感器與檢測(cè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，圖中檢測(cè)3點(diǎn)的加速度，如圖設(shè)置。得到如圖的加速度曲線圖。
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