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基于CATIA的机械手建模及运动仿真米双年（武汉理工大学汽车学院，车辆1005班，学号0121007250502）［摘要］本文主要介绍了一些工程车上机械手的简单建模过程和其工作过 程中的运动仿真首先,在CATIA • |•进行建模操作，将机械手分为6个简单的 零件，分别进行三维建模操作然后将所有的零件进行装配，成为机械手模型 最后在DMU模块中进行相关参数的设计，对机械手进行运动仿真关键词：机械手;三维建模；运动仿真刖言日常生活中，我们总能看到各式 各样的推土机，挖掘机等大型机械， 加快了我们建设的步伐，这些都可以 看成是机械手的功劳机械手的发明 大大减轻了人力劳动，替人我们做繁 重劳动以实现生产的机械化和自动 化，能在有害环境下操作以保护人身 安全，因而广泛应用于机械制造、冶 金、电子、轻工和原子能等部门它 能完成转动、抓取等功能，转动的功 能使得机械手能够以不同的形态进行 工作，提高了适应性，本设计中的主 要运动关系也是转动建模过程主要是将各个零件画出 来，并注意零件之间的配合关系，采 用全局考虑的方法，运用简单的部件 反映出机械手的基本原理即可，并学 会简单的修饰装配过程则是注意约 束关系的定义，操作的一些小技巧， 注意坐标轴的位置关系。

运动仿真主 要是模拟机械手的工作过程，通过设 置转动时间、转动角度、转动顺序等 参数，掌握运动仿真的基本操作和编 程的简单语法结构能够使机械手按 照我们预定的轨迹进行运动1机械手1.1机械手简介它是一种模拟人手操作的自动机 械它可按固定程序抓取、搬运物件 或操持工具完成某些特定操作我们 日常生活中看到的挖掘机，钻井机等 工程机械都含有机械手，可以说，它 给我们的生活带来了极大的便利正 是有了这些东西，城市的建设速度才 越来越快1.2机械手构成机械手主要由手部机构、运动机 构和控制系统三大部分组成手部的 设计是根据其工作的内容而定的，包 括形状大小等参数运动机构主要是 一些臂，通过转动来实现不同的工位, 驰:动方式有气压液压等自由度的多 少是衡量机械手灵活度的一个标准， 自由度越多则机构越灵活1.3机械手的特点节约人工成本、减轻工人的工作 劳动力安全性高，人们可以坐在驾 驶室中操作机器提高效率，提升品 质，适用范围广目前很多领域都能 看到机械手的影子2三维设计及装配2.1机械手零件建模本次设计中，我将机械手分为5个 部分，分别是底座，竖直节臂，转动 臂，连接块，以及两个夹紧指首先设计底座部分，底座是一个简 单的圆锥台，可以用梯形绕其一竖直 边进行360。

的旋转而得到，此处注意 设计好上圆台的大小，方便和竖直节 臂进行连接接下来的任务是设计竖直的节臂 和转动臂，这两个臂的形状大致上相 同，只是由于要连接起来，所以在连 接部位有所差别在这里为了方便设 计，可以用同一个草图，设计成不同 的厚度，然后根据强度的需要设置哪 个粗，哪个细由于在画图中要在不 同的方位画图，所以要用到建立参考 面的方法，再新的参考平面上进行拉 伸等操作同时为了使我们画出来的 实体美观好看，对其锋利的边进行倒 角操作，不仅美观，也减少了应力集 中的问题利用将草图拉伸的操作即 可完成两个臂的绘制然后绘制连接部分连接部分一头 需要和转动臂连接，并能在转动臂的 一头自由旋转，一头是两个夹紧指的 安装位置，所以对其形状和大小要求 较为严格，设计时既要考虑到和连接 臂的连接，乂要考虑到夹紧指的安装 位置，所以先要对夹紧指有个初步的 概念，设计在什么位置、多大多长 这里面的设计，也是以拉伸功能为主, 注意参考面的建立和倒角处理，得到 需要的零件最后，设计夹紧指夹紧指共有两 个，其形状大小完全一致，运动方式 为一段安装在连接部分上，绕其转动, 两个配合起来，达到夹紧和放松物体 的功能。

在夹紧处设置成波纹状，可 以加大摩擦系数，使夹紧时工件不易 滑落同时，由它工作时所夹紧的物 件去分析所需的夹紧力的大小，合理 设计它的长度两个夹紧指设计也是 拉伸工具为主，可以用凹模工具制作 出夹紧部分的斜面齿面的设计中， 运用了整列的工具，简化了工作的内 容，加快了我们工作的效率，并且每 个齿都是一样的大小，提高了标准程 度2.2零件的装配完成了建模的工作后，就是装配 操作首先进入装配工作模块，将之 前画好的五个部分导入进来，并将加 紧指导入两次，共计六个零件导入 完毕之后，我们先选择一个零件并对 其位置进行固定，相当于作为之后的 一个参照，否则无法装配，在这里我 们选择底座作为固定件，并对其固定 然后利用约束工具条进行相关约束， 在这一步中，我们可以先利用移动工 具，讲零件进行6自由度的移动，使 大概位置正确，这样-•来会使装配更 加顺利首先是竖直节臂和底座的连 接，包括面面想合，轴与轴重合之 后的转动臂和竖直臂的连接，竖直臂 和连接部分的连接，夹紧指和连接部 分的连接，都是利用两个约束工具， 一个是面与面相合，轴与轴相合当 所有的约束添加完毕之后，点击更新 按钮，这时所有的零件将会按照我们 定下的约束，相互装配起来。

至此，三维建模和装配的工作就 完成了3 .机械手的运动仿真和分析3.1运动仿真仿真的过程前期类似与装配，只 不过定义的名字不同在产品工作台 中导入了所有的零件后，点击DMU进 去运动仿真工作台关于运动仿真，关键的点就在于 建立•一个运动的规则本次这几主要 是旋转运动副的定义，因为接触的地 方都是旋转接头，是铉接在一起的 首先建立一个新的机制，旋转类的， 然后像之前装配约束过程做的那样， 选择相应的轴和平面进行连接，先把 底座和竖直节臂的旋转关系定义出 来，然后按照同样的方法，定义旋转 臂和竖直节臂，连接部分和旋转臂， 夹紧指和连接部分的运动副定义添 加一个固定的部件，将其作为基座 这时我们可以发现，此时整个机构具 有5个自由度，我们可以把这5个地 方看成有驭动电机，让他们成为可以 转动的部位然后将这5个接触的地 方设置成角度约束，此时可以显示一 个绿色的箭头，当鼠标放到那里的时 候，可以看到机构按照箭头显示的方 向产生了运动完成所有的约束后， 系统会提示，该机构可以被仿真，这 时可以用系统仿真看看我们的运动效 果如何接下来需要我们建立一个规则， 进入 knowledgeware 下面的 knowledge adisor工作平台，点击建立一个新的规则， 之后，我们就需要进行编程操作了。

以下为其中一个语句内容：if (Mechanism. 1 \KINTime >0s and Mechanism. l\KINTime <=5s)Mechanism. l\Commands\Command. 1\Angle = 1 Odeg/1 s*Mechanism. l\KINTime设置好运动时间，运动速度后，就可以IE到 DMU工作台中利用公式进行模拟运动方式 了由于该机构中有4个转动关系，依次设 置好各个地方的运动形式后，就可以完整的 显示机械手的工作轨迹了3.2运动分析首先对运动进行机制分析，点击 机制分析进去后可以看到机构能否被 仿真，接头数目，命令数n等信息， 点击具体的运动副后，图形会变亮， 方便我们看到是哪个运动副，当机构 较为复杂时，可以用这个命令很快的 看出运动副数目另外，点击法则曲 线，可以看出命令是按什么规律来运 行的，通过图表的形式清晰的展现在 我们的面前区域和距离分析命令， 可以方便我们测量两个零件的相对距 离是多少4.结论通过本次机械手的设计，从零件 的三维建模到装配，到后面的运动仿 真和分析，加强了对CATIA的应用能 力，也使得软件的学习进入了更新的 层面，CATIA的精华就在于强大的分 析功能，通过本次简单的编程了解了 控制得基本原理，复杂的行为其实并 不复杂，只是函数部分的定义复杂一 点。

在此，通过自己动手操作，感受 到了机械手的强大，其在一些专用汽 车上的应用越来越广，给我们的生活 工作带来了极大的便利参考文献［1］ 郭洪武.浅谈机械手的应用与发 展［J］中国西部科技，2012.10［2］ 谷鸣宇.六自由度机械手运动学、 动力学分析及计算机仿真［D］吉林大 学 2005.05.15［3］ 陈幼平，马志艳，袁楚明，周祖 德，等.六自由度机械手三维运动仿真 研究［J］计算机应用研究2006.06.01［4］ 李雪静.小型搬运机械手结构及 PLC控制系统的设计［J］装备制造技 术 2010.3.15。