自动化机械手在流水线生产中的应用

范例概述:

本范例将介绍一个自动化机械手运动仿真的创建过程。在一些实现流水线生产的机械设备中，自动化机械手十分常见，一般用于在不同的工步之间运送机械零部件。图10.3.1所示的模型模拟的是在工序之间运送机械零部件的自动化机构，工作过程大致分为以下几个步骤：首先，在初始位置机械手接收前一工序完成的零件；然后运到第一工位进行工序1的加工，完成后又运到第二工位进行工序2的加工；再将加工好的零件再传递到下一工位；最后机械手返回到初始位置准备下一次运送。在此类机构的运动仿真中，需要使用运动函数定义多驱动的协同动作。在本例中，最后需要追踪机械手的运动轨迹，读者可以打开视频文件D:\ug10.16\work\ch10.03\magic_hand.avi查看机构运行状况。

图10.3.1 机构模型

Step1.打开文件D:\ug10.16\work\ch10.03\magic_hand_asm.prt。

Step2.选择命令，进入运动仿真模块。

Step3.新建仿真文件。

（1）在“运动导航器”中右击，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

（2）在“环境”对话框中选中单选项；选中区域中的复选框；输入仿真的名称为“motion_1”，单击按钮。

Step4.定义连杆。

（1）定义连杆L001。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框，选中复选框，选取图10.3.2所示的零件为连杆L001，其余参数接受系统默认，在“连杆”对话框中单击按钮。

（2）定义连杆L002。在“连杆”对话框中取消选中复选框，选取图10.3.3所示的零件为连杆L002，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.3.2 定义连杆L001

图10.3.3 定义连杆L003

（3）定义连杆L003。选取图10.3.4所示的零件为连杆L003，在“连杆”对话框中单击按钮。

(4)定义连杆L004。选取图10.3.5所示的零件为连杆L004，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.3.4 定义连杆L003

图10.3.5 定义连杆L004

(5)定义连杆L005。选取图10.3.6所示的零件为连杆L005，在“连杆”对话框中单击按钮。

(6)定义连杆L006。选取图10.3.7所示的零件为连杆L006，在“连杆”对话框中单击按钮，完成所有连杆的定义。

图10.3.6 定义连杆L005

图10.3.7 定义连杆L006

Step5.定义滑动副1。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框。

（2）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（3）选择连杆。选取图10.3.8所示的连杆L002。

（4）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“终点”选项，在模型中选取图10.3.8所示的终点为定位原点参照；选取图10.3.8所示的边作为矢量参考，方向如图10.3.8所示。

（5）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，在弹出的“XY函数管理器”对话框中单击按钮，在弹出的“XY函数编辑器”区域的文本框中输入函数关系式“STEP(x,0,0,4,113)+STEP(x,20,0,24,299)+STEP(x,40,0,44,113)+STEP(x,54,0,60,-525)”，其余参数接受系统默认设置，单击两次按钮，完成驱动的定义。

（6）单击按钮，完成第一个运动副的添加。

图10.3.8 定义滑动副1

Step6.定义旋转副1。

（1）定义运动副类型。选择下拉菜单命令，在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（2）选择连杆。选取图10.3.9所示的连杆L003。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.9所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.9所示的面作为矢量参考面，方向向上。

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.3.9所示的连杆L002。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.9所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.9所示的面作为矢量参考面，方向向上。

（6）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，在弹出的“XY函数管理器”对话框中单击按钮，在弹出的“XY函数编辑器”区域的文本框中输入函数关系式“STEP(x,0,0,4,90)+STEP(x,44,0,48,90)+STEP(x,54,0,58,180)”，其余参数接受系统默认设置，单击两次按钮，完成驱动的定义。

（7）单击按钮，完成第二个运动副的添加。

图10.3.9 定义旋转副1(https://www.xing528.com)

Step7.定义滑动副2。

（1）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（2）选择连杆。选取图10.3.10所示的连杆L004。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.10所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.10所示的面作为矢量参考边，方向向右。

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.3.10所示的连杆L003。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.10所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.10所示的面作为矢量参考边，使方向向右。

（6）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，在弹出的“XY函数管理器”对话框中单击按钮，在弹出的“XY函数编辑器”区域的文本框中输入函数关系式“STEP(x,4,0,8,45)+STEP(x,16,0,20,-45)+STEP(x,24,0,28,45)+STEP(x,36,0,40,-45)”，其余参数接受系统默认设置，单击两次按钮，完成驱动的定义。

（7）单击按钮，完成第三个运动副的添加。

图10.3.10 定义滑动副2

Step8.定义滑动副3。

（1）选择连杆。选取图10.3.11所示的连杆L005。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.11所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.11所示的面作为矢量参考，方向向下。

（3）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，在弹出的“XY函数管理器”对话框中单击按钮，在弹出的“XY函数编辑器”区域的文本框中输入函数关系式“STEP(x,8,0,12,32)+STEP(x,12,0,16,-32)”，其余参数接受系统默认设置，单击两次按钮，完成驱动的定义。

（4）单击按钮，完成第四个运动副的添加。

图10.3.11 定义滑动副3

Step9.定义滑动副4。

（1）选择连杆。选取图10.3.12所示的连杆L006。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.12所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.3.12所示的面作为矢量参考，方向向下。

（3）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，在弹出的“XY函数管理器”对话框中单击按钮，在弹出的“XY函数编辑器”区域的文本框中输入函数关系式“STEP(x,28,0,32,32)+STEP(x,32,0,36,-32)”，其余参数接受系统默认设置，单击两次按钮，完成驱动的定义。

（4）单击按钮，完成第五个运动副的添加。

图10.3.12 定义滑动副4

Step10.定义解算方案（注：本步的详细操作过程请参见随书光盘中video\ch10.03\reference\文件下的语音视频讲解文件“magic_hand_asm-r01.exe”）。

Step11.播放动画。在“动画控制”工具栏中单击“播放”按钮，即可播放动画。

Step12.在“动画控制”工具栏中单击“导出至电影”按钮，系统弹出“录制电影”对话框，输入名称“magic_hand”，单击按钮，单击（完成动画）按钮，完成运动仿真的创建。

Step13.创建标记。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“标记”对话框。

（2）定义参考连杆。在系统的提示下，选取图10.3.13所示的连杆L004为参考连杆。

（3）定义参考点。在区域中单击按钮，在右侧下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.3.13所示的边线为原点参考。

（4）定义参考坐标系。在区域中单击，然后在右侧单击“CSYS”对话框按钮，在系统弹出的“CSYS”对话框下拉列表中选择选项，单击按钮，完成参考坐标系的定义。

（5）采用系统默认的显示比例和名称，单击按钮，完成标记的创建。

图10.3.13 定义标记

Step14.选择下拉菜单命令，对解算方案再次进行求解。

Step15.追踪机械手的运动轨迹。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“追踪”对话框。

（2）定义追踪对象。在“运动导航器”中选取标记“A001”为追踪对象；其他参数采用系统默认设置，单击按钮，完成追踪对象的定义。

Step16.分析追踪结果。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“动画”对话框。

（2）激活测量检查和暂停。在该对话框中选中复选框，然后单击“播放”按钮，此时机构开始运行并显示追踪结果，如图10.3.14所示。

（3）单击按钮，完成追踪操作。

图10.3.14 追踪结果

Step17.选择下拉菜单命令，保存模型。