基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟答辩稿
基于SolidWorks下cosmosmotion六自由度焊接机器人三维运动模拟
基于SolidWorks下cosmosmotion六自由度焊接机器人
三维运动模拟
侯祥明;张立祥
【期刊名称】《煤矿机械》
【年(卷),期】2007(28)9
【摘要】以六自由度机器人三维运动仿真为背景,介绍了利用SolidWorks下cosmosmotion实现机械手运动模拟的有效实体方法,重点分析了六自由度机器人的三维建模和建模后运动轨迹规划的实现。
对于一般的机械运动模拟系统,该实例具有一般普遍性。
【总页数】3页(P95-97)
【关键词】SolidWorks;cosmosmotion;三维运动模拟:轨迹规划
【作者】侯祥明;张立祥
【作者单位】安徽理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.基于ADAMS的六自由度焊接机器人运动学分析及仿真 [J], 余晓流;刘进福;汪丽芳;王伟;王殿君;孙丹
2.MATLAB环境下六自由度焊接机器人运动学逆解及优化 [J], 王战中;杨长建;刘超颖;赵赛;杜启鑫;熊蒙
3.基于虚拟样机的六自由度弧焊接串联机器人的运动仿真 [J], 曲令晋;王兴举;刘伟
4.基于MATLAB的六自由度焊接机器人的运动学仿真与轨迹规划 [J], 邢红辉;王保升;洪磊;左健民;石朗春
5.基于SolidWorks和ANSYS Workbench的六自由度焊接机器人的建模与优化设计 [J], 袁安富;陈成
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基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟PPT答辩稿
致 谢
感谢指导老师在此设计过程中给予
了热情诚恳的帮助和各位老师的精 心指导,限于水平有限，有遗漏和 错误之处希望各位老师批评指证
1.6焊接机械手的工作原理
固定机座后通过机身上转台的旋转和大小 手臂的运动带动旋转手腕的转动和摆动手 腕的运动，在给手抓一个配合尺寸使之能 够自由的伸缩以便夹取工件。
1.7 焊接机械手的构成和设计
焊接机械手的零部件包括:机座、机座盖板、 机身、转台、大臂、小臂、旋转手腕、摆 动手腕、手抓、销钉、螺栓、螺母等 。
SolidWorks数字化模型 →模型导入→添加复 杂约束力→仿真分析→模型优化。
六自由度机械手的运动情况给出各个转动 副的旋转角度
2.1 模拟加载与仿真
启动SolidWorks软件，如下图选择“装配图” 选项，单击“确定”按钮，建立装配体操 作界面。
2.2机构的装配过程
选择左下方“浏览”按钮如图，打开零件存放的目录，选择第一 个零件系统将默认为固定的零件，以后添加的零件依次为基准。 先选择名称为转台的零件，单击“打开”。单击界面任何位置零 件固定在界面中。在工具栏中选择“插入零部件”，如前操作打 开文件夹，继续选择零件大臂。为了不至于零件过多装配过程复 杂，采取逐个添加约束的方法，进行逐个配合并完成定位。继续 添加零件和配合的操作直到完成装配体。装配过程中合理的选择 配合关系以方便以后的运动仿真操作。如下图
基于SolidWorks六自由度 焊接机械手三维运动模拟
学生姓名:马俊 专业:机械设计制造及其自动化 指导教师:刘天祥
本课题的主要研究内容
（1）查阅机器人技术相关文章和机构，了 解国内外焊接机器人的应用和发展。 （2）画出六自由度焊接机械手部装配图。 （3）应用solidworks对机械手部分进行三维 运动。 （4）用COSMOSMotion软件对其进行仿真。
机械手设计答辩小组意见和建议
机械手设计答辩小组意见和建议概述本文旨在对机械手设计进行答辩小组的意见和建议进行详细记录和总结。
通过分析、评价和提出建议，希望能够为机械手设计提供进一步改进和优化的指导。
设计方案评估机械手的功能与性能在评估机械手设计方案时，我们首先关注其功能与性能。
根据我们的观察和试验，机械手的基本功能能够满足需求，但仍有进一步改进的空间。
我们建议在机械手的操作范围、准确性和速度等方面进行优化，以提高机械手的整体性能。
结构设计与材料选择机械手的结构设计和材料选择对其性能和稳定性至关重要。
在设计答辩中，我们注意到机械手的结构设计相对简单，但在实际应用中可能存在一些潜在的问题。
建议设计团队在机械手的结构紧凑性、可靠性和稳定性方面进行改进，并积极探索新型材料的应用，以提高机械手的耐久性和负载能力。
控制系统设计与算法优化机械手的控制系统设计和算法优化对其操作精度和灵活性等方面有重要影响。
我们鉴于设计答辩中机械手的控制系统表现良好，但仍有几个关键问题需要解决。
建议设计团队进一步优化控制系统的稳定性和响应速度，并尝试引入新的控制算法，以提高机械手的运动控制性能。
挑战与解决方案挑战一：精确度不足在设计答辩中，我们发现机械手在精确度方面存在一定的不足。
这可能导致机械手在操作细微物体或进行高精度组装时出现偏差或误操作的问题。
为了解决这一挑战，我们建议设计团队加强对机械手传感器的使用和校准，并探索新的定位算法与技术，以提高机械手的精确度和定位能力。
挑战二：速度不够快在实际应用中，机械手的速度直接影响着其工作效率和生产效益。
然而，我们在设计答辩中注意到机械手的速度还有进一步提升的空间。
为了应对这一挑战，建议设计团队对驱动系统进行优化，并使用更高效的控制策略，以提高机械手的运动速度，从而提升生产效率。
挑战三：负载能力有限机械手的负载能力对其应用范围和实际效果有关键影响。
然而，在设计答辩中我们发现机械手的负载能力较为有限。
为了克服这一挑战，我们建议设计团队进一步优化机械手的结构设计，选择更强度更高的材料，并增加机械手的自稳定性，以提高其负载能力和稳定性。
机械手毕业设计答辩
机械手毕业设计答辩机械手毕业设计答辩近年来，机械手作为一种重要的自动化装备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
随着科技的不断进步，机械手的功能和性能也在不断提升。
作为机械工程专业的毕业生，我选择了机械手作为我的毕业设计课题，并经过了几个月的努力，完成了一个具有创新性和实用性的机械手设计。
在这次答辩中，我将向大家介绍我的设计思路、实验结果以及未来的发展方向。
首先，我选择了六自由度机械手作为我的设计对象。
六自由度机械手具有较高的灵活性和精度，适用于各种复杂的操作任务。
在设计过程中，我参考了现有的机械手设计，并结合自己的创新思维，对机械手进行了改进和优化。
通过对机械手的结构、传动系统和控制系统的研究，我设计出了一种更加紧凑、高效的机械手。
在实验过程中，我对机械手进行了多项测试和性能评估。
首先，我测试了机械手的运动精度和重复定位精度。
通过与标准值的比较，我发现我的机械手在运动精度和重复定位精度方面都达到了预期的要求。
其次，我测试了机械手的负载能力和抓取能力。
通过模拟不同负载和抓取物体的情况，我验证了机械手的可靠性和稳定性。
最后，我还对机械手的功耗和能源利用率进行了评估，结果显示我的机械手在能源利用方面表现出色，具有较低的功耗。
在未来的发展中，我认为机械手的应用领域将更加广泛。
目前，机械手主要应用于工业生产中的装配、搬运和焊接等任务。
但随着人工智能和机器学习技术的发展，机械手有望在更多领域发挥作用，例如医疗、农业和服务行业。
同时，我也认为机械手的智能化和自主化将是未来的发展趋势。
通过引入感知技术和自主学习算法，机械手可以更好地适应不同环境和任务，提高工作效率和灵活性。
总的来说，我的机械手毕业设计取得了令人满意的成果。
通过对机械手的设计和实验，我深入了解了机械手的原理和应用。
同时，我也认识到机械手在未来的发展中具有巨大的潜力。
在这个数字化和自动化的时代，机械手将成为推动工业和社会进步的重要力量。
我相信，通过不断的努力和创新，机械手将为人类创造更美好的未来。
机械手手腕(毕业设计)答辩
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常见的典型结构
摆动液压缸
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在密封的缸体 内，隔板与活 动叶片之间围 成两个油腔， 相当油缸中的 无杆腔和有杆 腔。液压力作 用在活动叶片 的端面上，对 传动轴中心产 生力矩使被驱 动轴转动。
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常见的典型结构
单自由度回转运动手腕
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将夹紧汽缸的 外壳与摆动油 缸的动片连接 在一起，当摆 动液压缸中不 同的油腔中进 油时，即可实 现手腕不同方 向的摆动。
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Thank you！
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此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
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结论
机械手可以代替人工在高温和危险的作业区 进行单调持久的作业，实现一些人工不可能完 成的工作，降低了劳动强度，改善了劳动环境， 提高了生产效率，已经成为现代制造业中不可 或缺的一种自动化装置。因此，对机械手手腕 的研究具有深刻而重要的意义！
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结束语
本次设计主要对机械手手腕进行设计，在设 计过程中，难免存在一些问题，希望老师们提 出宝贵的意见，给予指导，谢谢 ！
为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实 现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋转运动。这便 是腕部运动的三个自由度，分别称为手腕的回转R 、手腕的俯仰P和手腕的摆动Y。
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手腕的摆动
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手腕的俯仰
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手腕的回转
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机械手手腕的分类
手腕按自由度数 目来分, 可分为 单自由度手腕、 二自由度手腕和 三自由度手腕。
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手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手 腕和远距离传动手腕。
基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟
国内焊接机器人研究的历史及现状
我国自上世纪70 年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过40% , 焊接机器人的增长率超过了60% ；2004年国产工业机器人数量突破1400 台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域；2005 年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占亚洲新增数量的6% ，远小于韩国所占的15% ，更远小于日本所占的69% 。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。
机器人三维运动仿真技术在机器人的研究与应用中发挥着重要作用。它对于在实际工作中机器人行走路径的生成、工作空间防止碰撞等具有十分重要的现实意义。
本文对机器人的产生发展及前景展望进行分析，主要利用Solidworks对机械手设计并进行了动态仿真，介绍了基于Solidworks设计三维零件的操作方法及运动分析插件cosmosmotion基本功能。 焊接机器人的概述
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大臂.DWG
小臂.DWG
手抓.DWG
摆动手腕.DWG
旋转手腕.DWG
自由度焊接机器人总体及大臂腰部设计答辩问题及答案
自由度焊接机器人总体及大臂腰部设计答辩问题及答案
Q: 该机器人的自由度有几个，分别指什么？
A: 该机器人共有六个自由度，分别为 base 旋转自由度、大臂上下移动自由度、大臂旋转自由度、小臂上下移动自由度、腕部旋转自由度、末端夹持自由度，它们分别控制机器人的不同部位的运动。
Q: 大臂腰部设计的考虑因素是什么？
A: 大臂腰部设计的考虑因素包括但不限于：机器人的最大负载、工作范围、运动速度、精度、重量、稳定性等。
Q: 大臂腰部的材料选用和优缺点是什么？
A: 大臂腰部的材料选用需要考虑机器人的负载、重量以及稳定性等因素。
常用的材料有铝合金、碳纤维等。
铝合金强度高，成本较低，但耐腐蚀性不高；碳纤维重量轻，强度高，但成本较高。
根据具体的需求和预算，可以选择不同的材料。
Q: 大臂腰部如何实现不同角度的旋转运动？
A: 大臂腰部通过在关节处安装电机和减速器来实现旋转运动。
机器人的控制系统可以根据预先设定的程序和算法来控制电机，从而实现机器人腰部的旋转运动。
在设计过程中需要考虑机器人的结构、负载和精度等因素，以确保机器人的稳定性和精度。
基于Solidworks创建的机械手的SimMechanics仿真
现代制造技术与装备2016年11月-正文-20161205.indd 61
2016/12/19 10:3动过程
现代制造技术与装备
２０１６ 第 １１ 期 总第 ２４０ 期
入 SimMechanics，进行仿真优化。
旋转角速度 W23(deg/s) 旋转角速度 W22(deg/s) 旋转角速度 W21(deg/s) 旋转角速度 W13(deg/s) 旋转角速度 W12(deg/s) 旋转角度 θ12(deg) 手指 1 中指节运动曲线 50 0 -50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 手指 1 远指节运动曲线 20 0 -20 旋转角加速度 2 2 2 2 旋转角加速度 α21(deg/s ) 旋转角加速度 α13(deg/s ) 旋转角加速度 α12(deg/s ) α23(deg/s2) 旋转角加速度 α22(deg/s ) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 1 0 ×104
图 6 展示了机械手的整个运动过程。初始状态时，机械 手三指摊开；在 0 ～ 3s 内，手指 2 和 3 绕着各自的近指节 关节旋转 180°，至三指并拢，如图６（c）所示；3 ～ 6s， 三手指同时向掌心弯曲， 做抓取状 ； 6 ～ 10s， 三手指重新张开。
-1 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) ×104
图 ４ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 装配体转换流程图 图 ２ 机械手三视图 图 ３ 机械手 Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 三维装配图
手指 1 近指节 Y X 手指 3 手指 2 Z 中指节
近指关节可绕 Z 轴旋转一定角度；三个手指的中指节和远 指节都为旋转副关节，可绕 X 轴旋转。
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2.4存在的问题和继续研究的方向
目前还存在一些问题包括：模拟过程机械 化不灵活，未对机构进行全面系统的数学 理论计算。 在进一步研究中要对机构进行稳定性的理 论计算。
2.5总结
通过对文献的阅读，了解了关于机械手的发展过 程，以及组成、分类。加深对机器人这种高端技 术认识。 熟练掌握Solidworks的三维建模和动态仿真，尤其 对了解了强大的COSMOSMotion插件与其他三维 动态仿真软件的差别，掌握了使用 COSMOSMotion的基本流程。 随着对机械手研究的不断深入和机械手领域的不 断拓展，机械手仿真系统作为机器人设计和研究 的安全可靠，灵活方便的工具，在本领域发挥着 重要作用。它对于验证机械手的工作原理工作空 间及碰撞检测都具有非常重要的指导意义。
机座的设计
机座盖板的设计
机身的设计
转台的设计
大臂的设计
小臂的设计
旋转手腕的设计
摆动手腕的设计
手抓的设计
1.8 装配后模型
1-机座 2-机座盖板 3-机身 4-转台 5-销轴3 6-手抓 7摆动手腕 8-旋转手腕 9-销轴2 10-小臂 11-大臂 12-销轴1 13-螺栓
1.9 三维实体建模模拟方案的确定
1.6焊接机械手的工作原理
固定机座后通过机身上转台的旋转和大小 手臂的运动带动旋转手腕的转动和摆动手 腕的运动，在给手抓一个配合尺寸使之能 够自由的伸缩以便夹取工件。
1.7 焊接机械手的构成和设计
焊接机械手的零部件包括:机座、机座盖板、 机身、转台、大臂、小臂、旋转手腕、摆 动手腕、手抓、销钉、螺栓、螺母等 。
SolidWorks数字化模型 →模型导入→添加复 杂约束力→仿真分析→模型优化。
六自由度机械手的运动情况给出各个转动 副的旋转角度
2.1 模拟加载与仿真
启动SolidWorks软件，如下图选择“装配图” 选项，单击“确定”按钮，建立装配体操 作界面。
2.2机构的装配过程
选择左下方“浏览”按钮如图，打开零件存放的目录，选择第一 个零件系统将默认为固定的零件，以后添加的零件依次为基准。 先选择名称为转台的零件，单击“打开”。单击界面任何位置零 件固定在界面中。在工具栏中选择“插入零部件”，如前操作打 开文件夹，继续选择零件大臂。为了不至于零件过多装配过程复 杂，采取逐个添加约束的方法，进行逐个配合并完成定位。继续 添加零件和配合的操作直到完成装配体。装配过程中合理的选择 配合关系以方便以后的运动仿真操作。如下图
基于SolidWorks六自由度 焊接机械手三维运动模拟
学生姓名: 专业:机械设计制造及其自动化 源自导教师:本课题的主要研究内容
（1）查阅机器人技术相关文章和机构，了 解国内外焊接机器人的应用和发展。 （2）画出六自由度焊接机械手部装配图。 （3）应用solidworks对机械手部分进行三维 运动。 （4）用COSMOSMotion软件对其进行仿真。
2.3机构运动参数的设置
打开“运动”选项卡，在“运动作用在”中选择“沿Z轴 平移”选项，在“运动类项”中选择“速度”选项，初始 位移设置为“0”，在“函数”中选择“恒定值”，速度设 为15mm/sec；单击“应用”按钮，完成设置。 为了保证机构在运动过程中的稳定性，对小臂和手腕铰接 的部位设计阻尼。添加过程如下：在节点“力”下选择阻 尼，单击鼠标右键，选择“添加扭转阻尼”选项，弹出 “插头 阻尼”对话框，按图示设置参数；单击“应用”按 钮，完成阻尼的设置。阻尼是为了稳定手腕的摆动过程， 从而保证整个机构的稳定性。 参数设置完成，在COSMOSMotion菜单中选择“选项”， 打开“COSMOSMotion选项”对话框，选择仿真选项卡， 将持续时间设置为16秒，帧的数目设置为800，其余参数 选择默认值，单击“确定”完成设置。单击“仿真”按钮， 对机构进行运动仿真。
1.5 Solidworsks软件的特点
(l).SolidWorks是当今世界基于NT/Windows平台的 三维机械CAD软件系统的主流产品，目前己在国 内外中小型企业中得到广泛应用。 (2).易学、易用，操作过程直观、简单，功能强大。 (3).完全汉化，使用过程中无任何语言障碍。 (4).可向下兼容二维AutoCAD，使得以前采用 Aut0CAD进行的设计可以继续使用和转化。
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