基于Solid works的机械手运动仿真设计

郑向华

（成都工业学院机电工程系 四川 成都 611730）

0 引言

机械手对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，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，更能提高劳动生产率和自动化水平。随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于Solidworks软件，使得设计效率大大提高[1]。

本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

1 机械手工作原理

上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓握功能。手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时,手指姿态不变,作平动。机械手手爪的结构见图1，①为支架、②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。

通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时,手爪是处于张开的过程。这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。

图1 机械手装配简图

2 基于Solidworks机械手仿真动画设计

2.1 Solidworks介绍

SolidWorks是一款功能强大的中高端CAD软件，方便快捷是其最大特色。它有全面的零件实体建模、生成工作机构的分解动画制作和高级动画制作等功能该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学、易用等特点，是当前最优秀的中档三维CAD软件之一。

SolidWorks有全面的零件实体建模、生成工作机构的分解动画制作和高级动画制作等功能。工作原理最好的表达方式莫过于动态仿真，因为动态仿真是一种传递工作过程中各组成零件动作情况的良好载体，它的特点就在于形象和直观。Animator插件就是一个与Solidworks完全集成的动画制作软件插件，它能将Solidworks的三维模型实现动态的可视化，并且实时录制构件的模拟装配过程、模拟拆卸过程和构件的模拟工作过程，将构件的工作情况得到更好地表达，增强了人们对构件的认识和了解。该软件在工业生产中的应用不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约大量建设投资。

并且，随着信息技术在 各领域的 迅速渗透，CAD技术已经得到广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新型技术、促进经济增长都具有十分重要的意义[2][3]。

2.2 机械手仿真动画的建立

1）启动SolidWorks，选择“文件”→打开机械手装配图，然后在工具栏中单击Animator，新建立一个，动画制作界面（如图2所示），设定机械手是通过气动杆来传力给手指；

图2 动画制作界面

2）将机械手气动杆移动到初始位置；将时间滑杆拖到结束时间；将机械手气动杆移动到最终位置。完成动画的时间设定；

3）选择主动件螺纹孔连杆，移动它，使两手指闭合到距离最短处，则设该位置为初始位置；

4）拖动时间码到15秒处即时间滑杆从00：00：00处移动到 00：00：15 处；

5）再次选中螺纹连杆，将其拖动到使两手指分开距离最大处。此为零件的最终位置；

6）单击动画控制器弹出式工具栏的播放按钮，进行演示。（其中螺纹连杆的时间线为绿色，其余零件时间线为黄色，因为螺纹连杆是主动件后面的零件为从动件）上面三步使机械手完成一个由张开到闭合的过程，但实际运用中手指的张开闭合是要求非常连贯的，那样才能满足需要。

7）制作机械手由夹紧状态到松开零件的过程。

接着上步的操作将螺纹连杆拖动到使手指张开距离最大的位置，再吧时间码 在刚才00：00：15的基础上再向右拖同样的距离到达00：00：30，最后把螺纹连杆拖动到使两手指闭合距离最短处，完成整个动画过程的制作。

该动画的制作将构件的工作情况得到更好地表达，增强了人们对构件的认识和了解。该软件在工业生产中的应用不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约大量建设投资。

3 结论

本文对机械手机构进行设计研究，运用SolidWorks对其结构建模设计，手指夹取物体时的仿真动画。本次设计充分利用了计算机辅助设计，基于SolidWorks的机械手仿真动画很好地实现预期运动,对系统设计起到很好的效果，提高设计效率。

［1］苏子昊，孔庆忠.关节型机器人二指平动手爪的设计[J].机械工程与自动化，2008，10.

［2］詹迪维.Solidworks快速入门教程：2009中文版[M].机械工业出版社.

［3］云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室.Solidworks 2009基础教程[M].清华大学出版社，2009，12.