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Solidworks的机械手三维建模及其运动仿真

类别:机械制图 | 来自:未知未知 | 发布时间:2014-09-04 | 人气值:

1 机器手的三维建模 

机器手是由上承梁、下承梁、背杆、主撑、扩大臂、三联板、铲臂爪臂、二级拉杆和液压缸等零元件组成。机器手的三维建模囊括一切零元件的三维建模以及虚构总机的组装。对于机器手停止建模采纳自底向上的形式停止,即先根据有关零元件的构造和分寸构建起三维模子,再应用SolidWorks的组装体建模,依照各零元件之间的组装以及束缚联系一一停止装配,最初构建虚构总机。对于零元件的准确建模以及有关合作联系的理解是顺利构建虚构总机的要害。 

1.1 机器手零元件的三维建模 

SolidWorks零元件的建模进程为:率先选取适合的标准面,构建各零元件的立体草图;其次应用拉伸、特色扫描、缭绕、切除、放样等通知实现整机的根本特色的造型;而后应用倒角、圆角等通知实现全部的造型,最初实现整个整机的建模。 

构建各机器手印型的进程中,遇到了没有少艰难,上面联合实践提出多少点三维建模的技巧和该当留意的成绩。有些零元件特色相等的简单,相似铲臂爪臂的建模。由于它的主体特色是一度比拟简单的曲面,因为需求纯熟曲面建模的通知。曲面建模经过带掌握线的扫描曲面、放样曲面、边境曲面以及拖动可掌握的有关操作可发生无比简单的曲面,并能够宏观地对于已具有曲面停止修枝、蔓延、缝制和圆角等操作。其次正在构建上承梁、下承梁、背杆等整机根本使用拉伸切除等通知。再次画截面草图时,一些已生成的特色,能够经过实业转换通知失掉需求应用的图线.草图的构建也能够快捷精确构成。当草图中含有较多的对于称特色时,先制图一度特色,经过镜像机器、阵列通知生成对于称的特色,从而到达高效制图草图的成效。取舍适合的特色生成办法也相等主要。正常状况下,绝对于拉伸.缭绕和扫描更能高效生成模子;陈列、镜像比一一生成更快速,取舍正当的特色办法关于简单整机就娩的尤为主要了。最初,整机的销毁该当留意,把建好的整机保具有一度资料夹,便于快捷查找修正。纯熟封建主宰建模的技巧,关于模子的准确高效构建、整个虚构总机的组装、活动学分析存正在主要意思。最终构建的各零元件如图1所示。

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图1 机器手零元件图 
1.机座或者上承梁 2.背杆或者缭绕杆 3.主撑或者驱动杆 4.滑环体或者下承梁 5.扩大臂或者爪臂 6.号联板 7.二级拉杆、连杆2 8.铲臂爪臂2

1.2 机器手的组装 

Solidworks需要了壮大的组装性能,其长处为:(1)正在组装体条件下,能够便当地设计及修正零元件;(2)能够静态视察整个组装体中的一切活动,能够对于活动的零元件进言论态干预审查及间隙检测;(3)能够经过镜像、阵列零元件,设计创立出新的零元件及组装体。正在机器手的组装进程中,率先拔出的零元件会主动界说为流动运动的元件,而后顺次拔出各零元件,经过一系列的合作束缚联系,组装成零件。组装前,该当仔细分析各整机、元件正在元件、零件中的地位、作用、以及有关的组装联系、活动联系,以保障组装活动的灵敏性、没有干预性。上面经过机器手的组装进程,注明正在Solidworks中的组装体生成办法:(1)翻开组建组装体通知,即进入生成组装体的界面;(2)正在组装体界面中,点击“拔出零元件”通知,顺次如图1所示,陈列各零元件,次第依照从上到下陈列。留意拔出的零元件该当集合正在一度海域,没有要过于疏散,再不于下一步组装方法。(3)组装时,将一切的零元件经过“重合”、“平行”、“垂直”、“间隔”、“同轮轴”等合作束缚组装兴起。组装好存正在对于称特色的一方面零元件后,使用圆周阵列特色通知,之上承梁也就是基座核心轴线为核心生成剩下的对于称全体。组装时,要使用“挪动零元件”、“缭绕零元件”将整机拖动到便于合作的适合地位。组装时该当留意做干预审查,消弭组装干预。最初组装成的虚构总机如图2所示。

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图2 机器手组装图

2 机器手活动模拟 

2.1 能源学的根本原理 

组织正在时间的活动囊括平移、缭绕或者2种活动的分解。活动学根本实践使用缭绕平移矩阵来形容其活动状况,某个矩阵是一度4×4矩阵

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内中Rdde是一度3×3矩阵,它形容了组织的缭绕活动,Rtron是一度3×1矩阵,用于形容组织的平移活动。 

2.1.1 坐标系旋改变换 

组织绕时间恣意轴u缭绕,假定缭绕立场为φ,那样缭绕矩阵可示意为

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式中,ux、uy、uz辨别为时间恣意轴u的3个位置余弦,且

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正在Solidworks中构件绕一坐标轴缭绕简单完成,而绕恣意轴缭绕,需求依据旋改变换矩阵,经过一系列变迁,使构件缭绕所绕的坐标轴与时间恣意轴重合。其详细办法:以构件绕立体坐标系x轴旋改变换为时间恣意轴v轴为例,如图3所示,内中坐标系x-y-z为流动坐标系,x'-y'-z'为动坐标系。v轴式已知的,找一度与v轴相垂直的向量n,使它绕z轴缭绕,与v轴重合:那样x轴异样绕向量n缭绕相反立场,从而失去x';再将v轴与x'叉乘,失去y'轴,就失去了动坐标系x'-y'-z',从而完成了绕v轴的缭绕活动。构件绕其余坐标轴缭绕的状况能够经过异样的转换失去。

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2.1.2 坐标系平移变换 

组织平移时,其平移矩阵为

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式中

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x、y、z是构件坐标原点正在流动坐标系的坐标,而X、Y、Z为构件坐标原点正在动坐标系中的坐标,li、mi、ni(i=1,2,3)辨别为动坐标系3个坐标轴的位置余弦。 

2.1.3 组织能源学的静态静力分析原理 

依据达朗贝尔原理,将弹性力计入静力失调方程,求出为失调静负荷和动负荷而需正在原动构件上强加的力或者动量矩,以及各活动副中的反作使劲,这种分析办法称为静态静力分析。进言论态静力分析时,先要停止活动分析。求出呼应的杆件减速度、角减速度、进度和角进度等。假如已知组织的活动形态和任务屏障,使用此办法求解失调动量矩和各活动副中的反力,以及它们的变迁法则。 

立体组织某一构件正在某一地位的力失调方程能够那样来打算。正在铰链i-1处构件l与前一度构件I-l相连,正在铰链i处与下一构件I+l相连。正在铰链i处,构件遭到的束缚反力为-FRi-1。同理,正在铰链i-1处,构件遭到束缚反力FRi-1。正在铰链i-1处遭到束缚反力为-FRi-1。作用来构件I上的一切外力和外动量矩(关于原动件,没有囊括未知的失调动量矩)向质心简化,能够失去一度团结FI和动量矩MI,则构件I矢量方式的力和动量矩失调方程为

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式中ml、Jl——构件的品质和对于质心的转动惯量; 
.. 
sl——质心的减速度矢量; 
.. 
φl——减速矢量; 
pl、gl——从质心至铰链i和i-1的矢量。 

假如已知活动法则,即能够求出各活动副束缚力、作用来原动件上的失调动量矩等。 

2.2 机器手的活动模拟完成 

COSMOSMotion插件是一度集成正在Solidworks中的活动分析和模拟模块,其操作容易,简单主宰,给项目师们设计分析带来了硕大的便捷。COSMOSMotion能够对于简单机器零碎停止完好的活动学模拟和静态静力学分析。若将其模拟失去的少量机器零碎活动及能源学参数(诸如每个零元件的束缚力直线、减速度直线、零碎失调动量矩直线等),使用Excel电子表格停止解决就能够构建起机器零碎的能源学模子,求解出机器零碎正在稳固运行阶段的实正在活动法则。 

模拟的根本方法为:用Solidworks对于整机停止三维造型、组装,而后转到COSMOSMotion,组装束缚将主动转化为模拟模子的束缚,增添多余的驱能源、任务屏障,构建模拟模子就能够仿真机器运转情况,对于机器进言论力与活动分析。机器手的束缚根本为缭绕束缚,此外有下承梁的垂直平移活动。该署活动都是经过一度液压缸来完成。液压缸鞲鞴杆经过高低垂直活动,驱动液压缸鞲鞴杆装置盘作呼应的平移活动,从而牵动主撑杆或者驱动杆的平移和缭绕活动。模拟时,之上承梁为流动元件,其余元件为运动元件。仿真的进程采纳简化模子,液压缸的作用起一度传力作用.正在仿真进程中将液压缸省去,接替作用来上承梁的力驱动。 

当液压缸的鞲鞴杆向下挪动时,抓爪施行闭合的操作。当液压缸的鞲鞴杆向上挪动时,抓爪施行翻开的操作。抓取接触进程中,固紧物体和铲臂指尖的彼此作使劲形成一对于束缚反力,力学上它随液压缸中的油压没有同而变迁,也随固紧物体本身刚刚度的强弱和接触本质而变迁。假定正在抓取进程中,没有思忖固紧物体的可兽性即固紧物体没有因铲臂指尖的接触而发生挤压和切人毁坏,固紧物体与铲臂指尖发生彻底的严密接触,这正在力学上用同端束缚环境加以解决。 

白文中钻研铲臂指尖距离200mm时,抓爪背杆接受的束缚力随工夫的变迁联系。液压缸需要的驱能源从0逐渐加长直到200kN,200kN项目上即相等于20t的力。打算中共取200个迭代位数,即大概相等于每一步长(或者每0.1s)增多1kN内外的力,停止迭代打算,从而求出抓爪背杆接受的束缚力随工夫的变迁联系。机器手束缚解决图如图4所示,驱能源的模拟图线如图5所示。

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退出驱能源后,运转motion通知,从而实现活动模拟打算。打算实现后顺次生成背杆束缚处的束缚力,如图6所示。

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图6 左边背杆与上承粱垂直位置束缚力随工夫变迁曲缎
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图7 左边背杆与驱动杆垂直位置束缚力随工夫变迁直线
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图8 左边背杆活动副垂直位置束缚力随工夫变迁直线

图6、图7和图8顺次示意左边背杆与上承梁的缭绕束缚、驱动杆缭绕束缚、三联板缭绕束缚垂直位置力随液压驱能源变迁的直线图。从图示能够看出背杆的垂直位置受力正在恣意工夫维持失调。异样能够失去其余位置的背杆受力求以及其余零元件的束缚力求线。停止其余地位束缚时,异样能够失去其余地位处零元件的束缚力求线,该署可作为进一步机器手强度设计的输出数据。(end)

 

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