基于UG的机器人底座安装件的建模与加工仿真摘 要随着科学技术的不断进步和社会的发展，人们期望更多的智能化设备来解放人类劳动。作为生产中的重要一环，产品装箱的自动化开始受到关注，于是装箱机器人便应运而生。基于现代设计方法的思想,本文介绍了电动式装箱机器人的发展和应用,对装箱机器人底座的机械结构设计、三维参数化建模、虚拟装配进行了研究。使用UG工程软件的独特参数化建模技术，得到装箱机器人底座各所有零部件的实体的模型，从而实现参数化建模。运用虚拟装配技术来完成该装箱机器人底座所有零部件的虚拟装配，得出装箱机器人的虚拟数字模型。通过设置参数进行仿真和结构优化,实现了装箱机器人底座整个运动过程的仿真，检验了所取方案及所建模型的合理性，验证了装箱机器人底座结构设计可行性。为以后的装箱机器人底座设计和改进提供了依据，具有一定的科研和社会效益。关键词：装箱机器人底座 UG 虚拟装配 运动仿真ABSTRACTWith the constant progress of science and technology and the development of the society,people expect more intelligent equipment instead of manual labor.As an important link in production,product packing automation has began to be concerned.Therefore,the loadingrobots appeared.According to the idea of modern design,this paper introduces the development and applications of electrical type loading robots,the structure of the machine is designed,three dimensional parameter modeling,virtual assembly and simulation of kinematics and dynamics are also studied in this paper.3D solid models of exchanging worktable dispensers parts are established by software UG,And parameter modeling is also achieved.Virtual assembly technology is used and the integral virtual assembly model of the dispenser is gained.Setting the function parameters to do dynamic simulation as well as structural optimization,and realizes the loading robots motion simulation of the entire movement, examined the scheme and the rationality of the model and verified the feasibility of the robot structure design,and provides basis for product design and improvement of the robots,have made a certain scientific research and social benefits.Keywords: loadingrobots; UG; virtual assembly; motion simulationII目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题研究的来源及概况11.2 虚拟仿真技术及其意义11.3课题主要研究内容11.4 UG的发展现状21.5本章小结3第2章 装箱机器人底座整体方案设计42.1装箱机器人底座设计方案42.2 方案的选择42.3系统的通讯设计42.4本章小结5第3章 机器人零件结构和参数的的设计63.1机械手的设计63.1.1抓手结构的设计63.1.2 爪片的设计73.2 车身的设计73.2.1上车身的设计73.2.2下车身的设计83.2.3支板的设计93.3本章小结11第4章 装箱机器人底座的建模与虚拟装配 124.1基于UG的参数化建模124.1.1参数化设计概述124.1.2 参数化设计的主要实现途径124.1.3 装箱机器人底座关键零部件的设计与建模124.2基于UG的虚拟装配技术134.3装箱器人虚拟装配144.4本章小结17第5章 装箱机器人底座的运动仿真185.1运动仿真系统的整体构架185.1.1 系统工作流程图185.1.2 用户操作流程图195.2运动仿真的创建195.3系统运动学仿真结果分析215.4本章小结24总结25参考文献26致谢27IV第1章 绪 论1.1课题研究的来源及概况随着社会生产力和科学技术的日趋发展，社会生产的分工更加明确，这在现代化的大产业中表现的尤为明显。有一些人每天就只管一批衣服上的一颗纽扣，有的人整天就是盯着电脑屏幕，就像电影摩登时代中表达的那些镜头，人们感到自己在一步步走向异化，进而导致各色职业病逐渐产生，所以人们强烈希望用某种智能设备代替人类工作，于是科学家经过不懈努力做出了机器人，用以代替人们去完成那些讨厌、无趣、消耗生命的工作。机器人相比于普通的工人来说，有无可比拟的优点，它具有定位精度高、可从事繁重的搬运工作、可24小时不间断工作等。这些优点将使得采用机器人的生产线比人工作业更有效率且成本更低。因此，将机器人和机械臂等自动装置应用于生产也是工业发展的必然趋势。一般来说，机械臂带有6个自由度，去掉一个用于夹持物体的自由度，还有5个用于空间定位的自由度，这种类型的机械臂能用于搬运物体，在定位空间坐标位置的同时任意改变物体的朝向角度是不可实现的，比如说调整物体的法线和切线方向，而调整这两个方向在精密组装过程中是必要的。因此，为了同时能够空间定位以及角度定位，有必要增加机械臂的自由度，比如说7自由度机械臂，如果不能确定自由度，则可用仿真软件确定。UGnigraphics NX是一个产品工程的解决方案，它是由Siemens PLM Sofwar公 司出品的一款软件，它为用户的加工过程及产品设计提供了数字化模型和检验的手段。Unigraphics NX根据用户的工艺设计和虚拟产品设计的要求，提供了解决方案，这种解诀方案是经过实践验证的。UG具有三个设计层次，即子系统设计、组件设计和结构设计。所有的信息被分布于各子系统之间。本论文使用的运动仿真软件是由美国MDI公司进行开发设计的ADAMS软件，这款软件是现在最具权威性的机械系统运动学与动力学仿真的软件。它的求解器是使用的拉格郎日方程来进行建立系统运动学和动力学方程，对虚拟的机械系统进行运动学和动力学的分析，并且在分析之后输出加速度、反作用力、速度和位移的曲线，整个运动的过程是通过在计算机上建立虚拟样机来模拟复杂的机械系统的。其中ADAMS软件的核心模块包括ADAMS/View和,ADAMS/Solver。如图2-1是现场作业示意图，根据工业现场的要求，需要将一个边长为85mm、质量为80kg的正方体物块从一个工作位抓取到另外一个工作位，两工作位的距离是140cm，中间有一个高13cm的挡板。为了实现物块的运输需要，在正对挡板100cm处安装一个机械臂底盘，机械臂抓手的初始位置设定在挡板正上方15cm处。装箱机器人底座契合了人们的这项要求，经过数代科学家的辛勤耕耘，如今的装箱机器人底座已具备较强的工作能力，在越来越多的场合发挥着重要作用。但是美中不足，年轻的装箱机器人底座还需要成长，许多地方亟待改进。基于此，本文在总结国内外机器人研究的成果之后，提出适当改进，增加了设计者的独到见解。1.2虚拟仿真技术及其意义虚拟仿真又被叫做虚拟现实技术，通俗地讲，就是用一个虚拟的系统来模仿另一个真实系统。而严格的说，虚拟仿真是上世纪伴随着计算机技术的发展而产生的一项事物。随着计算机的发展，虚拟仿真也逐步形成了一个特有的体系，成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。虚拟仿真技术在产品的设计和开发当中具有极其广泛的应用，面对如今全球制造业的发展趋势，人工生产早已不再适应生产力的发展和人民生活质量的提高，高新技术已显示出及其巨大的威力，并且虚拟现实技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革新。虚拟现实技术的产生和应用，将使工业设计更加符合当今社会发展的需要，已成为现在制造业中不可或缺的一部分。1.3课题主要研究内容本文在研究装箱机器人底座设计的理论基础上，深入研究UG NX8.0的运动仿真模块的应用，完成了装箱机器人底座的结构方案设计设计及其运动仿真。内容如下：（1）分析了该装箱机器人底座的运动方案和实现方法，使用UG建模完成机器人的三维模型；（2）设置了装箱机器人底座所有运动副的位置，计算并选取合适的运动副参数；（3）利用UG参数化建模对装箱机器人底座所有零部件的参数化建模，并对UG参数化建模方法进行总结；（4）对装箱机器人底座进行运动学和动力学仿真，检测该机器人设计方案的优劣。1.4UG的发展现状UG（Unigraphics NX）是EDS公司研发的工程软件，针对用户产品设计与研发的要求，提供了强大而又有独特优势的解决方案。它很容易实现多种复杂实体及造型的建构。UG发展过程如表1-1所示。表1-1 UG发展详表UG发展史 UGS由美国麦道公司研发，60年代起逐渐步入商业化 1976年McDonnell Douglas收购开发Unigraphics 1989年 Unigraphics公司正式与UNIX合作1990年波音公司选择Unigraphics作为其机械CAD/CAM/CAE的标准 1991年GE发动机公司并入EDS公司，并且改名为EDS Unigraphics 1993年Unigraphics引入复合建模，可将线框建模、半参数化及参数化建模融为一体1995年3M公司选择EDS Unigraphics；Unigraphics首次发布Windows NT版本 1996年通用(GM)公司将UG当做CAD/CAM的标准1998年并购Intergraph的机械CAD/CAM业-Solid Edge和EMS软件 2001年收购了I-DEAS软件，将其改为EDS PLM Solutions2003年EDS改名，成为UGS2004年Unigraphics发布了新版本的UG NX3.02005年Unigraphics发布了新版本的UG NX4.02008年Siemens PLM Software发布NX6.0 2009年NX 7.0引入了“HD3D”（三维精确描述）