基于SolidWorks的机械手三维建模设计实践

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进行繁重的劳动，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。

    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向动化技术设备。

1 机械手的工作原理

    上料机械手直接与工件接触，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为气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺钉、⑧为短连杆、⑨和⑩为手指。

    图1 机械手装配简图

    它是通过气动杆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，用气缸带动气动杆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。

2 基于SolidWorks的机械手三维建模设计

    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。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。

    2.2 对三孔板的建模

    (1)启动SolidWorks，创建一个新的零件文件；

    (2)绘制草图。分别选择“草图”工具栏中的直线、圆弧等功能按钮建立草图并标注尺寸如图2所示；

    图2 绘制草图

    (3)拉伸实体。执行“插入”中的“凸台/基体”中的“拉伸”菜单命令，或者单击“特征”工具栏的“拉伸凸台/基体”图标，此时系统弹出“拉伸”对话框。在“深度”一栏中输入值9，然后单击“确定”图标，如图3；

    图3 拉伸实体

 (4)圆角实体。执行“圆角”菜单命令，在半径一栏中输入10，然后单击“确定”按钮；

    (5)绘制螺纹底孔。在建立草图的面上再建一草图直径为4.92的圆，在“深度”一栏中选择“完全贯穿”最后单击“确定”按钮；

    (6)插入螺旋线。在该对话框中的“定义方式”下拉列表框中选择：螺距和圈数（定义螺旋线时，必须指定两个数值，第三个数值会被自动计算出来）分别输入下图所示值后单击确定按钮，完成螺旋线的插入；

    (7)建立扫描除料草图。首先添加基准面，选择创建的基准面建立扫描除料草图并如图4；

    图4 建立扫捕除料草图

    (8)扫描切除实体。单击“特征”工具栏中的“扫描切除”图标，此时系统弹出“切除-扫描”对话框。在“轮廓”一栏中，用鼠标选择上一步骤画的草图；在“路径”一栏中选择前面插入的螺旋线如图5所示。单击对话框中的“确定”图标，经过倒角最终模型如图6所示。

    图5 扫描切除后的图形

    图6 三孔连板

    2.3 其它零件建模及装配体的建立

    用以上建模方法还建立了其他零部件模型，如图7所示。

    图7 其它零件建模

    将所有的零件三维模型建立后，就可以将之进行装配。创立一个新的装配体文件，选择需要的零部件，将各个零部件插入装配文件中，添加各零部件配合关系，完成装配体如图1所示。

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。本次设计充分利用了计算机辅助设计，基于SolidWorks的机械手三维建模很好地实现预期设计，对系统设计起到了很好的效果，提高了设计效率。