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六自由度机械臂的三维建模分析案例综述

建模软件简介

SolidWorks有限公司是美国达索系统(DassaultSystemes)旗下的控股公司,SolidWorks有限公司创立于一九九三年,由PTC有限公司的技术副董事长与CV有限公司的副董事长领导,企业总社设在马萨诸塞州的康克尔郡(Concord,Massachusetts)内,当初的主要工作目标是期望在每一位工程人员的桌面上,创造一种有生产力的实体模型设计管理系统。自一九九五年发布了第一个SolidWorks的三维机械设计软件产品,至二零一零年已设有分布于世界各地的办公室,并已通过三百余家销售商在全世界的一百四十多个国家开展了销售和分销该软件产品。

Solidworks拥有十分全面的机械设计功能,可以提供简单快捷的三维设计平台,并且还可以将加工零部件与工程图关联设计,在三维建模变化的时候,对应的加工工程图也能够做到即时变化,极大地提高了产品设计效果,所以本文使用了Solidworks2018实现了三维建模,并绘制六自由度机械臂的二维图纸。

零件三维建模

前面的章节对六自由度机械臂的关键零部件进行了详细的计算，为了验证计算的合理性，同时能够更形象直观的表达毕业设计的效果，通过三维软件结合前面设计的尺寸来进行建模，能够直观的反映所涉及参数的合理性，对于诸如干涉等重大设计缺陷，可以进行及时的弥补和修改。以下是针对本文设计的六自由度机械臂的详细建模过程：

大臂的建模

首先打开三维设计软件，新建模板，进入零件设计模板格式，确定所要新建零件的名称，分析所要绘制的零件结构特征，构思建模顺序，根据结构尺寸，初步绘制特征的草图，再通过拉伸、旋转、抽壳等操作完成零件基体的绘制，随后通过倒角、倒圆等特征命令，对结构进行细化，还可以通过异形孔向导对所要连接的圆孔和螺纹孔进行绘制，绘制的大臂的三维模型如下图所示。

图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s11六自由度机械臂底座的三维建模

图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s12六自由度机械臂主臂的三维建模

图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s13六自由度机械臂的连杆三位建模

图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s14六自由度机械臂的传动齿轮三维建模

虚拟样机装配

在绘制完成大部分零件以后，便可以根据各零件之间的位置和约束关系进行虚拟装配，虚拟装配的好处是可以直观的了解所设计的六自由度机械臂各零部件之间是否发生干涉，以便于及时调整模型尺寸来满足设计需求。

在solidworks中，为了实现零件与零件之间的虚拟装备，常见添加约束的方式有圆孔与圆孔同心约束，面与面之间的重合约束，面与面之间的平行约束，线与线之间的距离约束等，为了防止所建立的虚拟装配体在三维软件中发生错乱现象，需要对装配体的某一部件进行固定约束，本毕业设计对6自由度机械臂的底盘进行固定约束。

三个软件提供了干涉检查功能，可以通过干涉检查功能方便的调取零部件之间几何关系，如果发生了重叠干涉等现象，就会以特殊的颜色进行显示，这大大提高了所设计的六自由度机械臂的可靠性。

通过以上方法建立的虚拟装备体，最终得到6自由度机械臂的三维模型如下：

图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s156自由度机械臂三维模型

建立以上三维模型以后，还可以用鼠标点击其中某一个零件并进行移动，可以模拟机械臂在真实环境中的移动情况。此外软件还提供了运动仿真插件，在同一三维软件中可以自动识别约束关系，只需要添加相应的驱动，便可以完成运动仿真。