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CATIA软件模型约束与运动CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）是一款常用于机械设计与制造的三维建模软件。
它提供了一系列的工具和功能，以便设计师能够创建和修改复杂的产品模型。
在设计过程中，模型约束和运动是非常重要的一部分，它们能够确保设计的正确性和可行性。
本文将介绍CATIA软件中的模型约束和运动的基本概念、常用操作以及其在设计中的应用。
一、模型约束的概念和功能在CATIA中，模型约束是指将模型中的几何元素限制在一定的相对位置上，以满足设计需求。
模型约束的主要功能有以下几个方面：1. 防止模型的自由度过多，保持几何形状的稳定性和完整性；2. 确保模型的各个部分之间相对位置的准确性和一致性；3. 实现模型的自动更新，减少设计者的工作量。
二、模型约束的基本类型和操作在CATIA软件中，常见的模型约束类型包括水平约束、垂直约束、距离约束、角度约束等。
以下将介绍这些常见约束类型和它们的操作方法：1. 水平约束：用于将模型中的线段或边限制在水平方向上。
在CATIA中，通过选择需要水平约束的线段或边，并将其与参考轴或参考线水平对齐来实现水平约束。
2. 垂直约束：用于将模型中的线段或边限制在垂直方向上。
在CATIA中，通过选择需要垂直约束的线段或边，并将其与参考轴或参考线垂直对齐来实现垂直约束。
3. 距离约束：用于控制模型中两个点或两个边之间的距离，以保持它们的固定间距。
在CATIA中，通过选择需要进行距离约束的两个点或两个边，并输入期望的距离值来实现距离约束。
4. 角度约束：用于控制模型中线段或边的交角，以确保其满足设计需求。
在CATIA中，通过选择需要进行角度约束的线段或边，并输入期望的角度值来实现角度约束。
三、模型运动的概念和功能除了模型约束，CATIA软件还提供了丰富的功能来实现模型的运动。
模型运动是指通过改变模型中的参数或控制点，使其能够在设计空间中自由移动和变形。
第16章 CATIA 运动分析16.1 曲轴连杆运动分析四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动分析是较复杂的机械运动。
曲轴做旋转运动，连杆左做平动，活塞是直线往复运动。
在用CATIA作曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示。
（1）设置曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接。
（2）创建简易缸套机座。
（3）设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接。
（4）模拟仿真。
（5）运动分析。
16.1.1 定义曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接1.新建组文件(1)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，如图16-1所示。
图16-1 进入“装配件设计”模块（2）进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取“Chapter16/huo-sai-xiao.CATPart、huo-sai.CATPart 、lianganzujian.CATproduct、quzhou.CATpart”，将这些零件体载入到Product1中。
（3）此时，零件体载入后重合到一起，点击分解图标，出现分解对话框如图16-2所示。
然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，如图16-3所示，警告各零件的位置会发生变，点击警告对话框的按钮“是”，我们会发现各个零件分解开来。
图16-2 分解对话框图16-3 警告对话框（3）由于连杆体零件是装配体，各部分之间存在约束，点击“全部更新”按钮，我们会发现连杆体组件恢复装配后的样子。
（4）点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择活塞销中心线及活塞孔中心线，如图16-4所示。
然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择活塞销的一个端面及活塞孔一侧的凹下去细环端面，如图16-5所示，此时出现“约束属性”对话框，如图16-6所示。
将对话框中的“偏移”一栏改为“3.75mm”，点击“确定”按钮，完成活塞销端面和活塞内凹孔细环端面之间的偏移约束关系。
产品研发一部底盘室：马学超题目：基于CATIA运动仿真案列解析DMUDMU—案例讲析•1、运动分析证明带夹角十字轴不等速性运动分析证明带夹角十字轴不等速性及、三轴平行的等速性；及一、三轴平行的等速性；2、绘制单前桥转向的实际转向特性曲线；单桥转向实转向特性曲线3、扫掠包络体和运动间隙、干涉校核；DMU—案例讲析DMU•案例一：运动分析证明带夹角十字轴不等速性及一、三轴平行的等速性DMU—案例讲析DMU本案例以通用结合为基础，先做运动仿真，模型如下；仿真步骤就不再赘述在蓝色零件和灰色零件之间的旋转结合设置驱动角度，其余两个设为从动件；由右下图的十字销轴线方向可以的“十字销轴线方向”可以看出通用结合是在两个旋转结合之间用默认的十字轴或是万向节接所以可以看成是传动轴间的动；连接，所以可以看成是传动轴之间的运动；DMUDMU—案例讲析设置完成之后，点击（使用命令进行模拟）按钮，弹出如下图1所示窗口，并点击“激活传感器”，弹出如下图2所示窗口，依次将窗口中的三个旋转结合的传感器打开，“观察到”下方的“否”图1全部变为了“是”；此时用鼠标在图1中拖动滚动条到个极限位置然后选中拖动滚动条到一个极限位置，然后选择“按需要”，并点击让其旋转两周；图2DMU—案例讲析DMU旋转过两周之后，点击“传感器”窗口中的“图形”按钮，系统便会自动弹出如下图1所示窗口，图中左边窗口表示三个旋转结合的运动曲线图，横坐标表示步骤数，纵坐标表示瞬时角度值；图1DMU—案例讲析DMU由右两图可以分析出，红色线和黄色线完全重合，色线和黄色线完全重合表示旋转结合1和旋转结合3的瞬时角度值始终是相等的；黄色线和绿色线并未重合，而是随着的步骤数或是时间的变化，存在着大、小、相等关系的波动；由上可得结论：夹角相等的传动轴的角速度是时刻相等的，夹角不同的传动轴的角速度是不相等的；DMU—案例讲析DMU•案例二：绘制单前桥转向的实际转向特性曲线首先对前桥产品中各个部件之间的结合关系进行分析（此处已将左轮毂与做轮胎合并为一个part，右轮毂与轮胎合并为一个part）：左轮与工字梁之间是旋转结合，左轮与横拉杆之毂与轮胎合并为个t）左轮与工字梁之间是旋转结合左轮与横拉杆之间是球头结合，右轮与横拉杆之间是球头结合，右轮与工字梁之间是旋转结合；按照分析，依次将各结合实施好；DMUDMU—案例讲析按照分析将各个部位结类束好按照分析将各个部位的结合类型约束好，发现系统的自由度并不为0，不会提示“可以模拟机械装置”，那是因为横拉杆和左右车轮之间的两个球头结合并不能将横拉杆绕本身轴线转动的自由度约束住，所以不能模拟，此时我们可以将左端的球头约束处添加一个万向节，由球头约束转化成十字轴与万向节前后节叉之间的两个旋转结合，再将前节叉与左轮之间的两个旋转结合再将前节叉与左轮固连在一起，后节叉与横拉杆固连在一起，这样便能够约束住横拉杆的转动；十字轴的中点就是球头的中点；DMUDMU—案例讲析yzxo一根杆本身具有6个自由度，分别为沿x、y、z三个轴的轴向移动，和绕三个轴的转动，轴头处的两个球面结合能够将杆本身的沿三个轴的轴向移动约束住，的转动轴头处的两个球面结合能够将杆本身的沿三个轴的轴向移动约束住绕y轴和z轴的转动自由度能够约束住，但是绕x轴，也就是本身球头中心点连线的转动自由度没有约束住，所以自由度是没有约束完全的，所以要将其中的一处球面结合转化为其他形式的结合类型；DMU—案例讲析DMUyzxo对于具有折弯的杆系，对其一端处球面结合类型的转化或添加其他形式的结合类型非常关键，杆系绕球头中心点连线的轴线的转动角度如果失真的话，会导致杆型非常关键杆系绕球头中心点连线的轴线的转动角度如果失真的话会导致杆系折弯处与周边零部件之间的干涉、间隙校核出现严重错误，经过一定量的实验经验验证，将一端处的球面结合转化为一个万向节的方式较为合理，没有太大出入，并且理解、操作较为简单；入并且理解操作较为简单DMUDMU—案例讲析※将两个球头中一个球头结合转化成万向节连接是一个重点，也是难点，将两个球头中个球头结合转化成万向节连接是个重点也是难点万向节的初始位置对仿真模拟的运动真实性有很大影响，尤其是在有多个万向节并用的时候，这个要在反复的尝试和经验的指导中寻找到比较合适的位置与状态；DMU—案例讲析DMU将万向节的结合设置好之后，系统便会提示将万向节结设好后统便会提示“可以模拟机械装置”，此时产品中的树的状态如右图所示，双击“旋转1”，弹出右下图所示窗口，对其中的角度进行设置，左转为‐45deg，右转为36deg，设置完成点击确定；DMU—案例讲析DMU单击（使用命令进行模拟）按钮，弹出右上图所示窗口，点击“激活传感器”，弹出如右下图所示窗口，将其中“旋转1”、“旋转2”的传感器打开，其状态由“否”变为“是”；此时，点击上图窗口中的按钮，让滚动条此时点击上图窗中的按钮让滚动条滚动一圈，此时，点击下图窗口中的“图形”按钮，便会弹出下页中的曲线图；DMUDMU—案例讲析系统自动生成右图曲线图为旋转1和旋转5即左轮和右轮的不同步骤时或是不同时刻时的角度值同时刻时的角度值；DMU—案例讲析DMU点击右图中“文件”按钮，会弹出右下图所示窗口，此窗口为上页所示曲线图的各个步骤时的对应的角度值的excel表格导出命令，将此表格文档命名为“texingquxian”，并保存；DMU—案例讲析DMU双击，打开文档，文档中C列为左轮的瞬时文档中“”列为左轮的瞬时转角值，“D”列为右轮的瞬时转角值，其所处表格格式为文本格式，先将其转化为“文本”格式，先将其转化为“数字”格式；DMU—案例讲析DMU在excel中插入X Y（散点图），然后点击，弹出右下图，点击窗口中的“添加”按钮，弹出下页窗口DMU—案例讲析DMU右图中系列名称填写转向特性右图中“系列名称”填写“转向特性曲线”，“X轴系列值”选择“C”列数据，“Y轴系列值”选择“D”列数据点击确定时文档中图表据，点击确定，这时文档中图表变为下图所示曲线，此便为以数模为基础的“实际转向特性曲线”通过“实际转向特性曲线”与“理论转向特性曲线”的比较，可分析“吃胎”问题；“吃胎”问题DMUDMU—案例讲析案例中要点此案例中的要点：1、数模的准确性：数模中的主销倾角，横拉杆长度，梯形节臂，球头中心点位置的准确等；2、等效转换球头结合的万向节的节叉的初始位置的合适性；DMUDMU—案例讲析•案例三：扫掠包络体和运动间隙、干涉校核将4181车型数模按照如图所示进行装配，零件有：车架（包含固定在车架上的方向机及转向操作机构，前悬架总成，前轴挡泥板）转向垂臂，直拉杆，左转向轮，工字梁，横拉杆，右转向轮；DMU—案例讲析DMU具体结合类型：转向垂臂和方向机之间为旋转结合，垂臂和直拉杆之间为球头结合，直拉杆和左转向轮的转向节臂之间为球头结合，左转向轮为球头结合直拉杆和左转向轮的转向节臂之间为球头结合左转向轮和工字梁之间为旋转结合，左转向轮梯形臂和横拉杆之间为球头结合，横拉杆和右转向轮梯形臂之间为球头结合，右转向轮和工字梁之间为旋转结合，设置车架为固定件，工字梁和车架固连在一起，左转向轮和工转结合设置车架为固定件工字梁和车架固连在一起左转向轮和工字梁之间的旋转结合设置驱动角度；DMU—案例讲析DMU由案例2知：连续的两个球头结合中，要将其中的一个球头结合转化为一个万向节的连接，现在产品中导入万向节叉和十字轴，将转向垂臂和直拉杆之万向节的连接现在产品中导入万向节叉和十字轴将转向垂臂和直拉杆之间的球头结合用一组万向节代替，前后节叉分别与十字轴之间设置旋转结合，前节叉与转向垂固连在一起，后节叉与直拉杆固连在一起，将左转向轮梯形臂和横拉杆之间的球头结合用组万向节代替，前后节叉分别与十字轴之间臂和横拉杆之间的球头结合用一组万向节代替，前后节叉分别与十字轴之间设置旋转结合，前节叉与左转向轮梯形臂固连在一起，后节叉与横拉杆固连在一起，此时系统会提示“可以模拟机械装置”；DMU—案例讲析DMU各个部位的结合命令和刚性连接以及固定件都设置好之后，模型树如右图所示；将左轮和工字梁之间的旋转结合设置驱动角度，范围‐45deg到36deg；DMU DMU—案例讲析单击中的（模拟）按钮，弹出右边图1、图2两个窗口，将图1中滚动条拖动到一边极限位置，此时将图图1滚动条拖动到边极限位置，此时将图2窗口中“动画视点”和“自动插入”按钮激活，此时再用鼠标拖动图1中的滚动条来回滚动一遍，然后点击确定；图2DMUDMU—案例讲析此时在左边的树中会显示如右图所示，会生成一栏“模拟”DMU—案例讲析DMU接着点击中第二个（编译模拟）按钮，弹出下图所示窗口，直接点击确定系统会自动成放点击“确定”，系统会自动生成“重放”文件，在左边树中会增加如下图显示；DMU—案例讲析DMU点击中的（模拟播放器）按钮，弹出下图所示窗口，此时在左边树中点击，播放器被激活，此时单击播放器窗口中的各个按钮，仿真运动会自动播放；DMUDMU—案例讲析点击中的（扫掠包络体）按钮，弹出右图1所示窗口，点击“要扫掠的产品”后面的按钮，弹出如下图2窗口，会显产品”后面的按钮弹出如下图窗口会显示出所有要扫掠包络体的产品，这里只做左轮的包络体，单击确定；将图1中的“轮廓”项激活，过滤精度改为1mm；单击预览；激活“过滤精度”改为图1图2DMUDMU—案例讲析单击预览之后，系统会自动计算生成包络体，生成包络体过程比较慢；右下图所示便是左轮的扫掠包络体；DMU—案例讲析DMU此时点击“扫掠包络体”窗口中的“保存”按钮，系统自动弹出生成包络体的保存窗口，其命名可根据需要进行更改，其格式只有四种供选择；这里选择cgr格式进行保存；DMU—案例讲析DMU保存完之后，在“插入”中点击“现有部件”，找到刚才保存的左轮的包络体，插入到装配文件中，此时包络体被导入到装配文件中，如右图显示；件中如右图显示（保存的包络体文件）DMU—案例讲析DMU本案例要点：1、关于万向节的引用，各个位置点必须做到与实际一致，并且在进行结合设置之前，必须保证同轴和平面平行；在进行结合设置之前必须保证同轴和平面平行2、扫掠包络体必须先进行“模拟”‐‐“重放”；（这里只介绍这一种，扫掠包络体还可以识别“追踪”）。
基于CATIA的机械手虚拟装配及运动仿真研究花勇;赵刚【摘要】Through the analysis of structure characteristics and motion property of the manipulator, this paper use CATIA software to parametric modeling for manipulator and on this basis to virtual assembly, interference checking and dynamic simulation analysis, which enable it to meet the functional requirements of the automatic production line, greatly improved manipulator of the automatic production line design efficiency, shorten the de-velopment time and reduce development costs.%在分析机械手的结构特点及其运动属性的基础上，利用CATIA软件对机械手零件进行参数化建模并在此基础上对机械手进行虚拟装配、干涉检查和运动仿真分析，使其满足自动生产线的功能要求，可大大提高自动生产线机械手的设计效率，缩短开发时间，降低开发费用。
【期刊名称】《现代农业装备》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P26-29)【关键词】CATIA;机械手;虚拟装配;运动仿真【作者】花勇;赵刚【作者单位】江苏食品药品职业技术学院，淮安 223003;江苏食品药品职业技术学院，淮安 223003【正文语种】中文随着我国国民经济飞速发展和工业生产自动化程度水平的提高，自动化生产线在机械加工、轻工机械等机械制造领域中有着日益广泛的应用。
・５８・机器人技术扰芴２０１１年第０１期总第３８卷和运动学逆问题。
运动学正问题（ＤｉｒｅｃｔＫｉｎｅｍａｔｉｃＰｒｏｂｌｅｍｓ，ＤＫＰ）：给定机器人手臂、腕部等构件的几何参数及连接各构件运动的关节变量，求机器人末端执行器对于参考坐标系的位置和姿态。
参考坐标系为固定在大地上的笛卡尔坐标系，作为机器人的总体坐标系，也称为世界坐标系（ＷｏｒｌｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ）；目前运动学正问题的研究主要是利用齐次坐标变换矩阵方法将位置和姿态统一描述，该法思路清晰，但运算速度较慢。
随着机器人机构自由度的增加对运动学逆问题的讨论带来很多不便。
运动学逆问题（ＩｎｖｅｒｓｅＫｉｎｅｍａｔｉｃＰｒｏｂｌｅｍｓ，ＩＫＰ）：已知机器人各构件的几何参数和机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态，求解关节变量的大小。
机器人运动学逆问题是编制机器人运动控制系统软件的基础。
运动学逆问题比正问题复杂的多，主要表现在逆解的存在性和非唯一性，存在性决定机器人的操作空间，逆解一般来说非唯一。
目前对具有特殊形状的机器人机构如球形手腕机器人机构，其逆解是闭式的，但是不唯一。
对一般的机器人机构逆解必须使用数值计算方法，因而数值解的计算速度和精度受到人们的关注，同时机器人机构中常见的奇异状态（不可解状态）在数值解中如何避开也是讨论问题之一。
１机器人本体结构简介及数学模型的建立１．１机器人本体结构简介本文以Ｍ一６ｉＢ机器人为研究对象的六自由度工业机器人，其建立的实体模型如图ｌ所示。
具体关节结构由回主体具体关节结构由回转主体（腰关节）、大臂（肩关节）、小臂（肘关节）、腕部（腕关节）等几个部分组成。
机器人回转主体实现机器人主体的回转，由固定底座和腰关节组成，驱动电机ｌ安装在腰关节的轴中心，驱动腰关节的回转。
电机２安装在大臂与小臂的关节连接处，驱动小臂作上下俯仰。
机器人的腕部位于小臂臂体前端，安装在小臂臂体上的电机３驱动整个腕部做上下俯仰。
腕部的三个自由度由安装在腕部后端的３个电机，通过传动杆驱动腕部齿轮系实现，安装在腕部后端的３个电机保证机器人末端重量尽可能的轻，满足机器人的配重法则。
机械工程研究报告之机器人手臂运动控制的建模与仿真研究摘要：机器人手臂的运动控制是机器人技术中的重要研究方向之一。
本研究通过对机器人手臂运动控制的建模与仿真研究，旨在提供一种有效的方法来优化机器人手臂的运动控制算法，并验证其在实际应用中的可行性和有效性。
本研究采用了基于MATLAB/Simulink的仿真平台，通过建立机器人手臂的动力学模型、控制模型和仿真模型，对机器人手臂的运动控制进行了深入研究。
1. 引言随着机器人技术的不断发展，机器人手臂在工业生产、医疗护理、军事领域等方面的应用越来越广泛。
机器人手臂的运动控制是机器人技术中的关键问题之一，它直接影响机器人手臂的精度、速度和稳定性。
因此，对机器人手臂运动控制的研究具有重要的理论和实际意义。
2. 机器人手臂的动力学建模机器人手臂的动力学模型是机器人手臂运动控制的基础，它描述了机器人手臂在力学作用下的运动规律。
本研究基于拉格朗日动力学原理，建立了机器人手臂的动力学模型。
通过对机器人手臂的质量、惯性、摩擦等参数进行建模和参数化，得到了机器人手臂的动力学方程。
3. 机器人手臂的控制模型机器人手臂的控制模型是机器人手臂运动控制的核心，它描述了机器人手臂在控制输入下的运动规律。
本研究采用了PID控制器作为机器人手臂的控制器，通过对机器人手臂的位置、速度和加速度进行反馈控制，实现对机器人手臂运动的精确控制。
4. 机器人手臂的仿真模型为了验证机器人手臂运动控制算法的可行性和有效性，本研究建立了机器人手臂的仿真模型，并基于MATLAB/Simulink平台进行了仿真实验。
通过对机器人手臂的控制输入和仿真环境的设置，模拟了机器人手臂在不同工况下的运动过程，并对运动控制算法进行了评估和优化。
5. 结果与讨论通过对机器人手臂运动控制的建模与仿真研究，本研究得到了机器人手臂的动力学模型、控制模型和仿真模型，并验证了机器人手臂运动控制算法的可行性和有效性。
仿真结果表明，采用PID控制器的机器人手臂能够在不同工况下实现精确的运动控制，并具有较高的稳定性和鲁棒性。
CATIA/ENOVIA Training2007.09.28D M U 运动仿真详细步骤前言：建立运动仿真需要3个基本条件：1.确定所有零部件都与另外一个零件之间具有运动副，例如：转动、滑动、铰链、齿轮转动、固定连接等。
2.确定一个固定不动的零部件作为基础。
3.在建立第一步的各种运动副时，选择其中一个运动副作为控制动力源，通过其他运动副作为约束方式带动所有未固定的活动零件进行运动仿真。
第 0 步打开焊夹模型使用 "文件" ->"打开"并选择GH-701D.CATProduct注：文件夹内的GH-701D-TEST.CATProduct为按照本文设置后的完成文件，供各位同仁参考指正。
进入运动仿真模块开始——〉数字模型——〉DMU kinematics显示如下结构树第一步建立第一个运动副----刚性接点1. 点击刚性接点图标，位于图标内，点击右下三角可见。
注：刚性接点就是将2个零件固定在一起，在整个运动中，他们2个是作为一个整体在运动的。
刚性接点窗口出现，如下图：2. 点击新机构（New Mechanism）按钮3. 重新命名（可以使用方便记忆的中文名字，如“夹紧.1”）。
注：以下均应为“夹紧.1”，不要再新建机构。
4. 选择如下图所示的两个零件（固定夹板.1和固定夹板.2）固定在一起6. 左面结构树中最下方出现本次运动副（刚性接点）注：如果建立的连接不正确，需要删除时，一定要连带删除所有子代。
因为刚性接点建立后，catia会自动建立2个零件之间的固联约束，在运动中限制这2个零件之间的位置关系，打开结构树中的“约束”可以看到。
建立第二个刚性接点7. 点击刚性接点图标建立第二个刚性接点8. 选择如下图所示的2个零件（蓝色连接板.1和蓝色连接板.2）固定在一起9. 点“确定”，完成刚性接点的建立建立第三个刚性接点10. 点击刚性接点图标建立第三个刚性接点11. 选择如下图所示的2个零件（蓝色连接板.1和手柄）固定在一起建立第四个刚性接点12. 点击刚性接点图标建立第四个刚性接点13. 选择如下图所示的2个零件固定在一起，黄色连接板.1和黄色连接板.2.建立第一个螺杆接点14. 点击螺杆接点图标建立第一个螺杆接点，位于图标内，点击右下三角可见。
CATIA仿真模拟在现代工程设计领域中，仿真模拟技术被广泛应用于产品的开发和优化过程中。
CATIA作为一种强大的CAD软件，提供了丰富的仿真模拟功能，能够帮助工程师们进行产品的虚拟化设计和验证。
本文将介绍CATIA仿真模拟的原理、应用以及优势。
一、CATIA仿真模拟的原理CATIA是由法国达索系统公司开发的一款计算机辅助设计（CAD）软件，它通过提供各种工具和功能，帮助工程师在虚拟环境中进行产品设计和优化。
在CATIA中，仿真模拟是一种重要的技术，它基于数学模型和物理原理，通过计算机仿真来模拟产品的行为和性能。
CATIA仿真模拟的原理主要包括以下几个步骤：1. 建模：在CATIA中，工程师可以根据实际产品的几何形状和结构特征，使用建模工具创建产品的三维模型。
建模过程中，可以考虑各种设计要求和约束条件，确保模型的真实性和准确性。
2. 材料属性定义：CATIA允许工程师为模型定义各种材料的物理属性和行为特征，比如弹性模量、密度、热膨胀系数等。
这些材料属性将被用于后续的仿真计算。
3. 加载和约束条件设置：在进行仿真模拟前，工程师需要设定模型所受的外部加载和约束条件，比如力、压力、温度等。
这些加载和约束条件将模拟实际工作环境下的力学行为。
4. 网格划分：为了进行仿真计算，CATIA需要将模型划分成小的单元（网格），并在每个网格上进行计算。
网格划分的精细程度对仿真结果的准确性和计算效率有着重要影响。
5. 数值计算：在进行仿真计算时，CATIA根据已设定的加载和约束条件，基于物理原理和数学方法，对模型进行力学分析、热传导分析、流体分析等。
通过数值计算，CATIA可以给出模型在不同工况下的响应和性能评估结果。
6. 结果分析：CATIA能够将仿真计算的结果以图表、动画等形式进行展示，帮助工程师直观地理解和分析模型的行为和性能。
通过对仿真结果进行分析，工程师可以找出设计上的不足和优化空间，指导产品的进一步改进。
二、CATIA仿真模拟的应用CATIA仿真模拟技术在工程设计领域有着广泛的应用，涉及多个行业和领域。
基于CATIA的机械手建模及运动仿真
米双年
（武汉理工大学汽车学院，车辆1005班，学号0121007250502）[摘要] 本文主要介绍了一些工程车上机械手的简单建模过程和其工作过
程中的运动仿真。
首先，在CATIA中进行建模操作，将机械手分为6个简单的零件，分别进行三维建模操作。
然后将所有的零件进行装配，成为机械手模型。
最后在DMU模块中进行相关参数的设计，对机械手进行运动仿真。
关键词：机械手;三维建模；运动仿真
前言
日常生活中，我们总能看到各式各样的推土机，挖掘机等大型机械，加快了我们建设的步伐，这些都可以看成是机械手的功劳。
机械手的发明大大减轻了人力劳动，替人我们做繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，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。
它能完成转动、抓取等功能，转动的功能使得机械手能够以不同的形态进行工作，提高了适应性，本设计中的主要运动关系也是转动。
建模过程主要是将各个零件画出来，并注意零件之间的配合关系，采用全局考虑的方法，运用简单的部件反映出机械手的基本原理即可，并学会简单的修饰。
装配过程则是注意约束关系的定义，操作的一些小技巧，注意坐标轴的位置关系。
运动仿真主要是模拟机械手的工作过程，通过设置转动时间、转动角度、转动顺序等参数，掌握运动仿真的基本操作和编程的简单语法结构。
能够使机械手按照我们预定的轨迹进行运动。
1机械手
1.1机械手简介
它是一种模拟人手操作的自动机械。
它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。
我们日常生活中看到的挖掘机，钻井机等工程机械都含有机械手，可以说，它给我们的生活带来了极大的便利。
正是有了这些东西，城市的建设速度才越来越快。
1.2机械手构成
机械手主要由手部机构、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部的设计是根据其工作的内容而定的，包括形状大小等参数。
运动机构主要是一些臂，通过转动来实现不同的工位，驱动方式有气压液压等。
自由度的多少是衡量机械手灵活度的一个标准，自由度越多则机构越灵活。
1.3 机械手的特点
节约人工成本、减轻工人的工作劳动力。
安全性高，人们可以坐在驾驶室中操作机器。
提高效率，提升品质，适用范围广。
目前很多领域都能看到机械手的影子。
2 三维设计及装配
2.1 机械手零件建模
本次设计中，我将机械手分为5个部分，分别是底座，竖直节臂，转动臂，连接块，以及两个夹紧指。
首先设计底座部分，底座是一个简单的圆锥台，可以用梯形绕其一竖直边进行360°的旋转而得到，此处注意设计好上圆台的大小，方便和竖直节臂进行连接。
接下来的任务是设计竖直的节臂和转动臂，这两个臂的形状大致上相同，只是由于要连接起来，所以在连
接部位有所差别。
在这里为了方便设计，可以用同一个草图，设计成不同的厚度，然后根据强度的需要设置哪个粗，哪个细。
由于在画图中要在不同的方位画图，所以要用到建立参考面的方法，再新的参考平面上进行拉伸等操作。
同时为了使我们画出来的实体美观好看，对其锋利的边进行倒角操作，不仅美观，也减少了应力集中的问题。
利用将草图拉伸的操作即可完成两个臂的绘制。
然后绘制连接部分。
连接部分一头需要和转动臂连接，并能在转动臂的一头自由旋转，一头是两个夹紧指的安装位置，所以对其形状和大小要求较为严格，设计时既要考虑到和连接臂的连接，又要考虑到夹紧指的安装位置，所以先要对夹紧指有个初步的概念，设计在什么位置、多大多长。
这里面的设计，也是以拉伸功能为主，注意参考面的建立和倒角处理，得到需要的零件。
最后，设计夹紧指。
夹紧指共有两个，其形状大小完全一致，运动方式为一段安装在连接部分上，绕其转动，两个配合起来，达到夹紧和放松物体的功能。
在夹紧处设置成波纹状，可以加大摩擦系数，使夹紧时工件不易滑落。
同时，由它工作时所夹紧的物件去分析所需的夹紧力的大小，合理设计它的长度。
两个夹紧指设计也是拉伸工具为主，可以用凹模工具制作出夹紧部分的斜面。
齿面的设计中，运用了整列的工具，简化了工作的内容，加快了我们工作的效率，并且每个齿都是一样的大小，提高了标准程度。
2.2 零件的装配
完成了建模的工作后，就是装配操作。
首先进入装配工作模块，将之前画好的五个部分导入进来，并将加紧指导入两次，共计六个零件。
导入完毕之后，我们先选择一个零件并对其位置进行固定，相当于作为之后的一个参照，否则无法装配，在这里我们选择底座作为固定件，并对其固定。
然后利用约束工具条进行相关约束，在这一步中，我们可以先利用移动工具，讲零件进行6自由度的移动，使大概位置正确，这样一来会使装配更加顺利。
首先是竖直节臂和底座的连接，包括面面想合，轴与轴重合。
之后的转动臂和竖直臂的连接，竖直臂和连接部分的连接，夹紧指和连接部分的连接，都是利用两个约束工具，一个是面与面相合，轴与轴相合。
当所有的约束添加完毕之后，点击更新按钮，这时所有的零件将会按照我们定下的约束，相互装配起来。
至此，三维建模和装配的工作就完成了。
3.机械手的运动仿真和分析
3.1运动仿真
仿真的过程前期类似与装配，只不过定义的名字不同。
在产品工作台中导入了所有的零件后，点击DMU进去运动仿真工作台。
关于运动仿真，关键的点就在于建立一个运动的规则。
本次这几主要是旋转运动副的定义，因为接触的地方都是旋转接头，是铰接在一起的。
首先建立一个新的机制，旋转类的，然后像之前装配约束过程做的那样，选择相应的轴和平面进行连接，先把底座和竖直节臂的旋转关系定义出来，然后按照同样的方法，定义旋转臂和竖直节臂，连接部分和旋转臂，
夹紧指和连接部分的运动副定义。
添
加一个固定的部件，将其作为基座。
这时我们可以发现，此时整个机构具有5个自由度，我们可以把这5个地方看成有驱动电机，让他们成为可以转动的部位。
然后将这5个接触的地方设置成角度约束，此时可以显示一个绿色的箭头，当鼠标放到那里的时候，可以看到机构按照箭头显示的方向产生了运动。
完成所有的约束后，系统会提示，该机构可以被仿真，这时可以用系统仿真看看我们的运动效果如何。
接下来需要我们建立一个规则，进入knowledgeware下面的knowledge adisor
工作平台，点击建立一个新的规则，之后，我们就需要进行编程操作了。
以下为其中一个语句内容：
if (Mechanism.1\KINTime >0s and Mechanism.1\KINTime <=5s)
Mechanism.1\Commands\Command.1\A ngle =10deg/1s*Mechanism.1\KINTime
设置好运动时间，运动速度后，就可以回到DMU工作台中利用公式进行模拟运动方式了。
由于该机构中有4个转动关系，依次设置好各个地方的运动形式后，就可以完整的显示机械手的工作轨迹了。
3.2运动分析
首先对运动进行机制分析，点击机制分析进去后可以看到机构能否被仿真，接头数目，命令数目等信息，点击具体的运动副后，图形会变亮，方便我们看到是哪个运动副，当机构较为复杂时，可以用这个命令很快的看出运动副数目。
另外，点击法则曲线，可以看出命令是按什么规律来运行的，通过图表的形式清晰的展现在我们的面前。
区域和距离分析命令，可以方便我们测量两个零件的相对距离是多少。
4.结论
通过本次机械手的设计，从零件的三维建模到装配，到后面的运动仿真和分析，加强了对CATIA的应用能力，也使得软件的学习进入了更新的层面，CATIA的精华就在于强大的分析功能，通过本次简单的编程了解了控制得基本原理，复杂的行为其实并不复杂，只是函数部分的定义复杂一点。
在此，通过自己动手操作，感受到了机械手的强大，其在一些专用汽车上的应用越来越广，给我们的生活工作带来了极大的便利。
参考文献
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[2] 谷鸣宇. 六自由度机械手运动学、动力学分析及计算机仿真[D] 吉林大学2005.05.15
[3] 陈幼平，马志艳，袁楚明，周祖德，等.六自由度机械手三维运动仿真研究[J] 计算机应用研究2006.06.01 [4] 李雪静. 小型搬运机械手结构及PLC控制系统的设计[J] 装备制造技术2010.3.15。
