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无碳小车的Pro-E建模及其运动仿真摘要：目前，减少碳排放已经成为全球所关注的问题，而交通工具一直被认为是碳排放的主要源头。
针对这种情况，无碳小车应运而生。
本文将介绍使用Pro-E建模工具建立无碳小车三维模型的过程，以及通过运动仿真分析其动力学特性。
实验结果表明该无碳小车在导向准确的情况下，可以实现自主导航和定向运动，满足实际应用需求。
关键词：无碳小车，Pro-E建模，运动仿真，动力学特性正文：一、引言随着全球环境保护意识的增强，减少碳排放成为了各国政府及民众关注的问题。
作为能源消耗的主要来源之一，交通工具的碳排放一直备受关注。
近年来，出现了一种新兴交通方式——无碳小车。
这种交通方式可以降低碳排放，提高运行效率，越来越受到人们青睐。
为了深入研究无碳小车的特点与优势，本文利用Pro-E建模工具进行三维建模，并通过运动仿真对其运动学特性进行分析。
二、Pro-E建模1.建立零件关系使用Pro-E软件打开新建的零部件，在左侧菜单栏中选择“插入”-“依赖关系”，建立两个零件之间的依赖关系，即前后轮分别与车身相连。
2.添加车身细节使用Pro-E软件的“添加特征”功能添加车身细节，包括车灯、车门、车窗等。
然后将各零件组装在一起，生成三维小车模型。
3.导出模型使用Pro-E软件中的“导出”功能，将三维模型导出为STL文件格式。
三、运动仿真分析1.导入模型使用SolidWorks工具导入上一步导出的STL模型。
2.运动学模拟在SolidWorks中，通过添加运动学模拟功能，对小车进行模拟运动。
可以通过建立路线、设定速度和加速度等条件，对小车的运动情况进行定量分析。
3.静态分析进一步对小车进行静态分析，检测各零部件之间的力学关系，确定小车的结构稳定性和安全性。
四、实验结果经过运动仿真和静态分析，可以得出该无碳小车在导向准确的情况下，可以实现自主导航和定向运动，满足实际应用需求。
五、结论本文使用Pro-E建模工具建立无碳小车三维模型，并通过运动仿真和静态分析对其动力学特性进行了分析。
ProENGINEER运动仿真模块在运动学教学中的应用摘要:本文分析了传统授课方式在运动学教学中存在的弊端,并以理论力学运动学中的习题为例,说明如何将Pro/ENGINEER的运动仿真模块(Mechanism Design eXtension)应用到运动学的教学过程中。
实现Pro/ENGINEER运动仿真与传统教学有机结合,以提高教学效果。
关键词:运动仿真运动学教学效果理论力学是机械类专业的技术基础课,在教材结构上通常由静力学、运动学和动力学三篇组成。
运动学不仅是理论力学教学过程中重要的一环,在整个机械工程教育中也起着承上启下的作用。
因此运动学授课质量的好坏将直接影响到机械工程专业的教育质量。
因此,本文将Pro/ENGINEER的运动仿真模块引入到运动学课程的教学中,以刚体运动课后习题为例,说明如何在Pro/ENGINEER软件中建立机构模型并进行运动仿真和结果输出。
1 Pro/ENGINEER运动仿真模块(MDX)简介Pro/ENGINEER软件(简称Pro/E)是由美国参数科技公司(Parametric Technology Corporation简称PTC)开发的大型CAD/CAE/CAM软件。
自开发以来,以全参数化尺寸驱动、基于特征、单一全关联的数据库等优点,成为国际参数化的行业标准,深受用户好评[2]。
Mechanism Design eXtension(简称MDX)是Pro/E包含运动的一个模块,能够与Pro/E结合使用设计机构并进行模拟仿真校验。
此外MDX模块的主要功能有:1)能够适时改变构建尺寸来满足设计的需要;2)交互的拖动并调整机构;3)运动包络体及运动干涉分析;4)能够定义分析特定的机构运动,如凸轮、齿轮、槽等;4)支持族表及替换;6)能够设计生成动画数据并能重复利用。
MDX的操作流程:[3]1)以连接方式建立欲分析的机构;2)补足相关的运动配合条件;3)设定初始位置;4)加入驱动条件;4)设定分析条件并仿真;播放、输出分析结果。
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论基于PRO/E（Pro/ENGINEER）六自由度机械手参数化建模及运动仿真（Introduction to Parametric Modeling and Motion Simulation of a Six Degree-of-Freedom Robot Arm Based on PRO/E）是一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法和运动仿真技术的概念介绍。
机械手是一种能够执行预定动作的自动机器人系统，在工业领域被广泛应用。
参数化建模和运动仿真是机械手设计与验证的重要工具，可以提高设计效率和减少实验成本。
首先，本文介绍了 Pro/E 软件的基本原理和特点。
Pro/E 是一种三维 CAD（计算机辅助设计）软件，具有强大的参数化建模和运动仿真能力。
它可以通过调整参数来改变模型的形状和尺寸，以便满足不同的设计要求。
Pro/E 还提供了强大的运动仿真功能，可以模拟机械手在不同工况下的运动特性。
接下来，本文详细介绍了机械手的六个自由度，即机械手可以在三维空间中进行平移和转动的六个方向。
机械手的自由度决定了它的灵活性和工作范围。
参数化建模是在 Pro/E 软件中定义机械手的结构和参数，以便能够根据实际需求对机械手进行定制化设计。
然后，本文提出了一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法。
通过定义机械手的几何尺寸、关节角度和连杆长度等参数，可以实现对机械手结构和工作范围的快速调整。
参数化建模可以大大加快机械手的设计过程，减少人工调整的工作量。
最后，本文介绍了基于 Pro/E 软件的机械手运动仿真技术。
通过给定关节的运动规律和工作环境的约束条件，可以模拟机械手在不同运动状态下的姿态和运动轨迹。
运动仿真可以帮助设计师评估机械手的性能和可靠性，并进行优化设计。
总结起来，基于 Pro/E 的六自由度机械手参数化建模和运动仿真技术是一种高效、准确和可靠的机械手设计方法。
基于Pro/E的机械运动仿真设计作者：施叶飞来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第11期摘要:仿真技术在机械产品的设计中起着非常重要的作用。
本文主要通过汽缸运动机构的运动仿真设计过程介绍了Pro/E中的仿真模块以及机构仿真的设计方法和过程,并总结了该设计途径的优越性。
关键词:曲柄滑块机构运动仿真 Pro/E 仿真模块0 引言目前,许多国内外的大型辅助设计软件,都包含了机械装配和运动学仿真的功能模块,例如PTC的Pro/Engineer,SDRC的1一DEAS,MATRA的EUCI ID软件及DES的UG等。
机械产品的运动分析和仿真已经成为计算机辅助工程(CAE)中不可缺少的重要环节,同时也成为机械设计的必经过程。
进行机械产品设计时,通常要进行机构的运动分析,以此来验证机构设计的合理性和可行性。
机构运动仿真技术就是通过对机构添加运动副、驱动器,使其运动起来,以实现机构的运动模拟。
此外,运用机构中的后处理功能可以查看当前机构的运动,并且可以对机构进行运动速度、轨迹、位移、运动干涉情况的分析,为研究机构模型提供方便。
1 机构运动仿真的设计过程机构运动仿真是在Pro/E系统的装配模式中进行的,其Mechanism功能专门用来处理装配件的运动仿真。
机构运动仿真的设计过程如图1所示,主要可分为以下几个总体方案设计主要是利用已知条件,以及希望达到的目的或机械应实现的功能,进行机械的全局设计,在头脑中构思形成比较完善的设计方案。
建立运动模型是指进行机械各部分的具体设计,首先确定各零件的形状、结构、尺寸和公差等,并在计算机上进行二维绘图和三维实体造型,然后通过装配模块完成各零件的组装,形成整机。
装配是运动仿真的前提保障,装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果,装配前首先要确定运动的各构件以及各构件之间的运动副。
确定好各构件及各构件之间的运动副之后,即可通过选择构件和运动副组成机构,最后由各机构组成整机。
基于Pro/E的六自由度机械手的仿真摘要机器人是自动执行工作的机器设备。
它不但可以接受人类指挥，而且还能运行预先编排的程序，又方便根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或者说是代替人类工作的工作，例如生产业、建筑业，繁琐的，危险的作业。
六自由度自由度机械手做为现代机器人的一个重要组成部分，也随着技术的发展不断发展。
普通机械手只能完成单工作任务或者较简单的操作，多自由度机械手在很多的工程技术及工程实际中能更为合理的进行一些现实操作。
笔者利用三维软件Pro/E 制图，对六自由度机械手的运动机构进行分析、设计，并对其进行三维造型的建模与仿真。
通过Pro/E这个三维软件工具来进行六自由度机械手的建模设计，完整体现产品设计的基本流程，提出一种产品设计的新思路,展示Pro/E在产品设计上的优势。
第一利用Pro/E便捷的建模工具来对机械手的各零件进行造型设计；第二利用Pro/E按要求对机械手零件以各种约束和销钉等连接来进行合理装配；第三利用Pro/E的机构模式对机械手的装配作添加伺服器等操作，来实现六自由度机械手的运动仿真。
Pro/E简单便捷的的实现了对六自由度机械手的装配和运动仿真，效果非常直观明了。
关键词：六自由度机械手，Pro/E，建模，仿真Simulation of Six Degrees of Freedom Manipulator Based on Pro/ EAbstractThe robot is machinery and equipment that carries out operation automatically .It can not only accept human command, but also can run a pre-arranged program by itself . Its mission is to assist or replace human work, such as manufacturing industry, construction, tedious and dangerous operation. Six degrees of freedom manipulator as an important part of modern robot also continuous development along with the of technology development. General manipulator can only complete a single task or a relatively simple operation, multi-degree of freedom manipulator can be more reasonable for some real-world operating in a lot of engineering skills and engineering practical.I use Pro / E , a three-dimensional software, drawing, analyze, design the movement organization of six degrees of freedom manipulator, and make modeling and simulation of three-dimensional shape of motion for six degrees of freedom manipulator. I conduct modeling design for Six degrees of freedom manipulator by using the three-dimensional software tools Pro / E ，which course shows us the basic process of the product’s design fully, puts forward new ideas for a product design and demonstrates the advantage of Pro / E. Firstly, I use Pro / E’s convenient modeling tool to design the various parts of the robot; Secondly, I fit the various parts of the robot together according to a variety of constraints and pin connected. Thirdly, I use institutional model of Pro / E to add server operation in order to achieve motion simulation of the six degrees of freedom manipulator. Pro / E is simple and convenient to achieve the six degrees of freedom manipulator assembly and motion simulation, the effect is very simple and clear.Keywords: Six Degrees of Freedom Manipulator, Pro / E, Modeling, Simulation目录第一章绪论 (1)1.1六自由度机械手的简介 (1)1.2六自由度机械手的发展 (1)1.3六自由度机械手的研究意义 (2)1.4机械手的研究状况 (3)第二章 Pro/ENGINEER的选择使用 (4)2.1 Pro/ENGINEER产品介绍 (4)2.2 Pro/ENGINEER六大模块 (4)2.3 Pro/ENGINEER的优势 (6)第三章六自由度机械手零件的设计建模 (7)3.1 六自由度机械手底座建模 (8)3.2 六自由度机械手垂直轴旋转体的建模过程 (8)3.3 六自由度机械手的臂膀建模过程 (9)3.4 六自由度机械手手掌建模过程................ 错误！未定义书签。
Pro/E软件与机构运动的仿真摘要：本文讨论了机械原理（机械基础）教学中机构运动仿真视频的作用及其优势，着重对用Pro/E软件制作机构运动的多媒体仿真视频进行了探讨。
关键词：Pro/E；机构运动；多媒体仿真一.前言随着多媒体技术的确发展，其应用已遍及社会生活的各个角落，正在对人们的工作方式、生活方式带来巨大的变革。
同样，多媒体技术对教学也产生了积极的效应，能为学生提供最理想的教学环境。
由于多媒体具有图、文、声并茂及活动影象的特点，具有许多宝贵的特性与功能。
主要表现为;直观性，能突破视觉的限制，多角度地观察对象，并能够突出要点；图文声像并茂，多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣。
动态性，动态反映机构运动的全过程，有效地突破了传统教学难点；通过多媒体对真实情景的模拟，培养学生的探索、创造能力；传统的机构运动教学多半是用挂图进行讲述，既没有立体感，也没有动态感，没有接触过机械的学生很难想象出机构运动的情形，如果在多媒体教学环境中，通过动画、图形、声音的演示，加上教师深入浅出的讲解，学生会在不知不觉中学到知识。
这样学生就能够在原有认知结构和生活经验的基础上，认同我们的概念和思维方式，并强化到自己新的认知结构中，形成自己新的概念和思维方式。
Pro/E软件平台能直接仿真机构各零件的造型与装配，可进行机构运动的仿真，甚至可以仿真一台机器的运行。
对机构的运动进行多角度、多方位的观查，还可进行透视和剖视情况观查。
并能将运动的画面生成视频文件，供离开Pro/E 软件平台时进行演示。
二．Pro/E简介Pro/E全称是“Pro ENGINEER”由美国PTC（参数）公司开发的一款三维软件。
Pro/E软件具有操作容易、使用方便、修改方便的特点。
因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的应用。
具有很强的实体造型、虚拟装配和仿真运行能力。
功能界面清楚明确，让使用者视觉和心理都有一种轻松感。
目前已经成为机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。
收稿日期:2008-11-18作者简介:黄磊(1981) ),男,湖北黄石人,助教,硕士。
文章编号:1008-8245(2009)01-0005-04基于PRO /E 的工业机器人运动学仿真黄 磊(黄石理工学院机电工程学院,湖北黄石435003)摘 要:工业机器人以其高度的通用性、适应性等特点在工业领域得到了广泛的应用,为提高工业生产的效率和工业过程的自动化程度做出了重要的贡献。
运动学系统的有关理论与应用一直是研究人员关注的重点,文章研究了运动学方程的求解,基于PRO /E ,对工业机器人运动学进行了仿真,验证了各关节角运动函数的正确。
关键词:工业机器人;运动学;仿真中图分类号:TB21 文献标识码:AI ndustrialRobotK i ne m atics Si m ulati on Based on PRO /EH U ANG Lei(Schoo l ofM echan ical and E l ectronic E ng i neeri ng ,H uangsh i Ins tit u te ofTechnol ogy ,H uangshiH ubei 435003)Abstrac t :Industrial robo t has been app lied w i dely i n i ndustry because o f its high versatility and adaptab ility and i t has m ade great contri buti ons to i m prov i ng the productive e fficiency and i ncreasing the deg ree of au t om ati on .The theo -ry and app licati on o f k i ne m atics syste m has been a g rea t conce rn f o r t he researchers .T his pape r st udies the so luti on t o k i ne m atics equati on and k i ne m atics si m u l ation o f i ndustr i a l robot based on PRO /E ,wh i ch has proved that the j o i nt functi on i s correc t .K ey word s :i ndustria l robo t ;K i nema ti cs ;si m ulation0 引言自1961年第1台商用工业机器人U nm i ate 问世以来,经过40多年的发展,工业机器人已广泛应用于工业领域,成为制造业生产自动化中主要的机电一体化设备。
工业机器人的应用领域十分广泛[1]。
在工业部门应用机器人的目的主要是削减人员编制、提高工作效率和提高产品质量。
因为机器人具有两个主要优点:(1)使生产过程实现自动化从而提高产品质量、优化生产率;(2)使生产设备具备高度适应能力。
1 工业机器人运动学概述工业机器人运动学是机器人学的一个研究领域,是机器人系统的基础。
以工业上常见的关节式机器人为例,机器人实际上可视为由一系列关节连接起来的连杆组成,把坐标系固定在机器人的每一个连杆的关节上,可用齐次变换来描述这些坐标系之间的相对位置和位姿方向(简称位姿)。
齐次变换既有较直观的几何意义,又可描述各种杆件之间的关系,所以常用于解决运动学问题。
运动学问题是研究机械手末端执行器(即手第25卷 第1期2009年2月 黄 石 理 工 学 院 学 报J OURNA L O F HUANG S H I INST ITUT E OF TEC HNOLOGYV o.l 25 N o .1Feb 2009部)相对参考基准的位置、姿态和速度与各关节位置和速度之间的关系,包括运动学正问题和运动学逆问题。
运动学正问题是已知关节的位置和速度确定末端执行器的位置、姿态和速度;反之,为使机器人所握工具相对参考系的位姿(位置和姿态)满足给定的要求,计算相应的关节变量,这一过程称为运动学逆问题。
运动学正问题的研究目前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[2]。
2 工业机器人运动学方程运动学方程的建立与求解是一个机器人系统的关键技术。
建立杆件的D -H 坐标系,就可以确定联系i 坐标系和i -1坐标系的齐次变换矩阵。
根据齐次坐标变换理论,可知工具坐标系是从基坐标系到各个杆件坐标系之间的变换得到的,即:T =T 01(H 1)T 12(H 2)T 23(H 3)T 34(H 4)T 45(H 5)T 56(H 6)(1)式(1)是机器人正向运动方程,下面就用D -H 方法求解运动学正解。
根据齐次变换原理和位姿理论得到各关节的位置矩阵如下:(1)绕Z 1轴转H 1角的坐标变换矩阵为:T 01=c H 1-s H 100s H 1c H 1000010001(2)(2)绕X 1轴转动-90b 角,沿X 1轴移动a 1,绕Z 2轴转动H 2角的坐标变换矩阵为:-s 0-c 0(3)绕X 2轴移动a 2,绕Z 3轴转动H 3角的坐标变换矩阵为:T 23=c H 3-s H 300s H 3c H 3000100001(4)(4)沿X 3轴移动a 3,沿Z 4轴移动d 4,绕X 3轴转动-90b 角,绕Z 4轴转动H 4角的坐标变换矩阵为:T 34=c H 4-s H 40 a 3001 d 4-s H 4-c H 40 000 1(5)(5)绕X 4轴转动角90b ,绕Z 5轴转动H 5角的坐标变换矩阵为:T 45=c H 5-s H 50000-10s H 5c H 50001(6)(6)绕X 5轴转动-90b 角,绕Z 6轴转动H 6角的坐标变换矩阵为:T 56=c H 6-s H 6000010-s H 6-c H 600001(7)(7)绕X 0轴转动-90b 角,绕Z 0轴转动-90b 角,沿Y 0轴移动a 1+d 4,沿Z 0轴移动a 2+a 3的坐标变换矩阵为(仅以基位姿为参照与手部位姿变换得来):T 06=0100001a 1+d 4100a 2+a 30001(8)将以上连杆的齐次变换矩阵相乘就得到操作臂变换矩阵:T 06=T 01T 12T 23T 34T 45T 56=n xo x a x p x n y o y a y p y n zo za zp z0001(9)可以看出T 06是H 1,H 2,H 3,H 4,H 5,H 6的函数。
T 46=T 45T 56-c H 5s H 6c 6-s H 5s H 66 黄 石 理 工 学 院 学 报 2009年T36=T34T46=c4c5c6-s4s6-c4c5s6-s4s6-c4s5a3s5c6-s5s6c5d4-s4c5c6-c4s6s4c5s6-c4c6s4s500001T26=T26T23T34T45T56=c 3(c4c5c6-s4s6)-s3s5c6c3(-c4c5c6-s4c6)+s3s5s6-c3c4s5-s3c5a3c3-d4s3+a2 s3(c4c5c6-s4s6)+c3s5c6s3(-c4c5s6-s4c6)-c3s5s6-s3c4s5+c3c5a3s3+d4c3-s4c5c6-c4s6s4c5s6-c5c6s4s50001(11)T16=T12T26=n1xo1xa1xp1xn1y o1y a1y p1yn1zo1za1zp1z0001(12)n1x=c23(c4c5c6-s4s6)-s23s5c6n1y=-s4c5c6-c4s6n1z=-s23(c4c5c6-s4s6)-c23s5c6,o1x=c23(-c4c5c6-s4s6)+s23s5c6o1y=s4c5c6-c4s6,o1z=-s23(-c4c5c6-s4s6)+c23s5c6a1x=-c23c4s5-s23c5a1y=s4s5,a1z=s23c4s5-c23c5p1x=a3c23-d4s23+a2c2+a1p1y=0p1z=-a3s23-d4c23-a2s2T06=T01T16=nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz0001(13)nx=c1c23(c4c5c6-s4s6)-c1s23s5c6+s1s4c5c6+s1c4s6n y=s1c23(c4c5c6-s4s6)-s1s23s5c6-c1s4c5c6-c1c4s6n z=-s23(c4c5c6-s4s6)-c23s5c6o x=c1c23(c4c5c6-s4s6)+c1s23s5c6-s1s4c5c6+s1c4s6oy=s1c23(-c4c5c6-s4s6)+s1s23s5s6+c1s4c5c6-c1c4s6oz=-s23(-c4c5c6-s4s6)+c23s5c6ax=-c1c23c4s5-c1s23c5-s1s4s5ay=-s1c23c4s5-s1s23c5-c1s4s5az=s23c4s5-c23c5px=c1(c23a3-s23d4+a2c2+a1)py=s1(c23a3-s23d4+a2c2+a1)pz=-s23a3-c23d4-a2s2上式中ci,si分别表示cos Hi,sin Hi。
当将各关节角的初始位置,即H1=90b,H2=-90b,H3=0b,H4=0b,H5=0b,H6=0b的值代入上述表达式中,可得:nx=0,ny=0,nz=1,ox=l,oy=0,oz=0,ax=0,ay=1,az=0,px=0,py=a1+d4,pz=a2+a3,与以基位姿为参照手部位姿的矩阵相同,即运动方程是正确的。
3机器人模型运动仿真在Pro/E软件环境下,建立机器人各主要部件的三维实体造型,底座、回转体、大臂、小臂、手腕、连轩模型分别如图1、图2、图3,图4、图5、图6所示。
开始运动仿真之前,先要在Pro/E的机构仿真模块中装配机器人并为机器人模型各关节添加驱动器,此模型中各关节均为转动关节。
然后为各关节的运动参数确定其变化函数,在本文讨论的实例中,此函数即为各关节角的运动学逆解,完成这些工作之后,便可以让机器人模型进行运动仿真以观察其运动情况,例如运动中有无干涉、手部运动轨迹如何等。
