简单串联机器人ADAMS仿真.docx

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简单串联机器人ADAMS仿真

机械系统动力学

简化串联机器人的运动学与动力学仿真分析

学院：

机械工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学生：

学号：

指导教师：

完成日期：

2015.01.09

摘要

在机器人研究中，串联机器人研究得较为成熟，其具有构造简单、本钱低、控制简单、运动空间大等优点，已成功应用于很多领域。

本文在ADAMS中用连杆模拟两自由度的串联机器人〔机械臂〕，对其分别进展运动学分析、动力学分析。

得出该机构在给出工作条件下的位移、速度、加速度曲线和关节末端的运动轨迹。

关键词：

机器人；ADAMS；曲线；轨迹

一、ADAMS软件简介

ADAMS，即机械系统动力学自动分析（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems），该软件是美国MDI公司（MechanicalDynamicsInc.）（现已并入美国MSC公司）开发的虚拟样机分析软件。

目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创立完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进展静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。

ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

二、简化串联机器人的运动学仿真

〔1〕启动ADAMS/View。

在欢送对话框中选择新建模型，模型取名为robot，并将单位设置为MMKS，然后单击OK。

〔2〕翻开坐标系窗口。

按下F4键，或者单击菜单【View】→【CoordinateWindow】后，翻开坐标系窗口。

当鼠标在图形区移动时，在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位置的坐标值。

〔3〕创立机械臂关节1〔连杆〕。

单击连杆按钮，将其的长、宽、深选项，设置为300mm、40mm、10mm，如图2.1所示。

在图形区单击鼠标左键，然后将连杆拖至水平位置时，再单击鼠标左键。

图2.1创立连杆图2.2创立孔

〔4〕在连杆的右端打孔。

在几何建模工具栏单击打孔按钮，将半径Radius设置为10mm，深度设置为10mm，如图2.2所示。

然后在图形区模型附近单击鼠标左键，在与XY平面垂直的外表上单击鼠标左键。

然后修改孔的位置，【HOLE_1】→【Modify】，在弹出的对话框中，将Center的坐标值设置成〔300，0.0，5.0〕

〔5〕创立关节2。

用〔3〕的方法在关节1右端孔中心处创立关节2，如图2.3所示。

然后再将关节2向侧平移10mm。

图2.3机械臂模型

〔6〕添加约束。

在关节1的左端与之间添加转动副，在关节1与关节2结合处添加转动副。

单击工具栏中的旋转副按钮，并将创立旋转副的选项设置为2Bod-1Loc和NormalGrid，然后在图形区单击关节1和，之后需要选择一个作用点，将鼠标移动到关节1的Marker1处出现center信息时，按下鼠标左键后就可以创立旋转副，旋转副的轴垂直于工作栅格。

然后用同样的方法创立关节1与关节2之间的旋转副，如图2.4所示。

图2.4创立旋转副

〔7〕添加驱动。

在运动副1〔Joint1〕和运动副2〔Joint2〕上分别添加旋转驱动。

单击主工具栏的旋转驱动按钮，然后在选择上面创立的旋转副1，然后在图形区单击鼠标右键，在快捷菜单中中选择Modify，在编辑对话框中将驱动函数设置为30d*sin（time），如图2.5所示。

用同样的方法在旋转副2上创立旋转驱动，并将驱动函数设置为20d*time*（-1）。

图2.5旋转驱动

〔8〕运行仿真计算。

单击主工具栏的仿真计算按钮，将仿真类型设置为Kinematic，仿真时间EndTime设置为20，仿真步数Steps设置为500，然后单击运行按钮进展仿真计算。

〔9〕绘制运动轨迹。

单击菜单【Review】→【CreateTraceSpline】，然后选择关节2右端点Marker4，再选择关节1与的铰接点，鼠标移动到Joint1处，单击鼠标右键，在弹出对话框中选择ground，单击OK创立运动轨迹，如图2.6所示。

图2.6机器人末端运动轨迹

〔10〕结果后处理。

按下键盘上的F8键，界面将从View模块直接进入到PostProcess模块，后处理模块界面如图2.7所示。

图2.7后处理模块界面

〔11〕后处理模块界面

在后处理模块，通过菜单【View】→【LoadAnimation】可以载入动画。

在仿真动画中可以播放两种动画，一种是在时间域进展的运动学和动力学仿真计算动画；另一种是在频率域的，播放通过现行化或者在震动模块中的计算模型的振型动画。

单击播放按钮后开场播放动画，如果在播放同时按下记录按钮，在播放动画的同时也将动画保存到动画文件中，动画文件位于ADAMS的工作目录下。

在后处理模块中，通过菜单【View】→【LoadPlot】，通过选择相应的选项，绘制出相应的结果曲线。

如果2.8、2.9、2.10所示，分别绘制出机械臂末端点的位移曲线、速度曲线和加速度曲线。

图2.8机器人末端位移曲线

图2.9机器人末端速度曲线

图2.10机器人末端加速度曲线

三、串联机器人的动力学分析

〔1〕创立机械臂模型。

按照二中〔1〕~〔6〕步创立同样的机械臂，并添加运动副约束。

〔2〕添加驱动。

与运动分析不同，动力学分析添加的驱动为单分量力矩。

单击工具栏上的单分量力矩选项，将选项设置为SpaceFixed、NormaltoGrid和Constant，然后勾选Torque项并输入3800，然后在图形区单击关节1，再在其上单击任何一点。

用同样的方法添加关节2的驱动，并将其值设置为-120。

图3.1添加驱动——单分量力矩

〔3〕运动学计算仿真。

单击菜单【Simulate】→【IteractiveControls】，翻开交互式仿真控制对话框，在对话框中将仿真时间EndTime设置为2，仿真步数Steps设置为500，仿真类型Type设置为Dynamic，单击仿真计算按钮，观看仿真动画，模型将在重力和驱动力矩作用下运动。

〔4〕绘制运动轨迹。

单击菜单【Review】→【CreateTraceSpline】，然后选择关节2右端点Marker4，再选择关节1与的铰接点，鼠标移动到Joint1处，单击鼠标右键，在弹出对话框中选择ground，单击OK创立运动轨迹，如图3.2所示。

图3.2机器人末端运动轨迹

〔5〕结果后处理。

在后处理模块，通过菜单【View】→【LoadAnimation】可以载入动画。

单击播放按钮后开场播放动画，在播放同时按下记录按钮，将动画保存到动画文件中。

在后处理模块中，通过菜单【View】→【LoadPlot】，通过选择相应的选项，绘制出相应的结果曲线。

如果3.3、3.4、3.5所示，分别绘制出机械臂末端点的位移曲线、速度曲线和加速度曲线。

图3.3机器人末端位移曲线

图3.4机器人末端速度曲线

图3.5机器人末端加速度曲线

四、小结及心得

运用ADAMS通过以上过程对两自由度串联机器人进展了仿真分析，得出相应的位移、速度、加速度曲线以及工作端的运动轨迹，得出了构件的运动的规律，同时也可以较准确掌握机器人工作端的位移、速度、加速度等动力学参数。

这对于对机构进展构造优化提供了一定依据。

通过用ADAMS软件对连杆机器人进展以上的简单模拟，我对机械系统动力学仿真软件有了初步的认识和一定的了解，为以后进一步学习这些软件打下了根底。