简单串联机器人ADAMS仿真.docx

1、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 姓名: 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,其具有结构简单、成本低、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),对其分别进行运动学分析、动力学分析。得出该机构在给出工作条件下的位移、速度、加速度曲线与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(

2、Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),该软件就是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc、) (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与零件库、约束库、力库,创建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,对虚拟机械系统进行静力学、运动学与动力学分析,输出位移、速度、加速度与反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测

3、、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。在欢迎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)打开坐标系窗口。按下F4键,或者单击菜单【View】【Coordinate Window】后,打开坐标系窗口。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)创建机械臂关节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 创建连杆 图2、2 创建孔 (

4、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平面垂直的表面上单击鼠标左键。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)创建关节2。用(3)的方法在关节1右端孔中心处创建关节2,如图2、3所示。然后再将关节2向内侧平移10mm。图2、3 机械臂模型(6)添加约束。在关节1的左端与大地之间添加转动副,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,并将创建旋转副的选项设置为2Bod

5、-1Loc与Normal Grid,然后在图形区单击关节1与大地,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建旋转副,旋转副的轴垂直于工作栅格。然后用同样的方法创建关节1与关节2之间的旋转副,如图2、4所示。图2、4 创建旋转副(7)添加驱动。在运动副1(Joint1)与运动副2(Joint2)上分别添加旋转驱动。单击主工具栏的旋转驱动按钮 ,然后在选择上面创建的旋转副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上创建

6、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End Time设置为20,仿真步数Steps设置为500,然后单击运行按钮进行仿真计算。(9)绘制运动轨迹。单击菜单【Review】【Create Trace Spline】,然后选择关节2右端点Marker4,再选择关节1与大地的铰接点,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创建运动轨迹,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Vie

7、w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】【Load Animation】可以载入动画。在仿真动画中可以播放两种动画,一种就是在时间域内进行的运动学与动力学仿真计算动画;另一种就是在频率域内的,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。单击播放按钮后开始播放动画,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】【Load Plot】,通过选择相应的选项,绘制出相应的结果曲线。如果2

8、、8、2、9、2、10所示,分别绘制出机械臂末端点的位移曲线、速度曲线与加速度曲线。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)创建机械臂模型。按照二中(1)(6)步创建同样的机械臂,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Space Fixed、Normal to Grid与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

9、、1 添加驱动单分量力矩(3)运动学计算仿真。单击菜单【Simulate】【Iteractive Controls】,打开交互式仿真控制对话框,在对话框中将仿真时间End Time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,观瞧仿真动画,模型将在重力与驱动力矩作用下运动。(4)绘制运动轨迹。单击菜单【Review】【Create Trace Spline】,然后选择关节2右端点Marker4,再选择关节1与大地的铰接点,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创建运动轨迹,如图3、2所示。图3、2 机

10、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】【Load Animation】可以载入动画。单击播放按钮后开始播放动画,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】【Load Plot】,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、速度曲线与加速度曲线。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行了仿真分析,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。这对于对机构进行结构优化提供了一定依据。通过用ADAMS软件对连杆机器人进行以上的简单模拟,我对机械系统动力学仿真软件有了初步的认识与一定的了解,为以后进一步学习这些软件打下了基础。