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 速度曲线和关节末端的运动轨迹 关键词关键词 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 Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems 该软件是美国 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 形环境和零件库 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 运动范围 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 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 1Loc 和 Normal Grid 然后在图形区单击关节 1 和大地 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 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 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 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 Load Animation 可以载入动 画 在仿真动画中可以播放两种动画 一种是在时间域内进行的运动学和 动力学仿真计算动画 另一种是在频率域内的 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 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 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 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 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行了仿真分析 得出相应