毕业论文-Gough并联机器人运动仿真分析

Gough并联机器人运动仿真分析摘要目前研究领域对并联机器人运动学和动力学分析多采用的是解析法。但其动平台空间运动是很难直观想象并且十分复杂的，所以有必要建立适当的模型并进行仿真。应用ADAMS软件对并联机器人进行建模、仿真、分析,为并联机器人的研究提供了一种新的方法。本文首先通过UG软件建立并联机器人实体建模，进而将实体模型导入到ADAMS软件中，在运动学正解和逆解的情况下，进行螺旋理论，振动曲线，动平台旋转运动及动平台复合运动的运动学和动力学仿真计算。得到了机器人运动极限位移和工作运动范围、最大旋转角度，验证了在螺旋理论下机器人可以获得优良的工作状态，并且并联机构除了移动自由度外，还具有良好的旋转自由度。本文的研究确定了机器人工作中心的最大位移范围以及最大旋转角度，对选择产品的加工范围有很好的帮助，并且对实际生产中电动机型号以及具体的驱动速度的选择提供了明确的数据参考，提出了对设计方案可行的优化建议。利用ADAMS软件建立虚拟样机模型，可以进行各种运动情况下的模拟仿真，它不但可以对各种运动学和动力学问题进行分析评估，还可以提高产品性能，缩短产品开发周期和产品开发成本。关键词：并联机器人，ADAMS，运动学仿真，虚拟样机IGough并联机器人运动仿真分析AbstractCurrentmulti-analyticmethodisusedtoresearchonparallelrobotkinematicsanddynamics.Butitisdifficulttoimaginespacemotionofthemovingplatformanditisverycomplex,soitisnecessarytoestablishappropriatemodelsandsimulate.ItprovidesanewapproachtosimulateandanalyzeparallelrobotbysimulationsoftwareADAMS.ThearticlefirstlyestablishedrobotmodelwithUGsoftware,andthenthesolidmodelwasimportedtoADAMSsoftware,Inthecaseofkinematicpositiveandinversesolutions,thepaperaccomplishedthescrewtheory,vibrationcurve,themovingplatformrotationandmovingplatformcomplexkinematicsanddynamicssimulation.Itgotthemaximumdisplacementoftherobot,thescopeofworkingspace,andthemaximumrotationangle.Itverifiedtherobotcanobtaingoodworkingconditionunderthescrewtheory,andtheparallelmechanismnotonlyhasthedegreesofmovementfreedom,butalsohasgooddegreesofrotationfreedom.Thearticledeterminedthescopeoftherobotworkingcenterandthemaximumrotationangle.Itprovidedaverygoodhelpingwhenselecttherangeofproductprocessing.Attheactualproduction，itprovideddatareferencetothechoiceofthemotortypeandmotorspeed,andthefeasibleoptimizationsuggestionstothedesignoftherobot.WithADAMSsoftware,avirtualprototypemodelcanbecreatedandsimulatedundervarioussportssituations.Itnotonlycananalyzeandevaluatetheproblemofkinematicsanddynamics,butalsocanimproveproductperformance,reduceproductdevelopmentcycleandproductdevelopmentcosts.Keywords:parallelrobot,ADAMS,kinematicsimulation,virtualprototypeIIGough并联机器人运动仿真分析目录第一章绪论.11.1课题背景.11.2运动仿真的发展现状.11.2.1运动仿真软件研发现状.21.2.2ADAMS运动仿真技术.31.3运动仿真的技术特点.41.4本文研究内容及拟解决的主要问题.41.5本文研究意义.5第二章Gough并联机器人机构分析与三维建模.62.1Gough并联机器人简介及研究成果.62.2Gough并联机器人机构自由度分析.92.3Gough并联机器人的位姿逆解模型.92.4Gough并联机器人的建模.122.4.1利用UG进行Gough并联机器人零部件三维实体建模.122.4.2利用UG装配机器人三维模型.152.5本章小结.18第三章基于ADAMS的Gough并联机器人运动仿真分析.193.1ADAMS软件介绍.193.1.1ADAMS/View（基本环境）.193.1.2ADAMS/Solver（求解器）.193.1.3ADAMS/Postprocessor（专用后处理模块）.203.2ADAMS软件基本操作.203.2.1ADAMS/View界面.203.2.2设置坐标系.213.2.3设置工作栅栏.213.2.4设置单位.213.2.5设置重力加速度.21Gough并联机器人运动仿真分析3.3Gough并联机器人运动学分析.213.3.1Gough并联机器人模型的导入.213.3.2建立Gough并联机器人模型运动副及驱动.243.3.3Gough并联机器人螺旋运动仿真分析（逆解）.253.3.4Gough并联机器人工作运动范围仿真分析(振动曲线).313.3.5Gough并联机器人的最大旋转角度仿真分析.323.3.6Gough并联机器人的运动学正解仿真分析.363.3.7Gough并联机器人动力学优化分析.393.4本章小结.41第四章结论及展望.424.1结论.424.2技术经济分析.424.3进一步研究的展望.43参考文献.45致谢.47声明.48Gough并联机器人运动仿真分析第一章绪论1.1课题背景工业机械手是近年来发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电了工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就，是目前科技发展最活跃的领域之一。工业机械手的性能，要求不断提高工作精度和作业速度，增加机构的自由度，提高通用性和灵活性，同时还要求降低成本，控制简单，安全可靠。因此，工业机械手的研究处于机械手研究的前沿1。机器人仿真自从20世纪80年代开展以来随着相关理论的不断完善及计算机软、硬件技术的发展有了不断的进步。机器人仿真研究集中于操作机实体的三维几何建模、机器人运动学、动力学仿真分析轨迹和路径规划机器人与工作环境的相互作用离线编程等方面。国外很早便认识到机器人仿真在机器人研究和应用方面的重要作用，并从70年代开始进行了这方面的研究工作，在许多从事机器人研究的部门都装备有功能较强的机器人仿真软件系统，它们为机器人的研究提供了灵活和方便的工具。例如，美国Cornell大学开发了一个通用的交互式机器人图形仿真系统INEFFABELLE,西德Saarlandes大学开发了一个机器人仿真系统R0BsIM,美国Maryland大学开发了一个机械手设计和分析的工具DYNAMAN,Michigan大学开发了一个机器人图形编程系统PR0GRESS等2-3。1.2运动仿真的发展现状运动仿真技术又称虚拟样机技术，目前虚拟样机技术已在我国得到了应用与推广,主要在汽车、航天航空、武器制造、机械工程等。如中航第一飞机研究院成功推出国内首架飞机全机规模电子样机:863项目“月球表面探测机器人方案研究”则运用虚拟样机技术构造虚拟月面计算仿真环境,并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究。但是从目前我国的情况来看,虚拟样机技术主要在汽车制造业和武器装备制造业中应用较为广泛,但是也只停留在初步应用阶段。在其他的行业应1Gough并联机器人运动仿真分析用较少,主要是在专业研究机构和高校研究机构中应用。可见我国对于虚拟样机技术的应用领域和技术水平还很低,但是却有很大的提升空间。虚拟样机运动仿真技术在一些较发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛的应用,应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询等很多方面。所涉及的产品从庞大的卡车到照相机的快门,上天的火箭到轮船的锚链。在各个领域里,针对各种产品,虚拟样机技术都为用户节约了开支、时间并提供了满意的设计方案。美国波音飞机公司波音777飞机的研制成功是虚拟样机技术应用的典型范例,其设计、装配、性能评价及分析均是在计算机中模拟完成,对比以往的飞机研制,波音777成本降低25%,制造周期缩短了50%,而且确保了最终产品一次接装成功,成为全球首架采用虚拟样机动态仿真技术研发及制造的飞机4-5。1.2.1运动仿真软件研发现状目前在虚拟样机运动学学仿真方面的软件还比较少，主要有以下几种：1960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA。1973年,美国密西根大学基于拉格朗日方法，研制的ADAMS软件。1977年,美国Iowa大学研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件。德国航天局DLR早在20世纪70年代，WilliKortm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna（1977）、MEDYNA（1984），以及最终享誉业界的SIMPACK（1990），下面对ADAMS软件的发展和应用进行简单描述。ADAMS软件是世界上应用最广泛的机械系统仿真软件，由MechanicalDynamics公司的Chance、Orlandea等人于1981年最初推出的这一软件，其在1999年占据了市场的50%以上，ADAMS软件能完成包括运动学、约束反力求解、特征值、频域分析、静力学、准静力学分析以及完全非线性和线性动力学分析，具有可视化的二维和三维建模能力，可包括刚体和柔体结构，具有组装、分析、动态显示不同模型或一个模型在某一过程变化中的能力。它采用先进的数值分析技术和强有力的求解器，使计算快速、准确。其最初的版本只针对通用机械系统仿真分析，后期才增加了包含轮轨关系的铁路模块。MDADAMS软件由于其领先的“虚拟样机”理念和技术，迅速发展成为CAE领域中使用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具，占据了全球该CAE分析领域绝大部分的市场份额，被广泛应用于航天、航空、汽车、铁道、兵器、2Gough并联机器人运动仿真分析船舶、电子、工程设备及重型机械等行业，众多国际化大型公司、企业均采用MDADAMS软件作为其产品设计研发过程中机械系统动力学性能仿真的平台。借助MDADAMS软件强大的建模功能、卓越的分析能力以及方便灵活的后处理手段，可以建立复杂机械系统的“虚拟样机”，在模拟现实工作条件的虚拟环境下逼真地模拟其各种运动情况，帮助用户对系统的各种动力学性能进行有效的评估，并且可以快速分析比较多种设计思想，直至获得最优设计方案，提高产品性能，从而减少昂贵、耗时的物理样机试验，提高产品设计水平、缩短产品开发周期和产品开发成本。1.2.2ADAMS运动仿真技术ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)是以近20年发展起来的多体系统动力学理论为基础而开发出的目前世界范围内使用最广泛的大型机械系统仿真分析软件。它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。3Gough并联机器人运动仿真分析图1-1仿真分析步骤ADAMS仿真分析步骤，如图1-1所示，包括实体建模、施加运动约束。然后通过格式转换，导入ADAMS环境。环境定义数据，对产品进行受力分析和运动分析，使产品受到和真实工作中相同的各种力和外界作用。绘制仿真结果曲线。通过对曲线数据和试验数据的对比分析，可以验证模型的正确性，同时也可以及对产品设置可控参数，根据需求，有目的的对模型进行优化分析6-8。1.3运动仿真的技术特点运动仿真技术就是用来代替真实的物理样机(模型)的技术。在常规的产品开发过程中,物理样机模型是用来验证设计思想,选择设计产品,测试产品的可制造性和展示产品的。为了满足以上的要求,运动仿真技术在不断发展中已经具有下述优点:减少了设计费用。可以辅助物理样机进行设计验证和测试。可以减少产品开发过程中所需的时间,使产品尽快上市。可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案,这是物理样机无法比拟的。可以减少产品开发后期的设计更改,进而使得整个产品的开发周期最小化。与常规的仿真相比,它涉及的设计领域广,考虑也比较周全,因而可以提高产品的质量。由于动态仿真技术支持并行设计,使得设计小组之间的沟通变得便捷9-11。1.4本文研究内容及拟解决的主要问题本课题主要用ADAMS对Gough并联机器人进行运动学及动力学分析，对其运动空间、工作轨迹、运动速度及加速度、转动力矩等进行研究，验证Gough并联机器人的工作过程轨迹、可达空间，分析该机器人工作进程中的运动速度和加速度，并对近一步优化提出可行意见。1.研究的基本内容如下：1)学习ADAMS软件建立动力学模型的方法，并且建立Gough并联系统的动力学模型，深入分析Gough并联机器人的运动空间、工作轨迹等4Gough并联机器人运动仿真分析2)利用动力学仿真分析软件ADAMS对Gough并联机器人进行建模,进行Gough并联机器人动力学仿真,最终得到其各关节的位移，速度，加速度，转动力矩等动力学参数。3)分析仿真参数结果，与实际参数进行校核，提出改进或修正方案。2.拟解决的主要问题:1.深入了解Gough并联机器人的机械结构与各关节的连接方式。2.了解Gough并联机器人的工作轨迹，可根据已知量做出相应计算。3.对Gough并联机器人运动轨迹曲线进行仿真。4.对Gough并联机器人位移、速度、转动力矩进行研究，验证实际工作中最小抓取可达到的位移。5.校核仿真结果，找出存在的问题以及可能存在参数不准确的影响因素。1.5本文研究意义目前对并联机器人运动学和动力学分析多采用的是解析法。但其动平台空间运动是很难直观想象的工作空间又十分复杂所以有必要建立适当的模型并进行仿真。从仿真分析的角度应用ADAMS软件对其进行建模、仿真、分析,为并联机器人的研究提供了一种新的方法12。本课题主要应用ADAMS对Gough并联机器人运动进行建模、仿真分析，对其运动空间分析有助于了解其最小及最大可达到的位移，另外，进行工作轨迹、运动速度及加速度、转动力矩等研究有助于更好的了解Gough并联机器人的工作方式及是否可以达到理论速度值，从而对其工作参数进行验证，对Gough并联机器人提出进一步修改或改进意见。降低了开发的成本和失败的风险，可避免一些不必要的经济损失和浪费。5Gough并联机器人运动仿真分析第二章Gough并联机器人机构分析与三维建模2.1Gough并联机器人简介及研究成果并联机构（ParallelMechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构的出现可以回溯至19世纪末期。1895年，数学家Cauchy研究一种“用关节连接的八面体”，开始人类历史上并联机器的研究。1938年Pollard提出采用并联机构来给汽车喷漆。1949年Caough提出用一种并联机构的机器检测轮胎，这是真正得到运用的并联机构。而并联结构的提出和应用研究则开始于70年代。1965年，德国人Stewart发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利亚人Hunttichu把六自由度的Stewart平台机构作为机器人机构，自此，并联机器人技术得到了广泛推广。并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：1、无累积误差，精度较高；2、驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；3、结构紧凑，刚度高，承载能力大；4、完全对称的并联机构具有较好的各向同性；5、工作空间较小；根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用，图2-1,图2-2,图2-3，图2-4，图2-5为一些国内六自由度并联机器人的展示13。6Gough并联机器人运动仿真分析图2-1六自由度标准Stewart平台图2-2六自由度剪式并联机构7Gough并联机器人运动仿真分析如图2-5所示，该平台为一种滑块驱动的6自由度并联机构。所采用的部件与剪式并联机构基本一样，唯一的区别是增加了3个辅助的安装板，将驱动支链垂直安装在定位板上。图2-3滑块驱动6自由度并联机构图2-4滑块驱动支链图2-5伸缩驱动支链8Gough并联机器人运动仿真分析2.2Gough并联机器人机构自由度分析并联机构的运动能力用自由度的数目度量。一个机构的自由度是完全确定该机构位形所需的独立参数（或输入参数）的数目，它取决于机构中构件和关节的数目以及关节的类型。机构的自由度等于机构中所有构件的运动自由度总和减去所有关节施加于机构的约束总和。假如所有构件均不受约束，具有n个构件的机j构的自由度数目是(n1)。而关节对机构所施加的约束总和是u因此，一个ii=1机构的自由度数目可写成:M=6(n1)juii=1(2-1)一个关节对机构所施加的约束数目与它所允许的运动自由度之和应该等于该机构运行空间的自由度;即有下式成立：=ui+fi(2-2)所有关节施加的约束总和可表示为：jjjuifjf=()=iii=1i=1i=1(2-3)因此，机构的自由度又可以写成：F=(nj1)+ji=1fi(2-4)这就是著名的KutzbachGrubler公式：其中n为完全不受约束的构件的总数，j为关节数目，f为所有关节自由度的总数。利用公式(2-4)进行计算，该机构构件i数n=14，这14个构件共由18个运动副联结，每个球铰有3个自由度，每个虎克铰有2个自由度，每个移动副有1个自由度。M=6(14181)+36=69Gough并联机器人运动仿真分析所以该机构的自由度：M=6。2.3Gough并联机器人的位姿逆解模型机器人运动学的重点是研究手部的位姿和运动一是根据机器人的各关节的转角或位移推算出机器人末端执行器的位姿；二是根据机器人末端位姿计算出各个关节各自的转角或位移。从运动学的角度讲，前者是运动学正解问题。后者是运动学逆解问题。以下进行来建立Gough并联机器人的位姿逆解模型定平台上六个连杆滑块机构的顶端（B1B6）按正六边行分布同一个平面上，外接圆中心为OB点；下端连接在动平台上，（T1T6）按正六边行分布在同一个平面上，外接圆中心为OT点。定义以下平台结构参数：rB：B1B2B3B4B5B6外接圆半径。rT：T1T2T3T4T5T6外接圆半径。对于该并联机构模型，建立如图13所示的定平台坐标系OB1XYZ和运动坐标系OT1xyz。运动坐标系原点OT1在基础坐标系中的位矢为：R=X,Y,Z(2-5)ttttt图2-6Gough并联机器人模型旋转矩阵为：()()()R=RZRYRXA,1A,2A,310Gough并联机器人运动仿真分析Bi=coscoscossinsin-sincoscossincos+sinsin121231312313sinsinsinsinsin+coscossinsincos-cossin121231312313-sincossincoscos22323求解运动学方程可以得到定平台上各铰接点在基础坐标系中的坐标如下：图2-7动静平台坐标示意图Bi=(2-6)运动平台上的各铰接点在运动坐标系中的坐标如下：Ti=(2-7)根据旋转变换，动平台坐标系中动平台各铰链位置矢量在基础坐标系中为：11Gough并联机器人运动仿真分析S=RT(i=1,2,.,6)ii(2-8)运动平台上各铰接点在基础坐标系中坐标为：TB=RT+rT(i=1,2.,6)ii(2-9)l2=Xx+Yy+Zz()2()2()2iiiiiii(2-10)()()Z=z+lXxYy(2-11)22222iiiiiii这样就建立了Gough并联机器人的位姿逆解模型。2.4Gough并联机器人的建模2.4.1利用UG进行Gough并联机器人零部件三维实体建模在运动学仿真前必须进行机械零部件的三维实体造型。三维实体模型的构建对于运动学仿真和分析的顺利进行是至关重要的，建立模型前要充分理解Gough并联机器人的机械结构和各个零部件的形，而且要理解它们之间的相对位置和装配关系，以及其工作原理。在三维实体建模时应严格按照标准尺寸来进行，只有这样才能提高运动学仿真的科学性。Gough并联机器人是一个比较复杂的机械结构，建模前可以将其划分为几个重要的部分:动平台，静平台，胡克铰，球铰以及滚珠丝杠等共五个关键部件。由于ADAMSjView三维实体建模功能相对薄弱。大多研究机构都采用专业的建模软件和ADAMS联合建模的策略。本文三维建模工具选用UG6.0软件，在UG6.0系统下打开新文件，选择毫米单位，新建模型进行零件图的绘制。虚拟样机仿真运动的完整前提下，模型的零件数量应该尽可能地少，要尽可能地建立简化模型，多个零件固结时。只用1个零件表示。以节省运动副数量。保留主要的运动部件。忽略齿轮、轴承等细化的部件。所以在使用ADAMS软件对12Gough并联机器人运动仿真分析刚性物体三维模型进行运动学模型时，不必过于追求构件几何形体的细节部分，可以将模型进行简化。因为从ADAMS软件的仿真工作原理来看，只要保证仿真构件的几何形体质量、质心位置的准确，仿真结果便是等价的。也就是说，只需保证各个运动构件之间的相对尺寸正确就可以了。这样既可取得比较满意的运动学仿真结果，又可节约大量的几何建模时间。图2-8，图2-9，图2-10，图2-11，图2-12是模型中一些零部件的三维效果图:图2-8静平台13Gough并联机器人运动仿真分析图2-9基座图2-10驱动滑块图2-11动平台14Gough并联机器人运动仿真分析图2-12连杆2.4.2利用UG装配机器人三维模型UG装配过程是在装配中建立部件之间的链接关系。它是通过关联条件在部件间建立约束关系，进而来确定部件在产品中的位置，形成产品的整体机构。在UG装配过程，部件的几何体是被装配引用，而不是复制到装配中。因此无论在何处编辑部件和如何编辑部件，其装配部件保持关联性。如果某部件修改，则引用它的装配部件将自动更新。本章将在前面章节的基础上，讲述如何利用UGNX6的的强大装配功能将多个部件或零件装配成一个完整的组件。1.在打开的部件中新建装配，在工作窗口中的主菜单工具栏单击图标，并在下拉菜单中选择“装配”命令，系统自动切换到装配模式；15Gough并联机器人运动仿真分析图2-13装配选项2.选择下拉式菜单Application中的Assemblies选项后，在图形区域的下方就会出现装配工具条；3.点击AddExistingComponent图标，向新打开的装配文件中添加第一个已创建的零件模；4.重复第二步，向装配文件中添加第二个零件模型；5.点击RepositionComponent图标，在进行装配操作前，先按正确的装配位置给第二个零件重新定位并隐藏不需要显示的曲线、草图、对称轴和坐标系等；6.点击MateComponent图标，选择正确的装配类型进行装配；7.重复以上步骤，直至将所有的零件装配完全。图2-14，图2-15为虎克铰和球铰链的装配图，图2-16为最终装配效果。16Gough并联机器人运动仿真分析图2-14虎克铰图2-15球铰17Gough并联机器人运动仿真分析图2-16Gough并联机器人装配效果图2.5本章小结正确的三维建模是进行运动仿真的基础，本章介绍了并联机器人目前的研究成果，并且对Gough并联机器人的各构件组成进行了详细的分析，通过UG6.0软件正确建立了机器人的三维模型，保证了动平台可以按照预定的工作轨迹运动。18Gough并联机器人运动仿真分析第三章基于ADAMS的Gough并联机器人运动仿真分析3.1ADAMS软件介绍ADAMS是AutomaticDynamicsAnalysisofMechanicalSystem缩写，为原MDI公司开发的著名虚拟样机软件。1973年Mr.MichaelE.Korybalski取得密西根大学爱娜堡分校（UniversityofMichigan，AnnArbor）机械工程硕士学历后，受雇于福特汽车担任产品工程师，四年后（1977）与其它等人于美国密执安州爱娜堡镇创立MDI公司（MechanicalDynamicsInc.）。密西根大学对ADAMS发展具有密不可分的关系，在ADAMS未成熟前，MDI与密西根大学研究学者开发出2D机构分析软件DRAMS，直到1980年第一套3D机构运动分析系统商品化软件，称为ADAMS。2002年3月18日MSC.Software公司并购MDI公司，自此ADAMS并入MSC产品线名称为MSC.ADAMS（本文仍简称ADAMS）。ADMAS软件由若干模块组成，分为核心模块、功能扩展模块、专业模块、接口模块、工具箱5类，其中核心模块为ADAMS/View用户界面模块、ADAMS/Solver求解器和ADAMS/Postprocessor专用后处理模块。接下来简要介绍本文进行运动学仿真主要使用到的模块。3.1.1ADAMS/View（基本环境）ADAMS/View是以用户为中心的交互式图形环境，采用PARASOLID作为实体建模的内核，给用户提供了丰富的零件几何图形库，并且支持布尔运算。同时模块还提供了完整的约束库和力/力矩库，建模工作快速。函数编辑器支持FORTRAN/77、FORTRAN/90中所有函数及ADAMS独有的240余种各类函数。使用ADAMS/View能方便的编辑模型数据，并将模型参数化；用户能方便地进行灵敏度分析和优化设计。ADAMS/View有自己的高级编程语言，具有强大的二次开发功能，用户可实现操作界面的定制3.1.2ADAMS/Solver（求解器）ADMAS/Solver是ADAMS产品系列中处于心脏地位的仿真“发动机”，能自动形成机械系统模型地动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADMAS/Solver有各种建模和求解选项，可有效解决各种工程应用问题，可对由刚体和柔性体组成的柔性机械系统进行各种仿真分析。用户除输出软件定义的位移、19Gough并联机器人运动仿真分析速度、加速度和约束反力外，还可输出自己定义的数据。ADMAS/Solver具有强大的碰撞求解功能，具有强大的二次开发功能，可按用户需求定制求解器，极大满足用户的不同需要。3.1.3ADAMS/Postprocessor（专用后处理模块）ADAMS/Postprocessor模块主要用来输出高性能的动画和各种数据曲线，使用户可以方便而快捷地观察、研究ADAMS的仿真结果。该模块既可以在ADAMS/View环境中运行，也可脱离ADAMS/View环境独立运行。3.2ADAMS软件基本操作3.2.1ADAMS/View界面ADAMS/View界面由菜单、主工具箱、主工具栏、图形区和状态栏组成，建立模型的过程中主要应用主工具栏、工具包、菜单和一些对话框。主工具栏中包括几何模型工具包、运动副工具包、铰链工具包、载荷工具包、测量仿真工具包、动画按钮、后处理按钮等，如图3-1所示。图3-1主工具栏铰链及仿真工具包20Gough并联机器人运动仿真分析3.2.2设置坐标系在ADAMS/View中有三种坐标系，分别为苗卡尔坐标系(Cartesian)，柱坐标系(Cylindrical)和球坐标系(Spherical)。其中有一个原点不动但可以随模型旋转的坐标系，该坐标系用于显示系统的总体坐标系，默认为苗卡尔坐标系。另外在每个刚体的质心出，系统会固定一个坐标系，称为连体坐标系(Marker)，通过描述连体坐标系在总体坐标系中的方位，就可以描述刚体在总体坐标系中的方位。3.2.3设置工作栅栏在建立几何模型、坐标系或铰链时，系统会自动捕捉到工作栅格。单击SettingWorkingGird后，弹出设置工作栅格对话框。在这个对话框中可以将坐标修改为矩形或极坐标的形式，也可以设置点或线的粗细、间距及其颜色。并且可以将工作栅格的坐标原点放置在不同位置上，如总体坐标系的坐标原点或其他工作面上。3.2.4设置单位在初学ADAMS软件时，一定要注意ADAMS/View中的单位制，因为经常会发生因为没有注意到系统的单位，而在做了大量工作后，发现计算的结果与实际误差太大的后果。在设置系统的单位时，单击菜单中的SettingUnits后，在弹出的对话框中将所需要的长度、质量、力、时间、角度和频率等单位按要求设置好即可。3.2.5设置重力加速度当刚体系统的自由度与驱动的数目相同时，系统会进行机构的运动仿真，此时系统构件的位置、速度、加速度等与重力加速度无关，而当刚体系统的自由度大于驱动的数目相同时，系统的位形还不能完全确定，系统就会在重力的作用下进行动力学计算，因此需要设置重力加速度。单击菜单中的SettingGravity后，弹出重力加速度对话框，可以输入重力加速度矢量在坐标系的3个坐标轴上的分量来确定重力加速度的方向。3.3Gough并联机器人运动学分析3.3.1Gough并联机器人模型的导入1.在UG中点击菜单栏中的文件选项，选择导出将零件或者装配图另存为parasolid格式。21Gough并联机器人运动仿真分析图3-2导出文件2.选择parasolid文件版本并框选所要导出的零件或者装配图，本文选择7.0-UG11.0版本,图3-3框选模型3.选择理想的导出文件存储位置，将刚另存为的.x_t格式的文件修改为.xmt_txt格式。22Gough并联机器人运动仿真分析图3-4选择导出文件类型4.启动ADAMS/View，点击Importafile输出将要导入ADAMS的文件图3-5输出文件5.在FileType选项中选择parasolid。在FileToRead编辑框中点击右键，选择Browse，找到文件，在FileType选ASCII。然后，选择ModelName在右端编辑框中单击右键选择Model/Create创建新的模型名称如MODEL_1,即可成功导入模型。23Gough并联机器人运动仿真分析图3-6建立新模型图3-7输出模型完成图3.3.2建立Gough并联机器人模型运动副及驱动在将模型成功导入ADAMS软件后，为了使Gough并联机器人各构件间可以进行相对的运动，还需要在各个构件间添加约束关系，也就是运动副或者铰链。首先在应该在静平台与大地之间添加固定副，将静平台与大地固定在一起，然后依次在上杆24Gough并联机器人运动仿真分析与滑块之间添加滑移副，滑块与连杆间添加万向副，动平台与连杆下端添加球铰副。钥匙系统能够运动起来，光添加运动副是不够的，还需要在相应的运动副上添加驱动和载荷，本文在为了研究机器人动平台的运动情况，在动平台中心点处建立一个MARKER点坐标并添加一点驱动。这样就完成了Gough并联机器人虚拟样机的运动副及驱动的定义和添加。添加过程与完成效果如图3-8所示。图3-8运动副添加完成图3.3.3Gough并联机器人螺旋运动仿真分析（逆解）螺旋理论形成于19世纪初期。1900年英国著名教授RobertsBalli41完成了经典著作螺旋理论，形成了一套完整的螺旋理论。1950年，Dimentberg在分析空间机构时首次应用了螺旋理论，引起了人们的关注。1978年，KHhuntIs的经典著作机构运动几何学标志着螺旋理论的现代发展。常见互为反螺旋的类型有以下几种：(1)两个轴线相交的线矢量互为反螺旋。(2)两个轴线平行的线矢量互为反螺旋。(3)1个线矢量与1个偶矢量的轴线相互垂直，则它们互为反螺旋。25Gough并联机器人运动仿真分析(4)任何两个偶矢量均互为反螺旋。驱动螺旋是指与同一分支中除主动螺旋外的其他所有运动螺旋互易积都等于零的螺旋。从物理意义上讲，驱动螺旋是由支路主动关节施加到动平台上的1个力螺旋。本文中为了使动平台实现螺旋运动，将在动平台上添加一驱动。对于一个系统，在建立了构件和导入了几何模型，定义了运动副和载荷后，前处理阶段就已经基本完成了，剩下的就是对系统的仿真和求解了。在ADAMS/View的ADMAS/Solver中，通常会有三种仿真类型，Default、Dynamic(动力学仿真),Kinematic(运动学仿真)和Static(静平衡计算)。ADMAS/Solver会通过自动计算模型的自由度来确定进行何种计算。如果模型的自由度为0，进行运动学仿真。如果模型的自由度为1或大于1则进行动力学仿真。下面为了使动平台进行螺旋运动，需要在动平台已有的MARKER点上定义一个特有的点驱动数值，然后再使用ADAMS/Postprocessor后处理模块来输出动画和各种数据曲线，进一步观察、研究ADAMS的仿真结果。螺旋运动在X、Y、Z三个方向上的轨迹方程：X=0.002*time*cos(12*time)Y=0.002*time*sin(12*time)Z=-0.002*time，将其数值依次填入驱动选项即可。仿真的步骤：在第一栏中选择Default表示根据模型的自由度自动进行运动学或者动力学仿真；在第二栏中选择EndTime，仿真时间分为EndTime（终止时间）和DurationTime（持续时间），这里选择终止时间，将EndTime设置为3s，表示本次仿真的时间为3秒；在第三栏中选择Steps为仿真的步长或步数，这里将步长设置为200步，以便于得到更加详细的仿真结果，Steps表示在这5秒的仿真过程中，总共输出200次仿真结果。最后选择主工具箱上的按钮，可以回放仿真结果，也可以将ASAMS/View的回放，重新进行观察，设置结果如图3-9所示。26Gough并联机器人运动仿真分析图3-9仿真分析ADAMS/Solver模块可根据施加在模型上的外力和激励，计算出模型中的位移、速度、加速度及其内部作用力。Gough并联机