基于SimMechanics的多刚体机械建模

1、基于基于SimMechanicsSimMechanics的的 多刚体多刚体机机械建模械建模 天津科技大学：机械工程肖志鹏 xiao_ 主要内容主要内容 并联机器人介绍并联机器人介绍 模型建立模型建立 倒立摆模型倒立摆模型 实例实例 并联机器人介绍并联机器人介绍 有两个或以上的串联机器人来支撑机器人末端执行器的系统称为并联机器人。有两个或以上的串联机器人来支撑机器人末端执行器的系统称为并联机器人。 在并联机器人应用领域最典型的结构有三种：在并联机器人应用领域最典型的结构有三种： Stewart平台 Delta机器人 瑞士洛桑理工大学 H4机器人 法国LIPMM实验室 Diamond机器人 天津大

2、学黄田 Tricept机器人 Neumann DELTA机器人机构简图 机器人机械结构 SolidWorks模型 通过Grbler公式可以确定DELTA并 联机器人总的自由度: 简化后机构简图 n i i fnlF 1 ) 1(6 3 15) 198(6 l 连杆数、n 关节总数、f 关节自由度 数 结论：DELTA机器人执行末端只有三个沿坐标 轴平移自由度。 DELTA机器人自由度 DELTA机器人运动学反解 机器人的运动学分析主要研 究机器人的正反解问题。并联机器 人运动学反解比较容易，而正解非 常复杂。 设执行末端坐标(x0,y0,z0), 根据几何关系,可以求出运动学逆 解 坐标系 2

3、 2 222 )(lBEOBOPOEOPEP 再根据运动学逆解反推，可 以求解出运动学正解。 DELTA工作空间 机器人的工作空间是机器人执行末端的工作范围，是衡量机器 人性能的一个重要指标。工作空间的分析是机器人结构设计的一个 重点。 在MATLAB里 计算，尽量不要使用 多重for循环，很慢。 大部分的循环计算都 能使用矩阵运算代替。 初代工作空间 现在工作空间 模型建立模型建立 SimMechanics模型模型 总体模型 SimMechanics模型模型 单个支链SimMechanics模型 控制系统 控制系统是采用机器人状态反馈信号的半闭环控 制系统。控制方法是PID控制。 系统控制框

4、图PID控制模型 轨迹控制轨迹控制 设计的机器人主要实现抓放操作，即从A点抓取物体移动B 点释放。通常的实现方法是采取门形轨迹。 通过机器视觉图像处理的方法获取种子的位置信息。构建 出空间上执行末端的运动轨迹，再求出各个关节的理论位置作 为参考量提供给控制器。 行走轨迹 种子分拣信息 仿真系统 综合Simulink模型 实例（建一个实例（建一个Delta物理模物理模 型）型） 零件尺寸 静平台： 各个零件图中的坐标 都是相对坐标 主动臂： 从动臂：动平台： 建模步骤 静平台： 轴对称的形状，坐标系 旋转对后面建模有很大帮助， 三条支链只需使用一样的参数 参数设置： 建模步骤 主动臂： 三个主动臂都是相同的， 只需设置一个，其它复制即可。 参数设置： 建模步骤 从动臂： 轴对称的形状，坐标系 旋转对后面建模有很大帮助， 三条支链只需使用一样的参数 参数设置： 建模步骤 主动臂： 到这物理建模都完成了 参数设置： 倒立摆模型 倒立摆模型倒立摆模型 倒立摆仿真模型 封装 经过封装，把模型 的一些参数变成可变的。 使得模型修改更加方便 直观。 倒立摆模型倒立摆模型 B