【某六自由度机器人动力学仿真分析案例1900字】

某六自由度机器人动力学仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u18810某六自由度机器人动力学仿真分析案例 185551.1机器动力学分析的用处 1157601.2机器人动力学的研究方法 1138601.3机器人惯性参数 2313751.4机器人动力学仿真 290361.1.1求解器选择 314781.1.2动力学仿真 3195101.1.3驱动函数优化 51.1机器动力学分析的用处工业机器人可以认为是一种将一系列连杆用关节连接起来的开链结构。前文研究分析了机器人运动学，工业机器人运动学是研究机器人在处于相对稳定环境下进行的，用来研究各连杆之间的位移、速度和加速度各自的相互关系，这是处于静力平衡的作用下对机器人进行计算的。但是在实际的工业机器人应用中，往往是需要在动态的过程中对机器人进行研究的，大部分现实中的工业机器人问题研宄是变化的。机器人是一个时刻动作的一个受到外界多种因素影响的动力装置系统，是一种多参数变量的非线性系统。机器人的动力学研究主要针对机器人的速度，加速度等物理量与机器人所受的力之间的关联，通过机器人在运行过程中到达预定位姿的速度、加速度等来计算各个关节的驱动力。1.2机器人动力学的研究方法在对于机器人运动学的研究过程中，尚且没有涉及到研究机械臂的运动轨迹与机械臂受力间的关系。这些主要实在机器人动力学中研究，机器人动力学主要涉及机械臂的运动轨迹与力之间的影响。在实际生活中这对于机器人操控和研究设计起到了重要影响。通过对动力学方程的推算，有助于我们在机器人设计的时候选择驱动装置，并且应用在机器人的仿真中。关于机器人动力学方程的建立有多种方法，本文主要采用了拉格朗日法。1.3机器人惯性参数定轴转动机器人可以用惯性张量来表达机器人的刚体质量分布。机器人的惯性参数分为两种，其中有传动系统的惯性参数以及机械臂的惯性参数。惯性张量是用来描述刚体质量的一种物理量。当一个构件连续可积的时候，可以表示出这个构件相对于固定坐标系的惯性矩I。这个惯性矩阵是3×3的9个分量分布，惯性矩阵也是对称矩阵，其分别可以对应于固定坐标系的转动惯量和轴的惯量积。I=（1.1）如果能在一定的变化下让惯性积均为零，那么这个矩阵就是主惯量矩。我们可以根据ADAMS中建立的机器人模型来求取机器人各个关节的主惯量矩。下表是给所建机器人模型添加材料属性后，利用ADAMS的自动求解功能所得出的各个关节的主惯量矩。表1.1机器人各个关节的主惯量矩关节（kg-mm²）（kg-mm²）（kg-mm²）17.6530501365.54148804222.698850367429.78306963846.38952923346.074201135332.33549663282.32407169830.15314989014815970256160.180983251652.8184209219E-031.9732590197E-031.1348754208E-0361.2414069673E-052.2811517623E-052.1893047781E-051.4机器人动力学仿真机器人的关节角速度、角加速度的变化只和机器人的构造关联，与构造体的质量无关。在求解机器人驱动力矩和其位姿的关系时，除了手动计算之外可以通过ADAMS对机器人进行动力学分析来给机器人的结构分析、电机的选择等等提供理论支撑。1.1.1求解器选择对于在ADAMS中的动力学仿真，求解器的选择将影响到仿真的最终结果，将求解器设置为GSTIFF。动力学求解器的选择如下图所示:图4-1求解器选择依据图4-2设置求解器1.1.2动力学仿真利用ADAMS的后处理模块ADAMS/Postprocessor导出对机器人大臂关节位置的测量曲线数据进行分析。机器人仿真后得到的大臂关节的加速度值、角角速度值、力矩值以及弹簧形变、形变速度、力随时间的变化曲线图如下图所示。（1）大臂关节X、Y、Z三个方向的角速度值、角角速度值图4-3大臂角速度、角加速度变化曲线（2）大臂关节处的力矩变化曲线图4-4大臂力矩变化曲线（3）弹簧形变、形变速度、力变化曲线图4-5弹簧变化曲线通过仿真动画及测量的关节数据，我们能够发现机器人角速度值随时间的变化十分稳定，相对变化比较平滑。但是当机器人开始运行动作的时候，关节的角加速度和力矩值发生了突变，这应该是因为机器人从直线运动到开始动作时轨迹发生了较大的变化，这种情况下该部位的电机要很大的力矩才能够让机器人朝预定的方向运行。这说明对于机器人在某些特殊情况下进行的动力学的仿真，可以对机器人在特定的关节角度和角速度以及角加速度的变化来研究，也能够求解出特定情况的机器人的最大力矩。但是由于这是基于特殊情况下的仿真，所以求得的最大的力矩可能并不能真实准确的反映实际机器人运行中所有情况。1.1.3驱动函数优化在上面的ADAMS测量曲线中可以发现在某一时刻关节的加速度和力矩值发生了突变，往往这种情况会对机器人的驱动电机造成较大的负载，加速机器人内部设备的老化，所以在后续设计中优化了机器人大臂、腰部关节处的驱动函数，将三个关节处的驱动函数由角位移的形式转为了角速度形式，使机器人在运行指定轨迹时力矩变化更加平滑。图4-6切换驱动函数类型优化后的驱动函数见下表：关节驱动函数关节1STEP(time,0,0,2,10d)+STEP(time,2,0,4,-10d)+STEP(time,4,0,6,-10d)+STEP(time,6,0,8,10d)关节2STEP(time,0,0,2,-5d)+STEP(time,2,0,4,5d)+STEP(time,4,0,6,5d)+STEP(time,6,0,8,-5d)关节3STEP(time,0,0,2,15d)+STEP(time,2,0,4