基于A(yíng)DAMS的COBOT動(dòng)力學(xué)仿真研究

建模與仿真wng& Simulation基于 ADAMS的 COBOT動(dòng)力學(xué)仿真研究文全興1,高志2,趙保亞2,王健3(1北華航天工業(yè)學(xué)院材料工程系,河北廊坊065000;2華北電力大學(xué)機械工程學(xué)院,河北保定071003.唐山市供電局,河北唐山064000摘要:文中通過(guò) Cobot的仿真實(shí)例詳細介紹了 ADAMS的使用,仿真結果說(shuō)明本軟件系統運算穩定、適應范圍廣,能大大提高機器人動(dòng)力學(xué)效率。仿真結果表明,該仿真模型具有 Cobot機器人的特點(diǎn),可以方便地獲得 Cobot的動(dòng)力學(xué)參數,為實(shí)現機器人的控制及性能改進(jìn)提供了理論依據。關(guān)鍵詞: Cobot:仿真;虛擬樣機; ADAMS中圖分類(lèi)號:TP3919文獻標識碼:A文章編號:1002-2333(2006)01-0080-021前言合作機器人( Cobot)是能直接與人合作的機器人,為建立幾何模型了分析 Cobot的動(dòng)力學(xué)性能,應用 ADAMS/View和建立剛體結構MATLAB/Simulink對四自由度 Cobot進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真為了全面了解機器人性能,應將動(dòng)力學(xué)系統和控制系統施加運動(dòng)副和運動(dòng)約束結合在一起進(jìn)行仿真,現在能進(jìn)行這樣仿真的機器人仿施加載荷真軟件還不成熟。國際著(zhù)名機械動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS可以將機械系統和控制系統結合在一起進(jìn)行仿真,但還查仿真模不正確不能直接應用于機器人仿真,且接口相對繁瑣。因此Model verifyADAMS現有功能的基礎上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)一套機器人控制設置測量和仿真輸出仿真軟件系統,既可減少開(kāi)發(fā)代價(jià)又可保證軟件系統的質(zhì)量。本文根據軟件工程的原理,詳細分析了機器人的特進(jìn)行仿真分析不正確點(diǎn),利用 ADAMS和 MATLAB已有的接口,加強和擴充驗證約束定ADAMS仿真控制系統功能,進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作步驟,分別回放仿真結果在 ADAMS和 MATLAB軟件中增加一個(gè)機器人控制仿真模塊開(kāi)發(fā)了機器人控制仿真系統。初步繪制仿真結果曲2仿真環(huán)境和建模流程Matlab進(jìn)行進(jìn)一步分析綜合目前虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展和本課題所需要軟硬件條件,確定在 Windows XP操作系統下,利用P'v/圖1仿真流程圖Engineer2001(Pro/E)和 ADAMS軟件進(jìn)行 Cobot的仿真與升降桿( sgan)基本尺寸:1600建模研究。 PrO/enGineeR是美國參數化技術(shù)公司Cobot的機構簡(jiǎn)圖如2所示,它是由3個(gè)轉動(dòng)關(guān)節和( Parametric Technology Corporation簡(jiǎn)稱(chēng)PIC)推出的基于1個(gè)移動(dòng)關(guān)節組成。 Cobot的末端P點(diǎn)處載有重物m,3個(gè)參數化的特征造型系統,該系統用戶(hù)界面簡(jiǎn)潔,概念凊轉動(dòng)關(guān)節主要實(shí)現末端重物的位置和姿態(tài),而轉動(dòng)關(guān)節晰,符合工程人員的設計思想和習慣。整個(gè)系統建立在統主要承載重物的重量,實(shí)現零重力操作,讓操作人員輕的數據庫上,具有完整而統一的數據模型。 ADAMS便。由于移動(dòng)關(guān)節垂直方向的移動(dòng)不與其它關(guān)節轉角耦( Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是世合,因此應考慮轉動(dòng)關(guān)節對末端軌跡的影響界范圍內最廣泛使用的機械系統仿真分析(MSS)軟件。4 Cobot的Pro/E模型運用 ADAMS軟件,設計人員可以在物理樣機建造前建立ADAMS本身提供實(shí)體造型功能,但是,對于許多復整個(gè)機械系統的虛擬樣機,通過(guò)各種仿真分析對其進(jìn)行雜的機械系統,零部件的幾何外形極不規則,此時(shí)用實(shí)體工作性能預估和結構優(yōu)化造型功能進(jìn)行三維建模就顯得力不從心了。此時(shí),我們必3 COBOT的靜態(tài)模型須借助于其他一些專(zhuān)長(cháng)于三維建模功能的CAD軟件,聯(lián)Cobot基本參數如下:合起來(lái)建立機械系統的仿真模型。當前,在工程領(lǐng)域,選底座( dizuo)基本尺寸:高度2000mm;用美國PTC公司和 ADAMS聯(lián)第一手臂(yibi)基本尺寸:長(cháng)度800mm;合進(jìn)行復雜機械中國煤化工種較實(shí)用、第二手臂(erbi)基本尺寸:長(cháng)度800mm較流行的仿真方CNMHG三維模型如80機械工程師2006年第1期Modeling& Simulation建模與仿真圖3所示。XIEAPT2PT_937s0Time: 5000圖4升降桿位移測量曲線(xiàn)圖5升降杄位移測量曲線(xiàn)使用測量中的函數測量功能,在 motion1, motion2驅動(dòng)下yil和erbi角度變化曲線(xiàn)如圖6所示。檢驗函數AY( PRTO023 STL 1TL 1,AY( MARKERMARKER_65),由圖6可見(jiàn),其曲線(xiàn)規律與位移曲線(xiàn)規律圖2水平面內 Cobot機構簡(jiǎn)圖圖3 Cobot整體模型致,所以函數定義正確。5在 ADAMS環(huán)境下建立機械系統的仿真模型區亞AALE2完成COBO丌T的Pmo/三維建模后,用 MECH/Pro模2015000塊需要將Pro/E模型導入 ADAMS。 MECH/Pro是MSC公司開(kāi)發(fā)的連接三維實(shí)體建模軟件 Pro/ENGIneer與機械系統動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS的接口模塊,二者采用無(wú)縫連接的方式,不需要退出Pro/ ENGINEER應用環(huán)境統模型進(jìn)行系統的運動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)仿真并進(jìn)行干涉檢7結婦6和etb角度位移測量曲線(xiàn)就可以將裝配完畢的總成根據其運動(dòng)關(guān)系定義為機械系文中通過(guò) Cobot的仿真實(shí)例詳細介紹了本軟件的使查、確定運動(dòng)鎖止的位置、計算約束副的作用力等等;使用它還可以在 Pro/ENGINEER中定義剛體和施加約束用,仿真結果說(shuō)明本軟件系統運算穩定、適應范圍廣,能大大提高機器人動(dòng)力學(xué)效率。仿真結果表明,該仿真模型后,將模型傳送到 ADAMS/view中,以便進(jìn)行全面的動(dòng)力學(xué)分析。MECH/P的使用步驟:(1)在PoE中建立具有 Cobot機器人的特點(diǎn),可以方便地獲得 Cobot的動(dòng)力MECH/Po環(huán)境,在 MECH/PI環(huán)境下定義剛體。(2)在學(xué)參數,為實(shí)現機器人的控制及性能改進(jìn)提供了理論依據MECH/Pro環(huán)境下建立一些簡(jiǎn)單的約束和一些參考坐標[參考文獻°[1]李軍,邢俊文,覃文浩 ADAMS實(shí)例教程[M]北京:北京理工大(3)轉換至 ADAMS環(huán)境。(4)在 ADAMS環(huán)境下為系統添學(xué)出版社,2002.加必要的約束和受力。[2]王國強,張進(jìn)平,馬若丁虛擬樣機技術(shù)及其在 ADAMS上的實(shí)6仿真分析和試驗踐[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002AY (PRTo023 STL 1, YIBI STL 1),AY(MARK3]鄭建榮 ADAMS虛擬樣機技術(shù)入門(mén)與提高[M].北京:機械工業(yè)ER 64, MARKER 65)出版社,2004(編輯黃荻它們是運行函數中速度函數中的角度值,返回ybi作者簡(jiǎn)介:文全興(1969-),男,主要從事模具設計與制造、特種加工與erli角度變化時(shí)繞坐標系Y軸的旋轉角度等方面的研究Ⅴ ARVAI( MPro modelcontrol l),ARⅤAL( MPro mod收稿日期:2005-11-0el control2重集團公司科技人員經(jīng)過(guò)一年的科研攻關(guān),研它是數據單元函數,返回狀態(tài)變量 control torque和制成功具有自主知識產(chǎn)權的階梯式粗加工面銑刀control torque2的當前值在重型粗加工切削領(lǐng)域達到國際先進(jìn)水平石(1)檢驗升降杄與支架是否干涉的測量曲線(xiàn)。取升降近幾年來(lái),一重集團乳機產(chǎn)量逐年翻番,但軋機制桿最高點(diǎn),支架中心一點(diǎn),做兩個(gè) marker點(diǎn),選擇出機程加效率直不前無(wú)法足重團高速?lài)鳳oint to point測量,曲線(xiàn)如圖4所示。如圖可見(jiàn),運動(dòng)過(guò)發(fā)展的需重工藝研究所的科技人員為了改目除程中,最小距離大于0,表明不發(fā)生干涉。前的生產(chǎn)狀況,經(jīng)過(guò)近一年的科研攻關(guān),利用分段切先(2)檢驗力矩設置正確性曲線(xiàn)。使 motion 1, motion02削原理研制成功了“階梯式粗加工面鐫刀切削試進(jìn)掛無(wú)效( Deactive),給力矩 SRORCE I、 RORCE2賦值驗表明,平均提高工作效率近兩倍。目前新刀具正式10000N·mm,選中升降桿上的 MARKER點(diǎn),點(diǎn)擊右鍵定型向全集團公司冷加工分廠(chǎng)進(jìn)行推廣應用。出現下拉菜單,選中 measure,在出現的對話(huà)框中,選擇測一重集團階梯式粗加工面銹刀的研制成功標力口量方向為X,其余默認即可,運動(dòng)曲線(xiàn)如圖5所示,從圖志著(zhù)一重集團在冷加工技術(shù)領(lǐng)域沿著(zhù)自主研發(fā),以技上可以看出,升降杄的位移曲線(xiàn)正常,所以力矩設置正確。術(shù)為先導帶動(dòng)企業(yè)中國煤化工豐(3)檢驗函數設置正確性曲線(xiàn)在一重乃至冷CNMHG機械工程師2006年第1期|81