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(jī)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(xì)介紹了 ADAMS的使用,仿真結(jié)果說(shuō)明本軟件系統(tǒng)運(yùn)算穩(wěn)定、適應(yīng)范圍廣,能大大提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)效率。仿真結(jié)果表明,該仿真模型具有 Cobot機(jī)器人的特點(diǎn),可以方便地獲得 Cobot的動(dòng)力學(xué)參數(shù),為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制及性能改進(jìn)提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞: Cobot:仿真;虛擬樣機(jī); ADAMS中圖分類號(hào):TP3919文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-2333(2006)01-0080-021前言合作機(jī)器人( Cobot)是能直接與人合作的機(jī)器人,為建立幾何模型了分析 Cobot的動(dòng)力學(xué)性能,應(yīng)用 ADAMS/View和建立剛體結(jié)構(gòu)MATLAB/Simulink對(duì)四自由度 Cobot進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真為了全面了解機(jī)器人性能,應(yīng)將動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)施加運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)約束結(jié)合在一起進(jìn)行仿真,現(xiàn)在能進(jìn)行這樣仿真的機(jī)器人仿施加載荷真軟件還不成熟。國(guó)際著名機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS可以將機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行仿真,但還查仿真模不正確不能直接應(yīng)用于機(jī)器人仿真,且接口相對(duì)繁瑣。因此Model verifyADAMS現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)一套機(jī)器人控制設(shè)置測(cè)量和仿真輸出仿真軟件系統(tǒng),既可減少開(kāi)發(fā)代價(jià)又可保證軟件系統(tǒng)的質(zhì)量。本文根據(jù)軟件工程的原理,詳細(xì)分析了機(jī)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(qiáng)和擴(kuò)充驗(yàn)證約束定ADAMS仿真控制系統(tǒng)功能,進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作步驟,分別回放仿真結(jié)果在 ADAMS和 MATLAB軟件中增加一個(gè)機(jī)器人控制仿真模塊開(kāi)發(fā)了機(jī)器人控制仿真系統(tǒng)。初步繪制仿真結(jié)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(jī)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(tǒng)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(guó)參數(shù)化技術(shù)公司Cobot的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如2所示,它是由3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和( Parametric Technology Corporation簡(jiǎn)稱PIC)推出的基于1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)組成。 Cobot的末端P點(diǎn)處載有重物m,3個(gè)參數(shù)化的特征造型系統(tǒng),該系統(tǒng)用戶界面簡(jiǎn)潔,概念凊轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)主要實(shí)現(xiàn)末端重物的位置和姿態(tài),而轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)晰,符合工程人員的設(shè)計(jì)思想和習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)主要承載重物的重量,實(shí)現(xiàn)零重力操作,讓操作人員輕的數(shù)據(jù)庫(kù)上,具有完整而統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。 ADAMS便。由于移動(dòng)關(guān)節(jié)垂直方向的移動(dòng)不與其它關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角耦( Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是世合,因此應(yīng)考慮轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)末端軌跡的影響界范圍內(nèi)最廣泛使用的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析(MSS)軟件。4 Cobot的Pro/E模型運(yùn)用 ADAMS軟件,設(shè)計(jì)人員可以在物理樣機(jī)建造前建立ADAMS本身提供實(shí)體造型功能,但是,對(duì)于許多復(fù)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),通過(guò)各種仿真分析對(duì)其進(jìn)行雜的機(jī)械系統(tǒng),零部件的幾何外形極不規(guī)則,此時(shí)用實(shí)體工作性能預(yù)估和結(jié)構(gòu)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長(zhǎng)于三維建模功能的CAD軟件,聯(lián)Cobot基本參數(shù)如下:合起來(lái)建立機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型。當(dāng)前,在工程領(lǐng)域,選底座( dizuo)基本尺寸:高度2000mm;用美國(guó)PTC公司和 ADAMS聯(lián)第一手臂(yibi)基本尺寸:長(zhǎng)度800mm;合進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械中國(guó)煤化工種較實(shí)用、第二手臂(erbi)基本尺寸:長(zhǎng)度800mm較流行的仿真方CNMHG三維模型如80機(jī)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(cè)量曲線圖5升降杄位移測(cè)量曲線使用測(cè)量中的函數(shù)測(cè)量功能,在 motion1, motion2驅(qū)動(dòng)下yil和erbi角度變化曲線如圖6所示。檢驗(yàn)函數(shù)AY( PRTO023 STL 1TL 1,AY( MARKERMARKER_65),由圖6可見(jiàn),其曲線規(guī)律與位移曲線規(guī)律圖2水平面內(nèi) Cobot機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3 Cobot整體模型致,所以函數(shù)定義正確。5在 ADAMS環(huán)境下建立機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型區(qū)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(dǎo)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(jī)械系統(tǒng)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(yīng)用環(huán)境統(tǒng)模型進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)仿真并進(jìn)行干涉檢7結(jié)婦6和etb角度位移測(cè)量曲線就可以將裝配完畢的總成根據(jù)其運(yùn)動(dòng)關(guān)系定義為機(jī)械系文中通過(guò) Cobot的仿真實(shí)例詳細(xì)介紹了本軟件的使查、確定運(yùn)動(dòng)鎖止的位置、計(jì)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(jié)果說(shuō)明本軟件系統(tǒng)運(yùn)算穩(wěn)定、適應(yīng)范圍廣,能大大提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)效率。仿真結(jié)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(jī)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(shù),為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制及性能改進(jìn)提供了理論依據(jù)MECH/Pro環(huán)境下建立一些簡(jiǎn)單的約束和一些參考坐標(biāo)[參考文獻(xiàn)°[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(zhuǎn)換至 ADAMS環(huán)境。(4)在 ADAMS環(huán)境下為系統(tǒng)添學(xué)出版社,2002.加必要的約束和受力。[2]王國(guó)強(qiáng),張進(jìn)平,馬若丁虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在 ADAMS上的實(shí)6仿真分析和試驗(yàn)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(jī)技術(shù)入門與提高[M].北京:機(jī)械工業(yè)ER 64, MARKER 65)出版社,2004(編輯黃荻它們是運(yùn)行函數(shù)中速度函數(shù)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(shè)計(jì)與制造、特種加工與erli角度變化時(shí)繞坐標(biāo)系Y軸的旋轉(zhuǎn)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(tuán)公司科技人員經(jīng)過(guò)一年的科研攻關(guān),研它是數(shù)據(jù)單元函數(shù),返回狀態(tài)變量 control torque和制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的階梯式粗加工面銑刀control torque2的當(dāng)前值在重型粗加工切削領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平石(1)檢驗(yàn)升降杄與支架是否干涉的測(cè)量曲線。取升降近幾年來(lái),一重集團(tuán)乳機(jī)產(chǎn)量逐年翻番,但軋機(jī)制桿最高點(diǎn),支架中心一點(diǎn),做兩個(gè) marker點(diǎn),選擇出機(jī)程加效率直不前無(wú)法足重團(tuán)高速國(guó)Point to point測(cè)量,曲線如圖4所示。如圖可見(jiàn),運(yùn)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(yàn)力矩設(shè)置正確性曲線。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(yàn)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(tuán)公司冷加工分廠進(jìn)行推廣應(yīng)用。出現(xiàn)下拉菜單,選中 measure,在出現(xiàn)的對(duì)話框中,選擇測(cè)一重集團(tuán)階梯式粗加工面銹刀的研制成功標(biāo)力口量方向?yàn)閄,其余默認(rèn)即可,運(yùn)動(dòng)曲線如圖5所示,從圖志著一重集團(tuán)在冷加工技術(shù)領(lǐng)域沿著自主研發(fā),以技上可以看出,升降杄的位移曲線正常,所以力矩設(shè)置正確。術(shù)為先導(dǎo)帶動(dòng)企業(yè)中國(guó)煤化工豐(3)檢驗(yàn)函數(shù)設(shè)置正確性曲線在一重乃至冷CNMHG機(jī)械工程師2006年第1期|81