基于ADAMS的COBOT动力学仿真研究

建模与仿真wng& Simulation基于 ADAMS的 COBOT动力学仿真研究文全兴1,高志2,赵保亚2,王健3(1北华航天工业学院材料工程系,河北廊坊065000;2华北电力大学机械工程学院,河北保定071003.唐山市供电局,河北唐山064000摘要:文中通过 Cobot的仿真实例详细介绍了 ADAMS的使用,仿真结果说明本软件系统运算稳定、适应范围广,能大大提高机器人动力学效率。仿真结果表明,该仿真模型具有 Cobot机器人的特点,可以方便地获得 Cobot的动力学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据。关键词: Cobot:仿真;虚拟样机; ADAMS中图分类号:TP3919文献标识码:A文章编号:1002-2333(2006)01-0080-021前言合作机器人( Cobot)是能直接与人合作的机器人,为建立几何模型了分析 Cobot的动力学性能,应用 ADAMS/View和建立刚体结构MATLAB/Simulink对四自由度 Cobot进行了动力学仿真为了全面了解机器人性能,应将动力学系统和控制系统施加运动副和运动约束结合在一起进行仿真,现在能进行这样仿真的机器人仿施加载荷真软件还不成熟。国际著名机械动力学仿真软件 ADAMS可以将机械系统和控制系统结合在一起进行仿真,但还查仿真模不正确不能直接应用于机器人仿真,且接口相对繁琐。因此Model verifyADAMS现有功能的基础上进一步开发一套机器人控制设置测量和仿真输出仿真软件系统,既可减少开发代价又可保证软件系统的质量。本文根据软件工程的原理,详细分析了机器人的特进行仿真分析不正确点,利用 ADAMS和 MATLAB已有的接口,加强和扩充验证约束定ADAMS仿真控制系统功能,进一步简化操作步骤,分别回放仿真结果在 ADAMS和 MATLAB软件中增加一个机器人控制仿真模块开发了机器人控制仿真系统。初步绘制仿真结果曲2仿真环境和建模流程Matlab进行进一步分析综合目前虚拟样机技术的发展和本课题所需要软硬件条件,确定在 Windows XP操作系统下,利用P'v/图1仿真流程图Engineer2001(Pro/E)和 ADAMS软件进行 Cobot的仿真与升降杆( sgan)基本尺寸:1600建模研究。 PrO/enGineeR是美国参数化技术公司Cobot的机构简图如2所示,它是由3个转动关节和( Parametric Technology Corporation简称PIC)推出的基于1个移动关节组成。 Cobot的末端P点处载有重物m,3个参数化的特征造型系统,该系统用户界面简洁,概念凊转动关节主要实现末端重物的位置和姿态,而转动关节晰,符合工程人员的设计思想和习惯。整个系统建立在统主要承载重物的重量,实现零重力操作,让操作人员轻的数据库上,具有完整而统一的数据模型。 ADAMS便。由于移动关节垂直方向的移动不与其它关节转角耦( Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是世合,因此应考虑转动关节对末端轨迹的影响界范围內最广泛使用的机械系统仿真分析(MSS)软件。4 Cobot的Pro/E模型运用 ADAMS软件,设计人员可以在物理样机建造前建立ADAMS本身提供实体造型功能,但是,对于许多复整个机械系统的虛拟样机,通过各种仿真分析对其进行杂的机械系统,零部件的几何外形极不规则,此时用实体工作性能预估和结构优化造型功能进行三维建模就显得力不从心了。此时,我们必3 COBOT的静态模型须借助于其他一些专长于三维建模功能的CAD软件,联Cobot基本参数如下:合起来建立机械系统的仿真模型。当前,在工程领域,选底座( dizuo)基本尺寸:高度2000mm;用美国PTC公司和 ADAMS联第一手臂(yibi)基本尺寸:长度800mm;合进行复杂机械中国煤化工种较实用、第二手臂(erbi)基本尺寸:长度800mm较流行的仿真方CNMHG三维模型如80机械工程师2006年第1期Modeling& Simulation建模与仿真图3所示。XIEAPT2PT_937s0Time: 5000图4升降杆位移测量曲线图5升降杄位移测量曲线使用测量中的函数测量功能,在 motion1, motion2驱动下yil和erbi角度变化曲线如图6所示。检验函数AY( PRTO023 STL 1TL 1,AY( MARKERMARKER_65),由图6可见,其曲线规律与位移曲线规律图2水平面内 Cobot机构简图图3 Cobot整体模型致,所以函数定义正确。5在 ADAMS环境下建立机械系统的仿真模型区亚AALE2完成COBO丌T的Pmo/三维建模后,用 MECH/Pro模2015000块需要将Pro/E模型导入 ADAMS。 MECH/Pro是MSC公司开发的连接三维实体建模软件 Pro/ENGIneer与机械系统动力学仿真分析软件 ADAMS的接口模块,二者采用无缝连接的方式,不需要退出Pro/ ENGINEER应用环境统模型进行系统的运动学或动力学仿真并进行干涉检7结妇6和etb角度位移测量曲线就可以将装配完毕的总成根据其运动关系定义为机械系文中通过 Cobot的仿真实例详细介绍了本软件的使查、确定运动锁止的位置、计算约束副的作用力等等;使用它还可以在 Pro/ENGINEER中定义刚体和施加约束用,仿真结果说明本软件系统运算稳定、适应范围广,能大大提高机器人动力学效率。仿真结果表明,该仿真模型后,将模型传送到 ADAMS/view中,以便进行全面的动力学分析。MECH/P的使用步骤:(1)在PoE中建立具有 Cobot机器人的特点,可以方便地获得 Cobot的动力MECH/Po环境,在 MECH/PI环境下定义刚体。(2)在学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据MECH/Pro环境下建立一些简单的约束和一些参考坐标[参考文献°[1]李军,邢俊文,覃文浩 ADAMS实例教程[M]北京:北京理工大(3)转换至 ADAMS环境。(4)在 ADAMS环境下为系统添学出版社,2002.加必要的约束和受力。[2]王国强,张进平,马若丁虛拟样机技术及其在 ADAMS上的实6仿真分析和试验践[M].西安:西北工业大学出版社,2002AY (PRTo023 STL 1, YIBI STL 1),AY(MARK3]郑建荣 ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M].北京:机械工业ER 64, MARKER 65)出版社,2004(编辑黄荻它们是运行函数中速度函数中的角度值,返回ybi作者简介:文全兴(1969-),男,主要从事模具设计与制造、特种加工与erli角度变化时绕坐标系Y轴的旋转角度等方面的研究Ⅴ ARVAI( MPro modelcontrol l),ARⅤAL( MPro mod收稿日期:2005-11-0el control2重集团公司科技人员经过一年的科研攻关,研它是数据单元函数,返回状态变量 control torque和制成功具有自主知识产权的阶梯式粗加工面铣刀control torque2的当前值在重型粗加工切削领域达到国际先进水平石(1)检验升降杄与支架是否干涉的测量曲线。取升降近几年来,一重集团乳机产量逐年翻番,但轧机制杆最高点,支架中心一点,做两个 marker点,选择出机程加效率直不前无法足重团高速国Point to point测量,曲线如图4所示。如图可见,运动过发展的需重工艺研究所的科技人员为了改目除程中,最小距离大于0,表明不发生干涉。前的生产状况,经过近一年的科研攻关,利用分段切先(2)检验力矩设置正确性曲线。使 motion 1, motion02削原理研制成功了“阶梯式粗加工面镌刀切削试进挂无效( Deactive),给力矩 SRORCE I、 RORCE2赋值验表明,平均提高工作效率近两倍。目前新刀具正式10000N·mm,选中升降杆上的 MARKER点,点击右键定型向全集团公司冷加工分厂进行推广应用。出现下拉菜单,选中 measure,在出现的对话框中,选择测一重集团阶梯式粗加工面锈刀的研制成功标力口量方向为X,其余默认即可,运动曲线如图5所示,从图志着一重集团在冷加工技术领域沿着自主研发,以技上可以看出,升降杄的位移曲线正常,所以力矩设置正确。术为先导带动企业中国煤化工丰(3)检验函数设置正确性曲线在一重乃至冷CNMHG机械工程师2006年第1期|81