基于AMAMS/View六自由度串联机器人运动学仿真

摘要：采用ADAMS建立机器人的运动学模型，设定一直线为机器人末端执行器的行走轨迹，通过在ADAMS环境下添加约束和运动，完成机器人的运动学仿真。调用独立的后处理模块ADAMS/ PostProcessor，获得机器人的各种运行曲线。

关键词：ADAMS 机器人 轨迹 多义线

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0071-02

机器人是一个多自由度的高精度空间运动机械，它由一系列杆件通过旋转关节或移动关节连接起来的开式运动链，这使得机器人运动学分析变得十分复杂，机器人上各关节的转动角度、角速度、角加速度等随时间的变化不是一般机构分析方法能够解决的，必须要针对其采用特殊的运动学分析方法[1]。运动学研究的主要途径是采用计算机辅助法建立和求解机器人机构的运动学模型。

机器人运动学主要研究两个方面的问题：(1)已知机器人各杆件尺寸和关节变量，求末端执行器相对于给定的世界坐标系的位置和位姿。(2)已知机器人各杆件的尺寸，给定机器人末端执行器相对于世界坐标系的位置和姿态，确定机器人各关节的转动角度。

1、总体尺寸分析

文中机器人由6个转动关节组成，机器人包括底座、大臂、小臂和腕部等部分。第一个关节（腰关节）在底座和转塔之间，第二个关节（肩关节）在转塔和大臂之间，……尺寸参数如图1所示。

2、ADAMS/View环境下机器人运动学仿真

本文所解决的机器人的运动学问题是：已知系统必要的运动（拟定机器人所要做的运动轨迹），通过运动学分析，计算与已知运动有关的运动链各杆件的位移、速度、加速度等。

本文要求机器人末端在空间的行走轨迹为一直线，设定直线在基坐标系中的起点为A（1035，0，1120），终点为B（700，-500，600）。

2.1 ADAMS/View环境下直线轨迹运动学仿真的步骤

2.1.1 创建直线运动的轨迹

在ADAMS几何建模工具栏中选择绘制直线和多义线[2]图标，绘制一条起点为A（1035，0，1120），终点为B（700，-500，600）的直线轨迹，如图2所示。

2.1.2 添加约束

选择固定副图标，将直线轨迹AB与机架固结在一起，如图2所示。从连接工具栏选择PTCV约束图标，其类型选择为Edge，使得机器人末端运行过程中始终约束在直线AB上。

2.1.3 施加运动

选择点运动工具图标，速度设定为，选择末端执行器为第一构件，直线AB为第二构件，选择A点为末端执行器运动的起点，方向由A指向B，如图2所示。

2.2 机器人仿真结果后处理

在主工具箱选择仿真工具图标，按开始键，开始仿真。在仿真分析过程中，计算机可以实时显示样机的运动状况。通过后处理模块，可以测量机器人末端执行器的位移、速度、加速度，也可以测量运动副关联的两个构件之间的相对位移、速度和加速度。通过运动副约束了两个构件的相对运动，也就是一个构件强迫另外一个构件在被约束的自由度方向上与该构件一起运动，所以在被约束的自由度上可以测量各关节转动角度、约束产生的力或力矩等数据[2]。

ADAMS软件仿真分析结果后处理，是通过调用独立的后处理模块ADAMS/ PostProcessor来完成，该后处理主要提供了两个功能：仿真结果的回放功能和分析曲线的绘制功能[2-7]。选择后处理工具图标，进入ADAMS后处理模块，ADAMS/PostProcessor窗口的控制面板即为绘制曲线模式。选择数据处理的类型，并选择Add Curves命令，完成数据曲线的绘制，如图3、4、5所示。

以图5为例，对上述各图说明如下：图中横坐标表示仿真时间，单位为；纵坐标表示关节转动角度，单位为。从图中可以看出，机器人各关节运行曲线平滑，无冲击现象，符合实际情况。

3、结语

本文在ADAMS/View环境下，对机器人虚拟样机进行了运动学的仿真，得到了机器人在运行规定直线轨迹时各关节转动角度变化情况，对实际研究机器人的提供帮助。本文在ADAMS/View环境下对机器人的运动学的研究对机器人设计和动力学分析也有一定的参考价值。

参考文献

[1]张小江.机器人仿真研究及运动学动力学分析[D].长春:吉林大学,2006.

[2]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京: 国防工业出版社.,2006.

[3]郑凯,胡仁喜,陈鹿民.ADAMS2005机械设计高级应用实例[M].北京:机械工业出版社,2006.

[4]郭卫东.虚拟样机与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[5]陈立平.机械系统动力学及ADAMS应用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.

[6]陈军.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

[7]陈文华,贺青川,张旦闻.ADAMS2007机构设计与分析范例[M].北京:机械工业出版社,2009.

作者简介

王学忠（1972―），男，汉族，山东德州人，助理工程师，主要从事电梯检验、机器人等方面的研究。

基金项目

滨州学院青年人才创新工程科研基金项目（BZXYQNLG201007）。