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基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真(5)

2021-10-31    作者:未知    来源:网络文摘

5.3.2仿真结果

    在仿真结束后,进行测量输出。ADAMS提供了两种类型的测量,一种是预先定义好的自动输出结果的测量,如:构件、点、柔性件、力、运动副等对象的位移、速度和加速度、动能和势能、力等有关信息;另一种是用户自定义的测量。ADAMS的测量功能非常广泛,不仅可以在仿真分析过程中跟诨嬷聘行巳さ谋淞浚以便跟踪了解仿真分析过程,同时还可以在仿真分析结束后绘制有关变量的变化线。在这里我们测量手部末端WAN3随时间的位移变化,得图4所示曲线图。图4中可以清楚地看到机械手臂全部位移大部分集中在第一秒内,也就是说,要腰关节,肩关节,肘关节的旋转已经诒敬锏剿需位置,而腕部的滚转、俯仰两关节的作用是对手部姿态做调整,位移的变化并不大。

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 图1

图4 手部末端位移曲线图

图5为机械手末端速度变化曲线图,可以看到与实际情况是非常吻合的。

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 图2

图5 机械手末端速度变化曲线图

运动学仿真后,还可测出各个关节上的驱动力,这里只给出腕关节的驱动力曲线图,如图6。

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 图3

图6 腕部驱动力曲线图

6 运动学分析
6.1 建立坐标系

    如图7所示,建立坐标系:

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 图4

图7 三转动一平移机械构型图

6.2 运动学分析

    建立的坐标系,O点为机座定位点,以O点为原点建立坐标系XOYOZO ,此坐标系即为世界坐标系OXOYOZO;在A点建立机械手坐标系AXAYAZA,XA指向AB杆,Z轴方向与ZO一致,按右手笛卡尔坐标系确定Y轴方向;在B点建立坐标系BXBYBZB ;在C点建立坐标系CXCYCZC,其中XC指向DP方向;在D点建立坐标系DXDYDZD,其中XD指向DP方向,P点工作点在 DXDYDZD中的坐标为(l3, 0, 0)。

从工件坐标系向世界坐标系的变换如下式(1):基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 图5(1) 

    其中l1为AB长度,l2为BC段长度,l3为DP长度,l为CD间的距离,变量以X表示 [XOP YOP ZOP],以θ表示变量[θ1 θ2 θ3 l ],则可以用如下式(2)表达式(1):

X=f(θ) (2)

    由此可以解出末端坐标系相对于世界坐标系的位姿运动,反解主要是求解位姿运动方程(1)的反问题,是由机械手的笛卡尔空间到关节空间的逆变换,即求解θ 1,θ2,θ3,l的过程。

    此时,由于只有三个方程,但却有4个变量,即由于三转动一平移,共四个自由度导致可以出现无穷解 因此一般机械手在运动反解的过程中,都需要限定其他的条件,以在无穷解中选取有穷解,这种限定条件一般为:行程最短,功率最省,受力最好,回避障碍或机械手在工作位置DP臂相对世界坐标系成一固定夹角等,有时候数种限定条件一起添加,以获得最优解。假设此处使用DP臂与世界坐标系成一固定夹角和θ1最小为原则,即:

θ1+θ2+θ3=ß                           (3)               

且θ1取最小值。

由式(1)(2)(3)综合,即可以求出运动方程的反解:

θ=ƒˉ(X)                            (4)

    对式(2)求一阶、二阶导数,即可以得到在已知 θ1,θ2,θ3,1的情况下的P点的各个坐标位置,各坐标方向的速度,各坐标方向的加速度。

    同理,对式(4)求一阶,二阶导数,即可以得到在已知P点位置的;况下,综合限定条件就得到机械手各转动臂的角度、角速度、角加速度,以及平移的距离、 速度、加速度。

    在创建3D模型之前,最好定义各种材料的零件的模板。在建模过程中,严格按照零件材料选用模板,可以减少输入密度的工作,对于各种电机,传;器等多种材料的部件,需要计算出密度并输入相应的模型中。在装配过程中,对有运动关系的零件之间,在 Pro/Engineer中使用关节装配方式,可以省去部分在ADAMS中工作,在添加约束的过程中,需要详细的定义各种运动副,本文中主要是旋转副和移动副。

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该文章所属专题:机械毕业设计
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