基于ADAMS的六自由度关节型搬运机器人运动学仿真分析.pdf

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1、·现代设计与先进制造技术·高大华胡晓兵基于ADAMS的六自由度关节型搬运机⋯⋯37基于ADAMS的六自由度关节型搬运机器人运动学仿真分析高大华，胡晓兵(四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065)摘要：运用D—H方法建立机器人运动学方程，分析正、逆运动学问题的解法。详细介绍了在ADAMS中建立机器人几何模型的过程，并对其在一个搬运周期内的运动过程进行了运动学的仿真，求出了各关节逆运动学解并分析了各运动关节的位移特性曲线。仿真结果分析表明，各关节运动易于实时控制，精度满足要求。关键词：ADAMS；关节型机器人；运动学仿真中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：167

2、2—1616(2010)01—0037—04机械系统的运动学仿真分析自20世纪80年结构，主要零部件包括：机座、腰部、大臂、小臂、腕代出现后，便作为一项新兴的技术得到广泛的应部和手部。每个运动关节都由一个小的机械系统用。ADAMS是世界上最负盛名的机械系统仿真组成，主要有轴、轴承、轴套、键、齿轮、电机、减速器分析软件，使用它可以生成复杂机械系统的虚拟样等装置，另外还有一些附属装置，如传感器、摄像机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析头、托架、定位板等。和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能，1．1D—H方法建立坐标系缩短开发周期和降低研制费用，并提高设计质量。分析

3、机器人连杆的位置和姿态与关节角之间本文结合实际工业环境中的搬运机器人的运动特的关系的理论称为运动学。先采用D—H方法建点(点到点的运动)，利用ADAMS对实际搬运过程立六自由度机器人各杆件的坐标系_2J，如图1所进行运动学仿真，求出运动学逆解，并对各运动关示。确定参数n，a，d和0；建立本机器人的相邻节的位姿进行研究(位移分析)，为进一步的轨迹规坐标系之间的齐次变换矩阵(A矩阵)为：划奠定基础。o0s一sinOioosasin0isinasin0isina1sin0ieosOieosa—eosOisina—cosOisina●j1六自由度搬运机器人运动学方、0sinaOO8

4、0t；程[1]000六自由度关节型机器人是一个较复杂的机械图1关节连杆坐标系对于六自由度机器人来说，从底座到手部的变换矩阵为：收稿日期：2009—09—23作者简介：高大华(1983)，男，安徽安庆人，四川I大学硕士研究生，主要从事计算机辅助设计与制造等方面的研究工作。382010年1月中国制造业信息化第39卷第1期axPx进行精确地描述复杂的零件外形的操作。为了节YPy省建模时间并且保证仿真能够顺利进行，在建立模T6=A1A2A3A4A5A6(2)型之前要对实际模型进行必要的简化。azPz2．I．2建模过程01a．进入View模块，设置好工作环境，按照物式(2)表示末端连

5、杆坐标系{6}相对于基坐标理样机模型来建立仿真模型。修改模型各部位的系{0}的位姿，是机械手运动学分析的基础。矩阵颜色，便于部件的区分和观察运动过程。三维仿真前3列表示手部的位姿；第4列表示手部的位置。模型如图2所示。1．2机器人的位置运动学存在的2类问题一类是根据关节变量求手部位姿的正问题，即已知各关节参数来确定末端的位姿，可以由式(2)计算出右端矩阵里的12个参数。正问题求解相对比较简单，且有惟一解。另一类是根据手部位姿求关节变量的逆问题_3j，已知手部的位姿来逆求各关节的转动变量，可以用来确定驱动各关节的电机参数和进行轨迹；图2三维仿真模型规划，事实上，由于机器人的控

6、制器利用这些关节一b．添加约束和驱动。包括：1个固定副(基座值，来控制机器人运行到达期望的位姿，这也是机与地面)；6个旋转副(6关节)，分别是基座和腰部删器人运动学计算中的难点。本机器人的运动学逆关节、腰部和大臂关节、大臂和小臂关节以及手部问题的数学求解方式是用6个变换矩阵(A矩阵)的3个转动关节(滚动、俯仰和偏航)；最后为各个的逆矩阵左乘，然后找出右端为常数的元素，并令运动副施加旋转驱动。这些元素与左端的元素相等，得出一个可以求解的c．机构自检。进行仿真之前，利用Tools菜单三角函数方程式。然后，根据矢量的位姿和机械手晰一中ModelVerify命令对模型进行检查，信息

7、中显示连杆参数d，就可逐一求得关节变量0】，02，⋯，6。‘‘0DegreesofFreedomfor．model1”和“Model本文将利用ADAMS软件的后处理功能模块verifiedsuccessfully”说明运动学模型建立正确，可来求出运动学逆问题的合适解，避免复杂的数学运以进行运动学仿真分析。从显示信息窗口可以得算，为进一步的分析打下基础。到模型的重要信息，包括零件和运动副的数量、类～僻型，同时也列出了模型的自由度。样机模型检测结2ADAMS运动学仿真求解过程果图如图3所示。2．1三维几何模型的建立l4