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1、第21卷第6期机电产品开发与创新Vol．21,No．6·200开发与创新8年11月·Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsNov．,2008基于ADAMS的五自由度机器人运动学仿真刘宏伟（南阳理工学院机电系，河南南阳473004）摘要：介绍了基于ADAMS的五自由度机器人的三维建模方法，并用ADAMS的运动仿真功能对五自由度机器人的运动特性进行了仿真分析，给出了机器人在典型运动状态下，手部末端的位移、速度及加速度等特性曲线，为机器人运动控制及优化设计提供参考依据。关键词
2、：工业机器人；5-DOF；运动学分析；ADAMS中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1002－6673（2008）06－042－030引言机器人的运动学性能一直是其设计研究工作的重点。对于多自由度串联机器人尽管其运动学正解相对于其反解要容易计算的多，但是这项工作往往也需要进行大量复杂的矩阵运算,工作量大且容易出错。借助ADAMS机械系统动态仿真分析软件，可以大大简化以上工作,机器人的各运动学与动力学性能可以通过仿真动画和数据图表直观地展现。本文根据华中科大生产的一台教学型五自由度工业机器人，采用ADAMS仿真软件建立了该机器
3、人的虚拟样机并进行了运动学仿真研究。表1五自由度机器人的连杆参数Tab.1Linkparamectersof5-DOFrobot1教学型五自由度工业机器人简介杆号关节转角θi扭角αi杆长ai距离di变量范围1.1五自由度机器人1θ10°03700°~360°的连杆参数2θ290°4000-30°~90°由图1可以看到本3θ30°3000-45°~90°4θ40°060-90°~90°教学型五自由度工业机5θ590°050-60°~60°器人由底座、驱干、大臂、小臂、手腕及手等2机器人运动学部分组成，各个部分之间由腰关节、肩关节、研究机
4、器人运动学的重点是其手部的位姿和运动，肘关节和两个腕关节相一是根据机器人的各关节的转角或位移推算出机器人末互连接。五个关节均为端执行器的位姿；二是根据机器人末端位姿计算出各个转动关节，分别安装步进驱动电机，带动机器人的各个关节各自的转角或位移。从运动学的角度讲，前者是运杆件在控制系统的作用下按要求运动轨迹运动，以实现动学正问题，后者是运动学逆问题。末端执行器的装配、搬运等功能。其连杆参数见表1。2.1运动学正解机器人正向运动学主要解决机器人运动学方程的建收稿日期：2008－10－17立及手部位姿的求解。对于本文的五自由度机器人其运作者
5、简介：刘宏伟（1966年-），女，硕士研究生，副教授。动学方程为：主要研究方向：数控技术；机器人设计与控制。42·开发与创新·T5=A1A2A3A4A5虚拟样机的建立要尽可能地简化模型，在满足虚其中：A1、A2、A3、A4、A5各矩阵表示第i+1连杆拟样机仿真运动的完整前提下，模型的零件数量应该相对于第i连杆的齐次变换：尽可能的少，多个零件固结时，只用一个零件表示，A1=Rot（Z0，θ1）Trans（0,0,d1）Rot（x1,a1）以节省运动副数量。保留主要的运动部件，忽略齿A2＝Rot（Z1，θ2）Trans（a1,0,0）轮，
6、轴承等细化的部件。为了保证虚拟样机的准确A3=Rot（Z2，θ3）Trans（a2,0,0）性，各主要部件的空间布局应该与物理样机相当。用A4=Rot（Z3，θ4）Trans（0,0,d4）Rot（x4,a4）ADAMS/View建立五自由度机器人仿真模型的步骤：A5=Rot（Z4，θ5）Trans（0,0,d5）（1）设置ADAMS/View工作环境：工作栅格将上述各参数代入，可求出以θ1~θ5为变量的运动（1000×1000）mm；间距10mm;gravity设为-y方向。学方程，若给定各关节变量θ1~θ5的位置值，即可求得（2）
7、几何建模：创建底坐构件→创建驱干构件→创机器人手部的位姿：建肩构件→创建大臂构件→创建小臂构件→创建手腕构0oap0件→创建机械手构件。ADAMS/View工作界面中的虚拟0nxxxx000000nyoyaypy0五自由度机器人仿真模型如图3。00T5=A1A2A3A4A5=00000nzozazpz0（3）对各构件添加约束：首先在机器人的基座上添0000000010加固定副，然后在机器人的腰部、肩部、肋部各有一个00式中，前三列表示手部的姿态，第四列表示手部的转动副，腕部两个转动副，手部固定在腕部。为简化模位置[1]（由于复杂的矩阵
8、运算，结果不再列出）。型并便于仿真，通过布尔运算将手部与wrist2合成一个2.2运动学反解零件。定义手部中心MARKER点为hand_end，研究机机器人运动学反解是在已知手部要达到的目标位姿器人手部位姿即研究该点的位
