基于Adams的6自由度机器人仿真系统的研究

虚拟现实(VR)、虚拟样机(VP)、虚拟制造(VM)及CAX 467

基于Adams的6自由度机器人仿真系统的研究

王洪涛 刘志远 裴润

(哈尔滨工业大学 控制科学与工程系 哈尔滨 150001)

摘要:本文开发了基于Adams和Matlab 的机器人仿真系统,该仿真系统将机器人的动力学分析和控制器的设计集成于一体。以某液压驱动的6自由度串联机器人为仿真对象,进行了其运动学分析,推导了非对称阀控制法非对称缸的力输出模型,利用Adams 建立了机械系统动力学模型,并在Matlab下建立了仿真系统框图及进行了控制器的设计,最后对仿真结果进行了分析,验证了该方法可行性,且较传统的方法有很多优点。

关键词:机器人;仿真;Adams;Matlab

1. 引言

计算机动态图形仿真在机器人的设计和使用方面的应用是从70年代开始,在80年代末迅速发展并实用化。目前国外一些大公司和研究单位已经开发了一些实用的功能各异的机器人仿真商品化软件。例如,美国Cornell开发的一个通用的交互式机器人图形仿真系统INEFFABELLE[1],西德Sarrlandes大学开发了一个机器人仿真系统DYNAMAN[8]等。国内,清华大学研究的机器人大型仿真系统THROBSM,哈尔滨工业大学开发了机器人机构设计和仿真软件RMSCS等。

虚拟样机(Virtual Prototype)是当前设计制造领域的一个新技术。它用计算机软件建立机械系统的三维实体模型和动力学模型,用以分析和评估系统的性能,为物理样机及其控制系统的设计提供依据。这种技术可对系统进行全面的量化分析,以获得最佳设计[7]。

Adams是美国MDI(Mechanical Dynamics Inc.)公司开发的机械系统动力学分析软件。它使用交互式开发环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统仿真模型,可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析[2]。

利用虚拟样机技术,可大大简化复杂的机器人动力学建模问题,为机器人的设计提供现代方法和先进手段。本文以某液压驱动的6自由度串联机器人为对象,由于它具有运动范围广,负载变化大等特征,用传统方法难于分析和设计的,本文开发了基于Adams和Matlab建立动力学和控制系统分析的集成仿真系统。本文以机器人的动态响应特性分析为目标,首先建立了运动学模型,其次建立了驱动系统的非对称阀控制非对称缸的数学模型,然后利用Adams建立动力学模型,并在Matlab/Simulink下建立了整个仿真系统。

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