ADAMS机器人

合集下载

基于ADAMS的机器人性能分析和仿真

基于ADAMS的机器人性能分析和仿真

时 能 够 促 进 多 学 科 的 发 展 ,大 大 提 高我 国机 器 人 技 术 的 系 统 集 成 能 力 和 控 制 水 平 ,使 得 仿 真 机 器
人 融 入 人 类 的 生 活 ,和 人 类 一 起协 同 工 作 ,以 更
高可靠性 、便于操作 和维修 ) ,而 单 机 价 格 不 断
技 术 为 机 器 人设 计 和 研 究提 供 了一 种 便 利工 具 和 高 效 的 实 验 手 段 ,是 解 决 诸 如 机 器 人 运 动 学分 析 与 综 合 ,动 力 学建 模 和 分 析 ,工 作 空 间 的动 态规 划 ,轨 迹 规 划 ,机 器 人 与 工 作 环 境 干 涉 等 问题 的
目前 国 内 对机 器 人 仿 真 的研 究基 本 上 还 处 于 探 索 阶段 ,大 部 分 研 究 都 是 依 附 于 已 有 的软 件 而 进 行 的二 次 开 发 。我 国 仿 真 技 术 研 究 起 步 较 晚 ,
但还 是取 得 了一些 成果 。
领域 占有 更 广 泛 、更 重 要 的位 置 。机 器 人 仿 真
本 文 所 介 绍 的机 器 人 由基 座 、大 臂 、二 臂 和
碗 部 四个 部 分 组 成 ,如 图 1 示 。通 过 其 内部 齿 所
轮 的组 装 配 合 ,实 现 机 器 人 的 六 个 自 由度 ,依
以连 杆 i 为 例 ,其 两端 的 两 个 关 节 的转 动 -1 轴 线 分 别为 i -1和 i ,这 两个 轴 线 的公 共法 线 的 长
现 实 的 意 义 ,同时 也 代 表 了一 个 国 家 的 高科 技 发 展水 平 ,是 目前科 技 发展 最活 跃 的领域 之一 。
大提 高 了系统 的可 靠性 、易操作性 和 可维修 性 。 4 机 器 人 中的 传 感器 作 用 日益 重 要 ,除 采 用 )

Adams柔性体例子—机器人Adams虚拟实验详细步骤

Adams柔性体例子—机器人Adams虚拟实验详细步骤

一.ADAMS软件简介 (2)1.1ADAMS软件概述 (2)1.2用户界面模块(ADAMS/View) (3)1.3求解器模块(ADAMS/Solver) (5)1.4后处理模块(ADAMS/PostProcessor) (6)1.5控制模块(ADAMS/Controls) (8)二.典型机器人虚拟实验 (9)2.1串联机器人 (9)2.1.1 运动学分析 (9)2.1.2 动力学分析 (14)2.1.3 轨迹规划 (17)2.1.4 基于ADAMS和MATLAB的联合运动控制 (22)一.ADAMS软件简介虚拟样机仿真分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是对机械系统的运动学与动力学进行仿真的商用软件,由美国MDI (Mechnical Dynamics Inc.)开发,在经历了12个版本后,被美国MSC公司收购。

ADAMS集建模、计算和后处理于一体,ADAMS有许多个模块组成,基本模块是View模块和Postprocess模块,通常的机械系统都可以用这两个模块来完成,另外在ADAMS中还针对专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入模块,例如专业模块包括汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、火车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft等;嵌入模块如振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、液压模块ADAMS/Hydraulic、控制模块ADAMS/Control和柔性体模块ADAMS/AutoFlex等[3]。

1.1ADAMS软件概述ADAMS是以计算多体系统动力学(Computational Dynamics of Multibody Systems)为基础,包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件,利用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型,其模型可以是刚体的,也可以是柔性体,以及刚柔混合体模型。

基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统

基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统

基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统一、本文概述随着科技的快速发展,机器人在工业、医疗、军事等领域的应用越来越广泛。

其中,柔性机器人以其独特的柔性和适应性,在众多应用场景中表现出显著的优势。

然而,柔性机器人的动力学特性复杂,传统的建模与仿真方法往往难以准确描述其运动行为。

因此,开发一套基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统,对于提高柔性机器人的设计效率、优化运动性能、预测运动行为具有重要意义。

本文旨在介绍一种基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统的设计与实现方法。

文章将对柔性机器人的动力学特性进行分析,明确仿真系统的需求和目标。

详细介绍仿真系统的总体架构和各个模块的功能,包括柔性机器人的建模、动力学方程的建立、仿真求解以及结果后处理等。

在此基础上,文章将重点探讨ADAMS和ANSYS在仿真系统中的应用,以及它们之间的数据交互和协同工作机制。

通过实际案例验证仿真系统的有效性,并对未来研究方向进行展望。

通过本文的阐述,读者可以深入了解柔性机器人动力学仿真系统的基本原理和实现方法,为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。

本文的研究成果也将为柔性机器人的设计、优化和控制提供有力的技术支持。

二、柔性机器人动力学建模柔性机器人的动力学建模是理解其运动行为并进行精确控制的关键。

建模过程中,需要同时考虑机器人的刚性部分和柔性部分的动力学特性。

在这个过程中,我们采用了ADAMS和ANSYS这两个强大的工程仿真软件。

我们利用ADAMS进行多体系统动力学建模。

ADAMS以其强大的刚体动力学仿真能力,可以精确模拟机器人的刚性部分运动。

我们根据机器人的实际结构,在ADAMS中建立了详细的多体系统模型,包括连杆、关节、驱动器等各个部分。

然后,通过定义各个部件之间的约束关系,如转动副、移动副等,以及设定驱动器的运动规律,我们能够在ADAMS中模拟出机器人的各种运动状态。

然而,对于柔性机器人来说,仅仅考虑刚性部分的动力学是不够的。

工程案例—机器人Adams

工程案例—机器人Adams

⼯程案例—机器⼈AdamsADAMS软件简介虚拟样机仿真分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是对机械系统的运动学与动⼒学进⾏仿真的商⽤软件,由美国MDI (Mechnical Dynamics Inc.)开发,在经历了12个版本后,被美国MSC公司收购。

ADAMS集建模、计算和后处理于⼀体,ADAMS有许多个模块组成,基本模块是View模块和Postprocess模块,通常的机械系统都可以⽤这两个模块来完成,另外在ADAMS中还针对专业领域⽽单独开发的⼀些专⽤模块和嵌⼊模块,例如专业模块包括汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、⽕车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft等;嵌⼊模块如振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、液压模块ADAMS/Hydraulic、控制模块ADAMS/Control和柔性体模块ADAMS/AutoFlex等[3]。

1.1ADAMS软件概述ADAMS是以计算多体系统动⼒学(Computational Dynamics of Multibody Systems)为基础,包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件,利⽤它可以建⽴复杂机械系统的运动学和动⼒学模型,其模型可以是刚体的,也可以是柔性体,以及刚柔混合体模型。

如果在产品的概念设计阶段就采取ADAMS 进⾏辅助分析,就可以在建造真实的物理样机之前,对产品进⾏各种性能测试,达到缩短开发周期、降低开发成本的⽬的。

ADAMS,即机械系统动⼒学⾃动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)该软件是美国MDI公司(Mechnical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。

⽬前,ADAMS已经被全世界各⾏各业的数百家主要制造商采⽤。

工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤(精)

工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤(精)

一.ADAMS软件简介虚拟样机仿真分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是对机械系统的运动学与动力学进行仿真的商用软件,由美国MDI (Mechnical Dynamics Inc.)开发,在经历了12个版本后,被美国MSC公司收购。

ADAMS集建模、计算和后处理于一体,ADAMS有许多个模块组成,基本模块是View模块和Postprocess模块,通常的机械系统都可以用这两个模块来完成,另外在ADAMS中还针对专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入模块,例如专业模块包括汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、火车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft等;嵌入模块如振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、液压模块ADAMS/Hydraulic、控制模块ADAMS/Control和柔性体模块ADAMS/AutoFlex等[3]。

1.1ADAMS软件概述ADAMS是以计算多体系统动力学(Computational Dynamics of Multibody Systems)为基础,包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件,利用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型,其模型可以是刚体的,也可以是柔性体,以及刚柔混合体模型。

如果在产品的概念设计阶段就采取ADAMS 进行辅助分析,就可以在建造真实的物理样机之前,对产品进行各种性能测试,达到缩短开发周期、降低开发成本的目的。

ADAMS,即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)该软件是美国MDI公司(Mechnical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。

目前,ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。

adams环境下工业机器人运动控制和联合仿真毕业(论文)

adams环境下工业机器人运动控制和联合仿真毕业(论文)

摘要虚拟样机技术就是在建造第一台物理样机之前,设计师利用计算机技术建立机械系统的数字化模型,进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性,从而修改并得到最优设计方案的技术。

ADAMS软件是目前国际上应用最为广泛的虚拟样机分析软件,用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。

但针对复杂的机器人机械系统,要想准确的控制其运动,仅依靠ADAMS软件自身也很难做到;MATLAB软是Mathworks公司开发的一种集计算、图形可视化和编辑功能于一体的优秀数学应用软件,具有强大的计算能力,能够建立复杂的控制模型准确控制复杂机器人系统的运动;OpenGL(开放式图形库全称)是SGI公司开发的底层三维图形API,目前在图形开发领域已成为工业标准。

使用OpenGL可以创建视觉质量接近射线跟踪程序的精致漂亮的3D图形。

Visual C++ 6.0已经成为集编辑、编译。

运行、调试为一体的功能强大的集成编程环境,在Windows编程中占有重要地位。

OpenGL和Visual C++ 6.0有紧密接口,利用二者可以开发出优秀的视镜仿真系统。

ADAMS、MATLAB和Visual C++ 6.0由于定位不同,都有各自的优势和缺点,但是三者之间又可以通过接口联合控制或者混合编程。

本文分别利用ADAMS对三自由度机器人的运动学和轨迹优化方案进行研究,利用Visual C++ 6.0、OpenGL 和从MATLAB里导出的控制模型的数据对三自由度机器人进行了视景仿真的研究。

论文首先通过建立坐标系和矩阵变换,对刚体的空间表示进行了阐述,然后采用通用的D-H法则,将机器人关节角度参数化,推导出其正运动学方程和逆运动关节角,并计算出机器人手部的初始坐标。

其次采用ADAMS软件,详细介绍了机器人三维建模过程,包括整体框架构建,单个构件绘图和布尔运算等,并对机器人关节点进行了参数化设计。

最后从机器人轨迹规划的基本原理和方法出发,比较分析了关节空间轨迹规划和直角坐标空间轨迹规划的差别,并采用三次多项式和五次多项式对机器人进行了轨迹规划,利用ADAMS软件中内嵌的Step函数对运动轨迹进行了仿真分析。

基于ADAMS的机器人动力学仿真研究的开题报告

基于ADAMS的机器人动力学仿真研究的开题报告

基于ADAMS的机器人动力学仿真研究的开题报告1.选题背景及意义随着各种工业机器人的越来越广泛使用,人们对机器人动力学仿真研究的需求也越来越高。

机器人的动力学仿真研究可以为机器人的设计、控制和运行提供参考和支持,对提高机器人的工作效率、精度和安全性有着非常重要的意义。

ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是一种机械动力学仿真软件,广泛应用于产品设计、运动仿真、虚拟原型设计等领域。

通过ADAMS软件可以对机器人进行二维、三维动力学仿真,可根据不同的情况进行仿真,从而得出适用于不同机器人系统下的控制方法和运行规律。

本文旨在使用ADAMS平台,对机器人动力学进行仿真研究,从而更好地解决机器人工作中所遇到的问题,为机器人研究和应用提供技术支持和帮助。

2.研究内容和方法本研究主要内容是对机器人动力学进行仿真研究。

具体包括:1)机器人系统建模:根据机器人不同的机构和工作方式,建立机器人的三维模型,包括机器人关节、传动机构、末端执行器等。

2)动力学参数计算:基于机器人的三维模型,计算机器人的动力学参数,包括质量、重心、惯量、运动学链、级联惯量等。

3)动力学仿真:使用ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,模拟机器人在不同工作条件下的运动状态,并对机器人的动力学性能进行分析和研究。

4)结果分析:通过分析仿真结果,评价机器人模型和控制算法的有效性,检验机器人的设计和控制方案的合理性,并对机器人的性能进行优化和提升。

3.研究计划1)文献调研和分析:通过系统地调研前人研究,分析机器人动力学仿真的发展现状和存在的问题,确定研究方向和目标。

2)机器人系统建模:根据机器人的不同应用场景,建立机器人的三维模型,包括机器人关节、传动机构等组成部分。

3)动力学参数计算:根据机器人的三维模型,计算机器人的动力学参数,建立机器人的动力学模型。

4)动力学仿真:运用ADAMS 软件对机器人进行动力学仿真,模拟机器人不同工作情况下的运动状态,包括复杂工作状态和非理想工作情况。

基于Adams的150kg机器人运动学分析及仿真

基于Adams的150kg机器人运动学分析及仿真
l ar c o nf i gu r a t i o n o f r o bo t a nd pr i n ci pl e s o f be s t i n v er s e k i n ema t i c s c ho i c e . Mea n whi l e t h e v i r t ua l pr o t o t ypi n g mod el o f 1 5 0 k g
k i n e ma t i c s mo d e l a r e s e t a s d r i v i n g c u r v e s o f s i x i o i n t o f v i r t u a l p r o t o t y p i n g mo d e l a n d s i mu l a t i o n i s c o mp l e t e d
Ke y wo r d s: h e a v y—du t y r o bo t . k i n ema t i cs . Ada ms . v i r t u al pr ot ot y pi ng, s i mul a t i on a na l y s i s
运 动 学 分 析 是 重 载 机 器 人 研 究 不 可或 缺 的 前 提 和 基 础 , 运 动 学 逆 解 的正 确 求 解 为 机 器 人 工 作 空 间 分 析 、 轨迹规划 、 动 力
8 2
基于 Ada ms的 1 5 0 k g机 器 人 运 动 学 分 析及 仿 真
基于 A d a ms的 1 5 0 k g机器人运动学分析及仿真
Ki n e ma t i c An a l y s i s a n d Si mu l a t i o n o f 1 5 0 k g Ro b o t Ba s e d o n Ad a ms

基于ADAMS的两轮机器人运动研究(终结)

基于ADAMS的两轮机器人运动研究(终结)

北京工业大学学士学位论文基于ADAMS的两轮机器人运动研究学院电子信息与控制工程学院专业自动化姓名王治国学号07020133指导老师孙亮2011年05月20日摘要机器人(ROBOT)是人类设计出来为替代人进行工作的机器。

两轮机器人结构简单、运动灵活、适合在狭小和危险的空间内工作,在各个领域有着广泛的应用。

两轮机器人的概念是20世纪90年代提出来的,属于轮式机器人的范畴。

文章旨在利用ADAMS(机械动力学仿真系统)研究两轮机器人的运动情况,阐述了两方面内容:第一是利用MATLAB对机器人模型进行分析,确定各项运动参数和受力,根据分析结果设计控制系统,使得机器人系统能够平衡,进而在平衡基础上有规律运动。

两轮机器人是一个非线性、不稳定的系统,其运动学原理和倒立摆相同。

为了方便研究,首先把两轮机器人模型简化为倒立摆,进行受力分析和控制方案设计,再在MATLAB环境下对倒立摆控制情况进行SIMULINK仿真,进而拓展为对两轮机器人的控制;第二是完成MATLAB仿真后,学习ADAMS 理论知识,再根据MATLAB分析结果,结合实际情况,在ADAMS环境下设计出两轮机器人模型,添加控制约束,模拟机器人运动情况。

仿真结果显示,此次设计对两轮机器人的控制达到了预期目标,控制效果良好,实现了两轮机器人在ADAMS环境下的平衡和运动控制,改善了系统的不稳定性能,调节时间短,抗干扰能力强,直观地观察到了两轮机器人在ADAMS环境下的运动情况。

关键词:两轮机器人MATLAB ADAMS 运动研究倒立摆abstractRobot is a man who designed the work carried out for alternative products. Wheeled robot is a simple structure, flexible movement, suitable for small and dangerous work space robot, in all fields have a wide range of applications. The concept of two wheeled robot is presented to the 20th century, 90 years, belonging to the scope of wheeled robots.Article aims to use ADAMS (Mechanical Dynamics Simulation System) to study the movement of two robots, described two aspects: first, the robot model using MATLAB analysis to determine the parameters of the movement and force, based on an analysis Control system were designed so that the robot system to balance, then the balance on a basis of regular exercise. Two wheeled robot is a nonlinear and unstable system, the kinematic theory and the same inverted pendulum. To facilitate the study, the first two rounds of the robot model to be simplified as an inverted pendulum, the force analysis and control design, and then in the MATLAB environment, the situation on the inverted pendulum control SIMULINK simulation, and then expanded to the control of two robots; The second is the completion of MATLAB simulation, the learning of theoretical knowledge ADAMS, MATLAB analysis according to the results with the actual situation in the ADAMS environment to design two robot model, add the control constraints, simulated robot movement.Simulation results show that the design of two robot control to achieve the expected goal, the control works well, achieving a two wheeled robot ADAMS environment in balance and movement control, to improve the unstable performance of the system, adjust the time is short Anti-interference ability, directly observed two robot movement ADAMS environment.目录摘要............................................................................................................................. - 2 - abstract ........................................................................................................................ - 3 - 第一章绪论............................................................................................................... - 5 - 第一节两轮机器人简介及研究背景................................................................... - 5 - 第二节两轮机器人的发展和成果 ...................................................................... - 6 - 第三节两轮机器人应用 .................................................................................... - 8 - 第二章机械系统运动学分析ADAMS .........................................................................- 10 - 第一节ADAMS介绍 .........................................................................................- 10 - 第二节ADAMS的发展和应用 ...........................................................................- 11 - 第三节ADAMS主要模块功能 ...........................................................................- 13 - 第三章两轮机器人建模和运动控制算法研究.............................................................- 15 - 第一节模型简化问题.......................................................................................- 15 - 第二节倒立摆系统 ..........................................................................................- 15 - 第三节建模方法介绍.......................................................................................- 16 - 第四节状态空间数学模型................................................................................- 19 - 第五节系统可控性分析 ...................................................................................- 20 - 第六节四阶参考模型法控制 ............................................................................- 22 - 第七节LQR法控制...........................................................................................- 24 - 第四章基于ADAMS的两轮机器人模型实现 ..............................................................- 27 - 第一节创建新模型 ..........................................................................................- 27 - 第二节创建双轮机器人模型 ............................................................................- 27 - 第三节建立运动约束.......................................................................................- 33 - 第四节创建接触..............................................................................................- 35 - 第五节加入旋转力矩.......................................................................................- 37 - 第六节更改质量参数.......................................................................................- 38 - 第五章基于ADAMS的两轮机器人控制设计 ..............................................................- 40 - 第一节变量的创建 ..........................................................................................- 40 - 第二节基于ADAMS的PID算法的实现.............................................................- 42 - 第三节参数整定..............................................................................................- 45 - 第六章基于ADAMS的两轮机器人运动仿真 ..............................................................- 46 - 第一节ADAMS仿真 .........................................................................................- 46 - 第二节基于ADAMS的两轮机器人仿真结果分析 ..............................................- 47 - 第七章总结与展望 ...................................................................................................- 48 - 致谢............................................................................................................................- 49 - 主要参考文献..............................................................................................................- 50 -第一章绪论第一节两轮机器人简介及研究背景机器人(Robot)是能经过人类设计出来,然后实施控制而代替人的动作的机器。

基于ADAMS的工业机器人建模与动力学仿真

基于ADAMS的工业机器人建模与动力学仿真

基于ADAMS的工业机器人建模与动力学仿真作者:刘佩森靳杏子郑翔鹏朱迪来源:《成都工业学院学报》2018年第04期摘要:为了提升工业机器人工作效率和运动性能,以6自由度工业机器人为研究对象,选用拉格朗日力学分析法进行动力学仿真。

使用三维设计软件SolidWorks对其进行结构建模,并通过接口导入ADMAS仿真软件中,运用动力学方程,并添加驱动,最终获得重要组件的特性曲线图,完成动力学仿真过程。

关键词:工业机器人;动力学仿真;虚拟样机建模;拉格朗日力学分析法中图分类号:TH1132文献标志码:A文章编号:2095-5383(2018)04-0010-04根據美国国家标准局(NBS)和国际标准化组织(ISO)的定义,工业机器人是指面向工业领域的多关节和多自由度的拟人操作臂,是具有编程能力并在自动控制下实现预期功能的机械装置[1]。

其典型应用包括抓取、焊接、搬运、配送、涂胶、喷涂、打磨、装配、检测和感知等[2]。

工业机器人是国家的高科技水平、制造业先进能力和综合国力的标志之一[3]。

工业机器人操作臂的主要类型包括笛卡尔型、关节型、SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm,平面关节型)、球面坐标型、圆柱面坐标型和并联结构型等。

其中关节型操作臂的所有关节全部可以旋转,具有结构紧凑,空间施展范围大等优点,应用最为广泛。

但是关节型操作臂是复杂的动力学系统,其多个输入与输出之间的耦合关系存在复杂的动力学求解问题[4]。

工业机器人的结构设计较为成熟,而技术难点集中在动力学研究。

动力学研究是为了优化结构设计,修正运动控制过程,提高实时控制能力,进而达到运动学的最优化控制,改善系统运动性能[5]。

动力学分析方法主要有拉格朗日法[6]、凯恩法、牛顿欧拉法[7]、高斯方法、旋量法等。

动力学研究主要借助计算机软件进行动力学仿真,常用的动力学仿真软件包括ADAMS、DADS、RecurDyn和Simpack等。

机器人设计与仿真基于Adams与Matlab的案例分析与实现

机器人设计与仿真基于Adams与Matlab的案例分析与实现

机器人设计与仿真基于Adams与Matlab的案例分析与实现机器人设计与仿真是现代机器人工程领域的核心内容。

这个系列课程旨在帮助学习者掌握使用Adams和Matlab工具进行机器人设计、建模、控制算法开发和仿真分析的技能。

通过理论讲解和实践案例分析,学习者将了解机器人设计的基本原理和方法,并学会将其应用于实际机器人项目中。

课程共分为:基础篇以机械结构中常见机构为仿真示例,其中包含了平面四杆机构、凸轮机构、滑轮组、带传动、齿轮传动等,讲解了Adams/View的操作技巧和实战运用。

学员可:1、掌握Adams/View仿真基本流程。

2、掌握机械结构中常见机构的工作原理。

3、熟练Adams/View在机械系统仿真时常用模块及功能。

4、掌握在Adams中建立柔性体的流程。

5、熟悉Adams和MATLAB机电联合仿真技巧。

强化篇结合串联机器人、并联机器人、特种机器人及机器人控制系统的相关理论知识,运用MATLAB及Adams软件的编程和动力学仿真的强大功能,快速入门机器人领域。

学员可:1、熟悉机器人相关理论知识;2、掌握机器人基础性分析流程3、掌握MATLAB和Adams软件联合验证仿真以串联机器人作为机器人领域的入门,本小节主要以串联机器人的运动学建模、雅可比矩阵及奇异性分析、工作空间分析、轨迹规划及动力学分析为核心内容,通过理论建模,MATLAB编程计算,Adams仿真求解验证的方式,帮助各位学员更加深入理解机器人的基础理论知识。

以并联机器人中两种常见机器人(Delta、Stewart)为主要研究对象,讲解了并联机器人的基础性理论知识和仿真流程,同时,对Stewart平台通过MATLAB编程的方式进行了结构优化,通过Adams的仿真验证了优化结果。

简介特种机器人的发展状况,以四足机器人为研究对象,对其进行了运动学分析和关节空间轨迹规划,在通过MATLAB和Adams联合仿真的方式实现了四足机器人的行走。

利用ADAMS进行机器人的轨迹规划

利用ADAMS进行机器人的轨迹规划
AKISPL( 1st_Indep_Var , 2nd_Indep_Var , Spline_Name , Derห้องสมุดไป่ตู้v_Order)



1st_Indep_Var——独立变量,指定沿着 X 方向的值。 2nd_Indep_Var——可选项,第二个独立变量,指定插 值曲面沿着 Z 方向的值。 Spline_Name——样条曲线(面)的名称,在独立变 量 (x 或 z) 值上相应的变量 Y 的值。 Deriv_Order——一个整型变量,指定在插值点处插值 的求导阶数(通常为 0,但可以为 1 或 2,表示是 1 阶 或 2 阶导数插值)。
2.2 添加点驱动
在指端选择一参考点
输入运动参数
x 15t cos t y 15t sin t z 15t
2.3 仿真生成各驱动关节输入曲线
利用Animation Controls中的trace功 能观察参考点的运动轨迹。
2.3 仿真生成各驱动关节输入曲线 仿真的时间设为6s,步数为300。
2 x at cos t T 2 y at sin t T S z t T
图3 空间圆锥螺旋曲线
• 式中t为时间变量,S为螺旋线导程,T为运动 周期,at为xy平面上曲线投影的矢径。 • 此处取a=15mm,运动周期T=2.00s,导程 S=30mm。
1.3 利用ADAMS软件进行轨迹规划方法 利用ADAMS进行轨迹规划需要用到软件中 的“一般点驱动” 和“样条函数驱动”工具。 1)将机器人末 端参考点的轨迹曲 线的参数方程作为 点驱动的参数,若 参数方程数目小于 自由度数目,需要 对多余的运动参数 进行限制。
图1 一般点驱动参数设置对话框

基于ADAMS虚拟平台的多关节机器人动力学分析

基于ADAMS虚拟平台的多关节机器人动力学分析

基于ADAMS虚拟平台的多关节机器人动力学分析摘要:多关节机器人是一种能够模拟人体运动的机器人,具有广泛的应用前景。

本文针对多关节机器人的动力学分析,利用ADAMS虚拟平台进行模拟仿真。

首先,介绍了ADAMS平台的基本原理和优势,以及多关节机器人的动力学模型。

然后,通过ADAMS平台建立了多关节机器人的虚拟模型,并对其进行了动力学分析。

最后,通过实验结果验证了ADAMS平台在多关节机器人动力学分析中的有效性和准确性。

关键词:多关节机器人,动力学分析,ADAMS虚拟平台一、引言多关节机器人是一种具有多个关节的机器人系统,可以模拟人体运动,并具有广泛的应用前景。

多关节机器人的动力学分析是研究多关节机器人运动规律和力学特性的重要方法。

在传统的动力学分析方法中,需要进行大量的实验和计算,而且过程繁琐,费时费力。

因此,利用虚拟平台进行动力学分析成为了一种重要的研究手段。

二、ADAMS虚拟平台的基本原理和优势ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是一种基于多体动力学的仿真软件,可以对复杂的机械系统进行动力学分析。

ADAMS平台基于质点和刚体的运动学和动力学原理,可以实现多关节机器人的运动模拟和力学分析。

相比传统的实验方法,ADAMS虚拟平台具有以下优势:①能够精确地模拟机器人的运动和力学特性;②可以快速进行多种运动模式的仿真实验;③可以方便地对模型参数进行调整和优化。

三、多关节机器人的动力学模型多关节机器人的动力学模型是描述机器人运动和力学特性的基础。

动力学模型可以通过质点和刚体的运动学和动力学原理建立。

在建立动力学模型时,需要考虑机器人的关节、连杆、负载等因素对机器人运动的影响,并考虑机器人的惯性、重力、摩擦等因素对机器人力学特性的影响。

四、基于ADAMS平台的多关节机器人动力学分析本文通过ADAMS平台建立了多关节机器人的虚拟模型,并对其进行了动力学分析。

机器人技术课程设计_基于Adams的五自由度机器人运动学仿真

机器人技术课程设计_基于Adams的五自由度机器人运动学仿真

机器人技术课程设计_基于Adams的五自由度机器人运动学仿真1. 课程设计目标本机器人技术课程设计的目标是基于Adams软件进行五自由度机器人运动学仿真,使学生能够掌握机器人的基本运动学概念、运动学方程和仿真方法。

通过课程的学习,学生将能够学习如何使用Adams仿真工具设计机器人运动学仿真,并能够理解机器人的基本运动学概念,包括机器人坐标系、机器人关节角度和机器人末端位姿等相关知识。

2. 课程设计内容本课程设计主要包括以下内容:2.1 机器人运动学基础知识介绍机器人的运动学基本概念,包括机器人坐标系、机器人关节角度和机器人末端位姿等相关知识。

学生通过理论学习和实际操作,掌握机器人基本运动学方程和计算方法。

2.2 Adams软件基础知识介绍Adams仿真软件的基本操作和使用方法,包括建模、仿真模拟、仿真结果分析等。

2.3 五自由度机器人运动学仿真实验设计结合机器人运动学概念和Adams软件的基础操作,设计五自由度机器人运动学仿真实验。

实验过程中,学生需要完成机器人模型的建立、参数设置、速度、加速度、位移等仿真参数的设置以及仿真结果的分析。

3. 课程设计过程3.1 建立五自由度机器人模型首先,通过Adams软件建立五自由度机器人的模型。

将机器人分解为关节和机械臂两个部分,建立关节和机械臂的零件模型,并设置零件的各项参数,包括初始速度、初始加速度、初始位移和初始角度等。

通过Adams软件的自动计算功能,计算出关节角度和末端位姿等参数。

3.2 计算机器人的运动学参数根据机器人模型的建立,计算机器人的运动学参数。

通过建立机器人坐标系、关节坐标系和末端位姿等参数,计算出机器人的各项运动学参数。

3.3 进行机器人运动学仿真实验在Adams仿真软件中进行机器人运动学仿真实验。

设置仿真实验的各项参数,包括仿真时间、仿真步长、仿真器件和仿真结果的分析等。

在仿真实验中,观察五自由度机器人的运动轨迹和末端位姿等参数,分析机器人的运动学性能,并根据仿真结果进行调整和优化。

基于Adams的机器人设计资料

基于Adams的机器人设计资料

基于ADAMS的Epson紧凑型6轴机器人运动学仿真班级:2011级机电01班姓名:刘金龙学号:20112917电话:1325324737邮箱:441487181@指导教师:宁先雄时间:2014年5月6日目录1引言 (1)1.1工业机器人 (3)1.2应用 (3)1.3国内外主要工业机器人生产厂商 (3)1.4发展趋势 (4)2 Epson机器人公司 (4)1.1爱普生工业机器人公司历史自述 (4)1.2产品自我描述 (4)3爱普生S5中距离6轴机器人 (5)3.1概述 (5)3.2特性和优势 (5)3.3爱普生S5 中距离6 轴机器人规格 (6)4爱普生S5 中距离6 轴机器人运动学仿真 (7)4.1建立连杆坐标系 (7)4.2基于ADAMS的仿真 (8)4.2.1建立模型 (8)4.2.2主要仿真步骤 (9).参考文献 (12)1引言1.1工业机器人工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。

工业机器人是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。

主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。

大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。

1.2应用工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业,或是危险、恶劣环境下的作业,例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上,以及在原子能工业等部门中,完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。

基于ADAMS物料抓取机器人的动力学与运动学分析

基于ADAMS物料抓取机器人的动力学与运动学分析

0 引言随着社会的发展、科技的进步,现代工业智能化水平越来越高,而工业机器人作为当代工业智能化应用的一部分,以其自身独特优势在工业各领域得到了越来越广泛的应用[1]。

工业机器人在其生产过程中,不仅降低了劳动成本,使得生产效率与产品质量大幅提升,而且克服了恶劣的环境影响,使得生产过程实现持续运行[2]。

生产中应用机械手臂,可以代替人类在高温高压、高腐蚀性等恶劣环境中完成指定任务,以及在精度要求高与重复性较大的生产过程中,完成抓取、搬运、装配等动作[3]。

在国外,工业机械手臂产品已经具有了成熟完善的行业标准,而在国内这个领域还需完善,这为工业机械手臂的发展提供了广阔的应用前景[4]。

机械手臂是由多个关节、多个连杆和末端执行器组成的,能够完成特定功能的机构。

机械臂具有机械强度可靠、速度快和臂架结构简单等特点[5-6]。

为了更好地分析和研究物料抓取机器人的机械手臂的性能及操作,笔者建立了两种物料抓取机械手臂的模拟样机,导入到ADAMS 中生成虚拟样机模型并进行分析。

虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术,是从整体分析和解决产品整体性能角度出发,来改进产品设计、提高产品性能的新技术。

利用虚拟样机技术模拟产品的工况,在虚拟环境下进行仿真分析,能实现在设计阶段进行产品性能的预测,避免使用物理样机进行性能评测造成的成本增加[7]。

1 理论分析机器人机械手臂设计模型主要有手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。

本文结合自动化生产线中对包装后的产品需要切换工位的要求,在满足效率的情况下,设计两种小型的机械手臂结构,一种是夹持型机械手臂,另一种是吸附型机械手臂,其结构和工作原理见图1。

基于ADAMS 物料抓取机器人的动力学与运动学分析曾绍连(上海市增材制造协会,上海,201600)摘 要本文介绍了一种物料抓取机器人在自动化生产线上的动态特性,对两种机器人机械手臂进行不同参数组合的研究。

基于Adams动态仿真的康复机器人虚拟运动学分析

基于Adams动态仿真的康复机器人虚拟运动学分析

在本项目中,运用Adams进行仿真的目的是确定上平台六 个自由度上 的运动极限。因此,本次仿真试验主要分为六个 过程,要确定的试验结果为:上平台在X、Y、Z三轴轴向上的 最大位移以及在绕X、Y、Z轴的最大转角。各个过程的优化仿 真结果如下:
A、上平台在Z轴方向的最大位移(脚部的上下活动极限)
B、上平台绕Z轴的最大转角(脚部的旋转)
1、康复机器人的虚拟化
康复机器人的虚拟化指的是通过三维造型软件以及动力仿真软件 来建立系统模型并对系统各项动态性能指标进行分析
在本次实验中,主要采用了Solidwork进行系统建模,然后导入Adams 进行运动学和动力学分析的方法。
C、上平台沿Y轴负方向的最大移动距离(脚部的前进)
D、上平台沿Y轴正方向的最大移动距离(脚部的后退)
E、上平台绕Y轴的最大转角(脚部的侧转)
F、上平台沿X轴方向的最大移动距离(脚部的侧向移动)
G、上平台绕X轴的最大转角-1(脚部的翘起)
H:上平台绕X轴的最大转角-2(脚部的背屈)
经过上述的优化仿真试验,可得实验结果如下 (单位:mm)
在上图中,样机的装配高度为300mm, 其中汽缸处于零行程状态。
3、基于Adams的样机分析
虚拟样机仿真分析步骤如下:

机械系统建模
精制机械系统模型
仿真分析

与结果一致?
仿真结果分析
重复仿真分析
验证仿真结果
机械系统优化分析
在本项目中,运用Adams进行分析的主要步骤如下:
(1)将用三维制图软件(Solidwork)装配好的六自由度动 感平台以parasolid格式(.xmt_txt)导入Adams/view模块。

(2) 根据样机的运动特性以及性能要求,对装配体各部件 进行材料设置,并对连接的部件之间添加约束。 (3) 进行仿真前的最后检查:检查默认单位系统、重力设 置、调整坐标系、设置工作栅格等。 (4) 对装配体进行简单仿真,确定装配体各部件之间没有 相互干涉。 (5) 对各部件施加运动副或者力、力矩等,对装配体 进 行仿真,观察仿真结果,并与实验数据相比,对施加的驱动 进行优化设置,使其达到预期的实验效果。

基于ADAMS的巡线机器人运动学、动力学仿真

基于ADAMS的巡线机器人运动学、动力学仿真

基于ADAMS的巡线机器人运动学、动力学仿真一、本文概述Overview of this article随着科技的不断发展,巡线机器人在电力、通信、物流等领域的应用越来越广泛。

巡线机器人的设计和控制涉及到复杂的运动学和动力学问题,因此,对其进行精确的仿真分析具有重要的理论和实践意义。

本文旨在利用ADAMS(Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems)这一先进的机械系统动力学仿真软件,对巡线机器人的运动学和动力学特性进行深入的研究。

With the continuous development of technology, the application of patrol robots in fields such as power, communication, and logistics is becoming increasingly widespread. The design and control of patrol robots involve complex kinematic and dynamic problems, therefore, accurate simulation analysis of them has important theoretical and practical significance. This article aims to use ADAMS (Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems), an advanced mechanical system dynamics simulation software, toconduct in-depth research on the kinematic and dynamic characteristics of line patrol robots.本文首先介绍了巡线机器人的基本结构和功能,阐述了其运动学和动力学仿真的必要性。

adams创建焊接机器人_xyl

adams创建焊接机器人_xyl
机械设计实验中心
构件位置调整
1、调整trunk位置 设置Visibility为ON [Edit]->[Apperance],选择所有构件,
机械设计实验中心
调整trunk的位置
• 选择trunk,[Edit]->[MOVE]
机械设计实验中心
调整shoulder的位置
调整肩(shoulder) 的位置。在 Translate输入框 中输入600,单击 y按钮,将 shoulder构件总体 沿总体坐标系的 Y轴移动600mm。 在Rotate下的输入 框中输入90,然 后单击按钮X,则 shoulder沿X轴旋 转90°
机械设计实验中心
• 打孔
1. 选择实体arm
2. 点击与XY平面平行的表面上一点,如(-800,0,
25) 3. 在圆孔上单击右键 4. 选择HoleFeature-hole1—>Modify 5. 修改Center为(-800,0,25)
机械设计实验中心
1、创建立方体 点击原点创建立 方体 2、移动立方体 选择立方体 选择菜单edit->Move 在Translate下输入 X:-850 Y:-50 Z:10
3、完成所有点后右键 4、修改构件名称为 hand
机械设计实验中心
• 打孔
1. 选择实体刚创建的拉伸体 2. 点击与栅格垂直的表面上一点,(0,40,0)
3. 在圆孔上单击右键
4. 选择HoleFeature-hole1—>Modify 5. 修改Center为(0,40,0)
机械设计实验中心
1、创建圆柱体
3、完成所有点后右键
机械设计实验中心
给躯干零件打孔
图形区选择点(-100,600,0) 单击 从左向右水平拖动
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Computer Aided Dynamic Simulation of Six-Legged RobotAbhijit Mahapatra1, and Shibendu Shekhar Roy21 Virtual Prototyping & Immersive Visualization Laboratory,Central Mechanical Engineering Research Institute , Durgapur 713209, (CSIR), India.Email: abhi_mahapatra@yahoo.co.in2 Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Durgapur 713209, India.Email: ssroy99@Abstract—In this study, kinematics and dynamic simulation of a six-legged robot is performed based on virtual prototyping technology. Modeling and simulation of six-legged robot with three joint legs are carried out with CATIA solid modeler, SimDesigner and ADAMS multi-body dynamic solver. Tripod periodic gait pattern was generated varying the cycle time as well as stroke of the swing of the legs. Variation of joint torques and aggregate center of mass of the robot during periodic gait were analysed. The simulation result provides theoretical basis for developing algorithm for robot motion control.Index Terms—Legged robot, simulation, dynamic modeling, torque, tripod gaitI.I NTRODUCTIONMulti-legged robot locomotion has been an area of keen interest to the researchers over the years because of the advantages of the superior mobility in irregular terrain and the less hazardous influences on environment comparing with the wheeled robots. On the other hand, the requirements for leg coordination and control impose difficulties beyond those encountered in wheeled robots [1]. The dynamic properties of a six-legged robot can significantly influence control response. Such systems are characterized by complex dynamic interactions between individual members connected by actuated joints, including trunk body and relatively less weight legs. Moreover, a six-legged robot in motion is at any one moment a complex combination of open and closed kinematic chains. Legs contacting the ground form closed loops with the trunk body and ground. Non-contacting legs represent individual, branching open kinematic chains. Several algorithms exist for legged robot open and closed chain simulation. The algorithm of Rodriguez and Kreutz [2] uses linear operator methods to derive simple forms of dynamic equations. Another method, that of Lilly and Orin [3] treats a legged robot as a system of multiple manipulators (i.e. legs) contacting an object (i.e. trunk body), with ground contact modeled as a manipulator joint. However, both the models are approximate model of the complex legged robot. In order to design efficient control algorithm for six-legged robot, it is very much essential to develop more accurate dynamic model of real legged robots. In this connection, work of Song and Waldron [1], Shih et al. [4], Pfeiffer et al. [5], Lin, and Song [6], and Kimura et al. [7] are important to mention. Barreto et al. [8] developed the free body diagram method for kinematic and dynamic modeling of a six-legged machine. Erden [9] investigated the dynamics of a hexapod walking robot in a level tripod gait based on Newton-Euler formulation. Koo and Yoon [10] obtained a mathematical model for quadruped walking robot to investigate the dynamics after considering all the inertial effects in the system.Most of the previous researcher developed analytical dynamic model using number of approximation in mechanical structure of legs as well as foot/ground interaction model. Therefore, developed dynamic model was far from actual dynamic behavior.In the present work, an attempt has been made to develop the more accurate dynamic model of the six legged robot using Lagrange-Euler formulation as well as simulate the Computer Aided Design (CAD) model of the robot in ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) solver using the concept of rigid multibody dynamics and analyze its dynamic performance.II.M ODELING OF THE S IX-L EGGED R OBOTA three dimensional CAD model [11] of six-legged robot has been developed in Computer Aided Three Dimensional Interactive Application (CATIA) as shown in Fig. 1. The robot trunk body is 495 mm in length, 205 mm in width and 89 mm in height and made of aluminium alloy. The legs are identical and symmetrically distributed around the body on both sides. Each leg consists of three links, namely link 1(tibia), link2 (femur) and link3 (coxa) with effective lengths 83.5mm, 119mm, 98mm respectively. All the joints are motorized revolute joint with rotational axis configuration Z-X-X for the three joints respectively. Total number of DOF of the system is 24 (6 DOF of the trunk body and 18 DOF of the legs). The robot consists of 19 main parts along with 18 servomotors. The three main steps followed to develop virtual prototype of the robot are given below.Step 1 : Part modeling of the different parts of the robot in CATIA V5Step 2: Assembling of the parts in CATIA V5Step 3: Defining of joints and contacts for the robot in CATIA SimDesigner so as to export it to ADAMS for dynamic simulation.The kinematic and dynamic parameters of the robot obtained from CAD model are listed in Table I. Total mass of the six legged robot (including additional parts) = 3.08746 Kg. III. R IGID M ULTIBODY D YNAMIC S IMULATION OF THE R OBOT In order to develop more accurate dynamic model,computer aided simulation tools based on rigid multibodydynamics called Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems (ADAMS) has been used. A virtualprototype of the six-legged robot has been developed andsimulated in ADAMS/Solver [12]. The followingassumptions are made about the tripod gait to simplifythe rigid multibody dynamic analysis of robot.i. Walk is steadyii. Symmetric, regular and periodic gaits movingforward on the flat terrain.iii. Swing legs are considered not to cross the supportinglegs so that forthcoming support polygon be convexiv. During motion of the robot, three legs are on theground and three legs are in air at every instant,corresponding to 0.5β=.In the present work, following two aspects with respectto dynamic stability of tripod gait over perfectly flat terrain has been checked.a. Variation of torque with stroke at each stepb. Variation of torque with cycle time at each step1z θ link1 (Tibia) link2(Femur)link3 (Coxa)Leg6 Leg4 Leg2 Leg1 Leg3 Leg5 Direction of movement Z Y Figure 1. 3D CAD model of six-legged robot (a) (b) (c) Figure 2. Step Functions for stroke = 0.10m, Cycle time=1.6s for the tripod gait (a) 11L (b) 12L (c) 13LMotions for each of the revolute joints are defined through STEP MATH FUNCTION. As an example, the motion of link 1 having stroke=0.10m and cycle time =1.6s is as shown in Fig. 2. For all type of simulation the values of the joint angles for link 2 and link 3 are taken as 00234&90xxi i θθ==.Impact based contact parameters have been definedbetween the legs and the ground to make the simulationmore realistic (Table II).The simulated robot is evaluated for 60 time steps. Inthe simulation, each time step represents an integrationstep in which the new positions, orientations, velocitiesand acceleration of the robots body parts are computedbased on the forces acting on them.IV. R ESULTS AND D ISCUSSIONSimulation of the six legged robot has been done to investigate the generation of statically stable gait patterns for various stroke and cycle time for the robot. In this section the results of the aggregate center of mass (CM) and torque-distribution in different joint of the links are discussed. A. Variable Aggregate CM of the robotIt is very essential to determine the position of the aggregate CM at any instant of time during motion of the robot to check its dynamic stability. The variation of aggregate CM can be well investigated in ADAMS. For that user written sub-routine was run. Firstly, the user written subroutine centroid.cmd file was imported to the ADAMS workbench and simulation was carried out. Finally, to visualize the variation of the aggregate CM at any instant of time, the user sub-routine AGG_CM_STATE_VARIABLE_IMPORT.cmd was imported. Fig. 3 shows that there is no such off bit path variation of the CM and the trace is more or less a straight line. The system is dynamically stable.B. Joint Torques for Tripod Gait Walking on Flat TerrainThe objective of dynamic torque simulation of the hexapod is minimizing the torque requirements in the leg joints to make the drive more easily controllable. The torques at all joints is calculated by varying the gait parameters. The torque required at the joints, to achieve system motion are simulated in ADAMS environment based on the virtual model in Fig. 1 and dynamic torque equations as mentioned in APPENDIX A. The tripod gait is composed of the following sequences: i) legs 1-4-5 protracting, legs 2-3-6 retracting; ii) legs 2-3-6 protracting, legs 1-3-5 retracting. The walk is repeated for torque-distribution calculations. Fig. 4 shows the torque distribution in the joints of all the links (Duty factor is 0.5, Stroke=0.1m, Cycle time 1.6 secs). In Fig. 4, one can easily observe that for all the legs, the joint torques in retraction take significant values, while the joint torques in protraction are very less values. Again the torque in joint 1 seems to be higher than the torque in other joints. Since these are considered to be proportional to the average dissipated power on the motors, the motor selection has to be based on the maximum torque obtained from the simulation.TABLE II. C ONTACT P ARAMETERS`Figure 3. Aggregate CM variation of hexapod during simulationZXYV. C ONCLUSIONSA 3D virtual prototype robot system has been created CATIA V5 and exported to ADAMS workbench through CATIA SimDesigner to simulate it in real time. The variation of aggregate CG of the system as well as torques at different joints has been studied. The results show that the torque required during retraction phase is much higher than during protraction phase for all the joints. It is obvious that during retraction phase legs are carrying the weight of the trunk body, pay load. Most of the cases torque in joint 1 is higher than the other joints. So motor has to be selected based on the maximum torque. This workwill allow further benchmarking of the mechanical event simulation of the six legged robot system such as trajectory planning, kinematic workspace constraints and coordination issues with other systems references etc. Future work will focus on the relation of energy efficiency with different gait patterns for different walking speeds.A PPENDIX A M ATHEMATICAL F ORMULATION OFD YNAMIC M ODEL The Lagrange’s equation of motion for unconstrained system in a matrix-vector form is()(,)+=M q q h q q Q &&&nc (1)where 2424×∈M R is the mass matrix of the roboticsystem, 24∈h Ris the force vector containing velocity dependent forces and gravitational forces, 24∈Q R nc is the nonconservative force/torque vector applied to the robot.For the constrained six legged robot system due to the foot contact with the ground, one may use Lagrange multipliers and write in matrix-vector form,()(,)λT nc +−=q M q q h q q ΦQ &&& (2) where λ is the vector of Lagrange multipliers whichis identical to the terrain reaction forces of the supporting feet , and 324s n ×∈q ΦR is the constraint Jacobian matrix, s n is the feet grounded.The acceleration constraint equation can be written as(,)−=q Φq γq q 0&&& (3)where 3s n ∈γR is the velocity dependentacceleration vector containing such as the centripetal and coriolis accelerations. The constrained equations of motion of the whole system can be written in vector-matrix form as follows:T nc ⎡⎤−⎧⎫⎧⎫=⎢⎥⎨⎬⎨⎬−⎢⎥⎩⎭⎩⎭⎣⎦q q M Φq Q h Φ0λγ&& (4) The colliding phenomena will occur when the footstrikes the ground. Assuming that the ideally plastic impact occurs between the colliding foot and the ground surface instantaneously, the collision has been modeled as the occurrence of instantaneous velocity change. Here the ideally plastic impact means that the tip velocity of the colliding foot is vanished right after the foot strike. Then from Lagrange’s impulse equation for a kinematically constrained system with the assumption of ideally plastic input, a differential-algebraic equation is obtained in the following form:Figure 4. Variation of joint torques for tripod gait walking on flat terrain (Duty factor is 0.5, Stroke=0.1m, Cycle time 1.6 secs).s T c T q q s s qc c c q q 000000⎡⎤∇⎧⎫⎧⎫⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥λ=⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎪⎪λ−⎢⎥⎩⎭⎩⎭⎣⎦M ΦΦΦv Φ& (5)where the vector c 3n c ∈v R is the velocities of the n c colliding feet, s 3n 18s q ×∈ΦR and c 3n 18c q ×∈ΦR are theJacobian matrices of the originally contacted feet and the colliding feet, respectively, s 3n s λ∈R and c 3n c λ∈R are the impact force vectors of the originally contacted feet and the colliding feet, respectively. The instantaneous change of velocity due to the collision offeet is determined as qq q +−=+∆&&& where the superscripts – and + represent quantities right before and after the collision, respectively.A CKNOWLEDGMENTThe authors would like express their sincere thanks to Prof. D.K.Pratihar, IIT, Kharagpur.R EFERENCES[1] S.M. Song, and K. Waldron, Machines that walk: TheAdaptive Suspension Vehicle , MIT Press, Cambridge, MA, 1989.[2] G. Rodriguez, and K. Kreutz, Recursive mass matrixfactorization and inversion: An operator approach to open and closed chain multibody dynamics. Tech. rep. 88-11, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, C.A., 1988. [3] K.W. Lilly, and D.E. Orin, “Efficient dynamicsimulation for multiple chain robotic systems”, Proc. of the 3rd Annual Conf. on Aerospace Computational Control , pp. 73-87, Aug. 1989.[4] L. Shih, A.A. Frank, and B. Ravani, “Dynamicsimulation of legged machines using a compliant joint model”, The Int. J. of Robotic Research , vol. 6(4), pp. 33-46, 1987.[5] F. Pfeiffer, H.J. Weidemann, and P. Danowski,“Dynamics of walking stick insect”, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automations , vol. 2, pp. 1458-1463, May 1987.[6] B.S. Lin, and S.M. Song, “Dynamic modeling, stabilityand energy efficiency of a quadrupedal walking machine”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation , pp. 367-373, 1993.[7] H. Kimura, I. Shimoyama, and H. Miura, “Dynamics inthe dynamic walk of a quadruped robot”, Advanced Robotics , vol. 4(3), pp. 283-301, 1990.[8] J.P. Barreto, A.Trigo, P. Menezes, J. Dias, and A.T.deAlmeida, “FBD-The free body diagram method. Kinematic and dynamic modeling of a six leg robot”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation , pp. 423-428, 1998.[9] M.S. Erden, and K. Leblebicioglu, “Torque distributionin a six-legged robot”, IEEE Trans. On Robotics , vol. 23(1), pp. 179-186, 2007.[10] T.W. Koo, and Y.S. Yoon, “Dynamic instant gaitstability measure for quadruped walking”, Robotica , vol. 17, pp. 59-70, 1999.[11] S. Tickoo, D. Maini, and V. Raina, CATIA V5R16 forEngineers & Designers , Dreamtech Press, 2007. [12] /。

相关文档
最新文档