焊接机器人的建模与仿真

XI’A N TECHNOLOGICAL UNIVERSITY

考核科目：机电系统仿真技术

学生所在院（系）：机电工程学院

学生所在学科：机械制造及其自动化

考核题目：焊接机器人的建模与仿真

学生姓名：贾川

学生学号：1402210034

学生班级：S1402001

2015年1月3日

焊接机器人的建模与仿真

以焊接机器人为例，介绍在ADAMS环境中进行模型建模和约束的添加，以及对建立好的模型进行仿真分析，对模型进行优化。

1 模型分析

焊接机器人（如图1所示）由底座、躯干、肩构件、手臂、手腕、机械手六部分构成，各个构件由旋转副联接。本焊接机器人有5个自由度，可以完成对复杂空间位置的工件的焊接工作。

图1 焊接机器人模型

如图所示，机械手的位置由这些构建间旋转副旋转角度决定，每个旋转副将添加旋转驱动，并由电脑程序控制它们的远动。在本章的实例中将介绍怎么在ADAMS 2013中模拟焊接机器人的工作，进行运动学仿真，并测量机械手焊接点的位置变化曲线。

2 创建模型

2.1 启动ADAMS并设置工作环境

（1）启动双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择“新建模型”，在模型名称栏中输入：welding_robot ；在重力名称栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在单位名称栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。如图3所示。

图3 adams 启动设置界面图图4 网格参数设置对话框

（2）设置工作环境

对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置下拉菜单中的工作格栅命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成1000mm和1000mm，间距中的X和Y都设置成25mm。然后点击“确定”确定。如图4所表示。

用鼠标左键点击选择（Select）图标，控制面板出现在工具箱中。

用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom）图标，在模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。

2.2 创建底座

（1）打开建模工具栏，单击拉伸按钮，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成向后、长度设置成125mm，然后在图形区依次选择（-200,-200,0)、（200，-200,0）、（200,200,0）和4个位置，在选择完第四个点时，单击右键可创建一个拉伸体。在底座上单击右键，在弹出的菜单【Part:PART_2】→【重命名】,在弹出的修改名称对话框中输入base。如图1（a)所示。

（2）在工具栏按钮中单击打孔按钮，将半径设置成100，深度设置成100，然后单击刚创建的拉伸体，在栅格原点附近创建孔，并在孔上右键，在弹出的菜单中选择【HoleFeature:Hole_1】→【修改】，在对话框中，将中心坐标值设置成（0,0,0），生成图如1所示。

图1—底座构件

2.3 创建躯干

（1）按照第（2）步的方法，将工作栅格设置为XZ面，设置原点为底座上表面中心点。单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮，将选项设置成New Part，Length设置成100，Radius设置成100，同时勾选，在图形区单击工作栅格的原点然后向下拖动鼠标，就可以创建一个圆柱体，创建的圆柱体更名为trunk，图形如图2所示。

图二躯干构件

（2）单击几何建模工具栏中的拉伸按钮，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成100mm，先选择trunk件，然后在图形区依次选择（-25,0,0）、（-25,500，0）、（-50,500,0）、（-50,650,0）、（-25,650,0）、（-25,525,0）、（25,525,0）、（25,650,0）、（50,650,0）、（50,500,0）（25,500,0）、和（25,0,0），在选择最后一个点时，单击右键，就可以创建一个拉伸体，如图3所示。如果在选择工作栅格的点时比较难选，可以按住键盘上的Ctrl键就会捕捉到工作栅格。

图3 创建拉伸体

（3）单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮，将设置选项设置成新建部件、长度设置成200mm，半径设置成25,在图形区的（-100,600,0）处单击鼠标左键，然后从左到右水平拖动鼠标创建一个圆柱体，如图4所示。单击布尔求差按钮，先单击trunk件，再单击圆柱体，就可以在圆柱体上打出一个圆孔。

图4 创建圆柱体

2.4 创建肩构件

（1）选取（0,600,0）为原点，单击几何建模工具栏中的拉伸按钮，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成50，然后在图形区依次选择（-25，0,0）、（-25，300,0）、（-50，300,0）、（-50，400,0）、（-25，400,0）、（-25，325,0）、（25,325,0）、（25,400,0）、（50,400，0）、（50,300,0）、（25,300,0）、（25,0,0），在选择完最后一个点时，单击鼠标右键，就可以创建一个拉伸体，将新构件的名称更改为shoulder，如图所示。

图5 肩构件

（2）单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮，将设置选项设置成新建部件、长度设置成100，半径设置成25，先按住Ctrl键，在图形区单击（-50,0,0）和（50,50,0）两点，创建一个圆柱体。然后单击布尔求和按钮，先单击shoulder 件，再单击新创建的圆柱体，将两个构件合为一个构件。

（3）单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮，将设置选项设置成新建部件、长

度设置成200，半径设置成12.5，在图形区先单击（-100，-375,0），再单击（100,375,0），创建一个圆柱体，然后再单击工具栏上的布尔求差按钮，先单击shoulder件，再单击新创建的圆柱体，就在shoulder件上打出一个圆孔，最后构件的外形如图6所示。

图6 肩构件

2.5 创建手臂

（1）设置工作格栅原点为（0,375,0），方向为全局XY，单击视角。单击几何建模工具栏中的拉伸按钮，将选项设置成图7所示。

然后在图形区依次单击（-25,-300,0）、（-25，800,0）、（25，800,0）和（25，-300,0）这四个点，然后将构件重新命名为arm。