简单串联机器人ADAMS仿真
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。
基于ADAMS的多自由度机器人汽车天窗检测运动学仿真
基于ADAMS的多自由度机器人汽车天窗检测运动学仿真摘要：汽车天窗的密闭性是研究汽车天窗首要考虑的问题，如今机器人检测渐渐地代替了人的检测工作。
对于多自由度串联机器人来说，借助ADAMS机械系统动态仿真分析软件，可以大大简化计算工作，机器人的各运动学与动力学性能也可以通过仿真动画和数据图表直观地展现出来。
本文以Es165d型6自由度工业机器人为原型，采用 ADAMS仿真软件建立了该机器人的虚拟样机并进行了运动学仿真研究。
1前言1.1汽车天窗简介本文中用到的汽车天窗检测机械手即机械手上安装传感器，可以将安装好的汽车天窗放置在检测位置（检测点分布如下图1所示）。
让其在工作区域内进行运动，从而实现每个点的检测，但是机器手是怎样完成分布点的检测的，这就要对机械手运动进行轨迹规划。
由于成品成本太高，故需要先研究机器人的运动学，然后利用仿真软件进行仿真。
图1 检测点的分布1.2 传感器简介我们知道自动检测系统的重要元件是传感器，传感器性能的好坏直接影响整个检测系统的性能。
传感器的合格与否是由传感器检测系统通过检测传感器的性能指标来判断的，拥有高精度和高可靠性的传感器检测系统是从事传感器生产和经营企业一个重要的设备。
工作流程为下图：图2 传感器工作流程图本传感器PY-2-C-010-XL0202的用途有检验距离、尺寸控制、转速与速度控制、计数及控制检测异常等，其功能是检验距离。
2.机器人运动学机器人运动学的重点是研究手部的位姿和运动，一是根据机器人的各关节的转角或位移推算出机器人末端执行器的位姿，从运动学角度讲，即运动学正问题；二是根据机器人末端位姿计算出各个关节各自的转角或位移，即运动学逆问题。
机器人具体参数，见下表1。
根据这些参数计算机器人正逆运动学，这里就不具体的阐述解决正逆运动学的方法。
表1机器人参数3.ADAMS的主要工作模块3.1 ADAMS 简介ADAMS（全称Automatic dynamic analysis of mechanical systems）提供强大的建模仿真环境，能够对各种机械系统进行建模、仿真和分析，与其他CAD/CAE 软件相比，具有十分强大的运动学和动力学分析功能。
基于ADAMS的救援机器人越障过程分析及仿真
M ac hine B uildingA uto mation,Feb 2010,39(1):157～158,164作者简介:陈志华(1983— ),男,河北邯郸人,东南大学硕士研究生,研究方向为智能机器人。
基于ADA MS 的救援机器人越障过程分析及仿真陈志华,钱瑞明(东南大学机械工程学院,江苏南京211189)摘 要:基于复杂环境下对救援机器人运动性能的研究需要,提出了一种具有越障功能的六履带式机器人,阐述了其机构设计及其实现,为检验设计方案的有效性,对机器人攀越台阶的过程进行分析,并运用ADAMS 软件进行仿真。
通过动画模拟机器人越障的实际过程,验证其越障性能。
关键词:救援机器人;越障过程;虚拟传感器;仿真中图分类号:TP242 文献标志码:B 文章编号:167125276(2010)0120157202S i m ul a ti on and Ana lysis of O bst acle 2cli m b i n g Process ofRescue Robot Ba sed on ADAM SCHE N Zhi 2hua,Q IAN Rui 2m ing(Schoo l o f M e cha n i ca l Eng i ne e ri ng,So u thea st U n i ve rsity,N an ji ng 211189,C h i na )Abstract:A i m e d a t the re sea rch o n r o bo t ki nem a ti c p e rfo r m a nce i n the com p l e x s itua ti o ns,th is pape r pu ts fo r w a rd a s i x 2track se curi 2ty r o bo t of sur m ounti ng o bs tac l e s a nd expounds the s truc tura l de s i gn a nd its rea li za ti o n i n o rde r t o ve ri fy the e ffe c ti vene s s of the de 2s i gn,it a lso ana l yze s the p r o ce s s of r o bo t pa s si ng thr o ugh a fli ght o f s tep s and s i m u l a te s the p r o ce s s ba se d o n ADAM S.The a c tua l p r o ce s s o f ob s ta c l e 2navi ga ti o n ta sk is an i m a ted,and the n the su r m o unti ng ob s ta c l e a bility is ve ri fi ed.Key words:re scue r obo t;o bs tac l e 2c li m b i ng p r o ce s s;virtua l se n so r;s i m ul a ti o n 全世界每年都遭受着大量自然灾害和人为灾害的破坏。
基于ADAMS和MATLAB自行车机器人联合仿真运动
编号：毕业设计(论文)说明书题目：基于ADAMS和MATLAB自行车机器人圆周运动仿真研究学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师单位：机电工程学院姓名：职称：副教授题目类型：☐理论研究☐实验研究☐工程设计☑工程技术研究2014年5月28日摘要自行车是我们日常很常见的交通工具，自行车机器人是在自行车的基础上，加上自动控制系统来达到不需要人为控制的自行车，简单的说它就是把自行车和机器人结合起来的一种机器。
在驱动设备的驱动下，它可以通过它的控制器进行控制自主完成运动。
我们都知道，自行车主要通过它的车轮子和地面间的摩擦力来运动，地面与车轮的接触跟点接触差不多，所以他的的平衡动力学模型是相当的复杂的。
因为机械系统的物理样机和动力学模型建立起来太过麻烦，而且成本很高。
所以在文中我们要用到虚拟样机，虚拟样机技术的好处在于不用建立物理样机，只需要用三维建模软件建立好几何模型，再给模型加上合理的约束、驱动力矩、质量属性等必要因素，这样就能简单便捷地到了我们想要的模型，大大减少了我们的工作量，使得研究起来更简单。
另外，结合Matlab软件进行联合仿真，这样一来，整个联合仿真过程就显得更加的简单了。
得助于这些软件，这次的研究联合仿真运动控制的成本和时间都节约了很多。
本文主要研究自行车机器人基于虚拟样机的圆周运动的平衡控制。
具体步骤如下；首先用所学软件建立它的几何模型。
文中本人使用的是PRO/E建立自行车机器人的三维模型。
然后装配好的自行车机器人模型保存为T_X文件以方便它导入到ADAMS2012，紧接着在动力学软件ADAMS2012中加上必要的属性从而得到带着动力学模型的机械模型。
再然后把课本学到是控制工程的思想拿出来运用，并且结合数学软件Matlab的Simulink模块进行联合仿真，实现了自行车的圆周运动任务。
关键词：PRO/E；Simulink；ADAMS ; PID控制；圆周运动；自行车机器人AbstractBicycle is our daily common means of transportation,The bicycle robots on the basis of the bike and combineding with automatic control system to achieve not need manual controling.Simply say it is a machine combines with the bicycle and robot.By the driving of the driving device, it can be done by the controller to control the independent movement.As we all know, bicycle mainly move by the friction which between the ground and its wheels.The contact of the ground and wheels is similar to point contact.So the balance of his dynamic model is quite complicated.Since the mechanical system dynamic model of physical prototype and built up too much trouble And the cost is very high.So in this paper we use virtual prototype,The advantages of virtual prototyping technology is not set up the physical prototype,it Only need to create a geometric model with three dimensional modeling software.Then added to the model of reasonable constraint, driving moment, necessary factors such as quality attributes.So you can simple and easy to have the model waht we want , greatly reducing the workload of us,It is more easy to make research.In addition, because of the combined simulation of Matlab software ,so the simulation process is more simple.To aid in the software, this study combined simulation movement control cost and time saving a lot.This paper mainly studies bicycle robot based on virtual prototype of the balance of the circular motion control,Specific steps are as follows,First of all use the software we have learn to establish its geometric model.In this paper, I use PRO/E set up bicycle 3 d model of the robot.Then bicycle assembly robot model is saved as a T_X documents for import it into ADAMS2012.Then add the necessary property in the dynamics software ADAMS2012 with a mechanical model of dynamic model is obtained.Then take out your the thinking of the control engineering you have learn to application.And combined with the mathematical software Matlab Simulink module for combined simulation, realize the circular motion of bicycle task..Keywords:PRO/E ;Simulink ; ADAMS; PID control; circling motion;bicycle robot目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)引言 (4)1 绪论 (5)1.1 自行车机器人概述 (5)1.2 三维软件PRO/E软件的简介 (8)1.3 虚拟样机技术概况 (9)1.4 动力学软件ADAMS简介 (10)1.5 控制工程中的PID控制概述 (10)1.6 数学软件Matlab/Simulink简介 (11)1.7 课题背景及设计任务 (12)2 自行车机器人的建模 (13)2.1 运用三维软件PRO/E对自行车机器人进行几何实体建模 (13)2.2 运用动力学软件ADAMS对自行车机器人进行虚拟样机建模 (20)3 ADAMS和MATLAB联合起来对自行车机器人仿真 (24)3.1 自行车机器人动态平衡原理 (24)3.2 控制策略及控制器的设计 (24)3.3 联合仿真调整PID参数 (27)4 自行车机器人回转运动特性分析 (30)4.1 无干扰力下自行车机器人的圆周运动特性 (30)4.2 有干扰力的自行车机器人的圆周运动特性 (33)5 结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)引言自行车机器人是人们提出来的一种比较新型的智能交通工具或者说是运输工具，它运用了机器人的智能，还有自行车的简单，将这两者巧妙结合，在机器人研究领域是一种新的概念。
基于ADAMS的3-P4R并联打磨机器人运动学仿真
№ ￡ ２ § ｍ ． Ｂ ｓ ｉ ｔ Ｈ
式 中矩阵 为雅 可 比矩 阵 ，如 果 的维 数为 １， Ｔ Ｉ ｑ的 维 数 为 ｎ ，那 么 维 数 为 ｍＸ，矩 阵其 定 义 为 ｚ
ｔ 刻 速 度 ， 加 速 度 可 以 时
利 用 线 性 方 程 的数 值 方 法 求 解，
Ａ ＤＡＭＳ采 用 Ｃ Ｌ Ａ ＡＨＡ 方 法 Ｎ
ｑ＝一 ｑ Ｏ
ｑ＝一 ｑ［ ｇ ＋２ ｑｑ Ｏ， Ｏ ）ｇ ０ ＋ （ ］
４ 运动学分析
机 器人 的运 动 学分 析是 求解 机 器 人 的输 入 与 输 出构 件 之 间 的 位
反 解
命 名后保 存下 来 ，便于 后面 正反 解的 对 比分 析 。 ４２ 位 置正 解分 析 ． 在 打 磨 机 器 人 的 反 解 分 析 中 ，得 到 了 各 滑块
位 移 随 时 间 的 变化 曲 线 。已 知 打 磨 机 器 人 的 滑块 位 移 与 时 间 的变 化 关 系 ，便 可 求 出 打 磨机 器 人 动 平 台 的 运 动 情 况 。 在 Ｐ ｓ ｒｃｓｏ ｏｔ ｏ ｅｓｒ中 ， 将 ３条 Ｐ
Ｄ ｉ１ ．９ ９ Ｊｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ．（ ） ０ ｏ ： ３ ６ ／ ． ｎ １０ －０ ．０ １ ８ 下 ． ５ ０ ｓ ３
０ 引 言
悬 锤 是 电 力 系 统 中 绝 缘 产 品上 的 重 要 部 件 ， 采 用 铸 造 工 艺 制 造 ，在 进 行 热 镀 锌 工 序 之 前 ，必 须将 其 表 面 的 铸 造 飞 边 和 毛 刺 打 磨 干 净 。人 们 一
基于ADAMS的串联机器人运动学反解与动力学优化
一般点
驱动
机器人末端
正解
驱动
仿真 测量
仿真
测量 驱动轴
驱动轴运动曲线
驱动 驱动轴运动样条函数
曲线 处理
逆解Leabharlann 图 １ 求解流程 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｏｌｖｉｎｇ ｆｌｏｗ
２．２ 末端运动路径的设定
在 焊 枪 末 端 添 加 一 般 点 驱 动 （ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｍｏ－
ｔｉｏｎ） ， 此 运 动 可 以 指 定 两 个 构 件 沿 着 ３ 个 轴 移 动 或 转 动 。应 用 函 数 定 义 （ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｅｒ） 工 具 ， 对 所 需 要
图 ２ 简单路径的定义 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｄｅｓｃｒ ｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｗｏｒ ｋｉｎｇ ｐａｔｈ
合实现。只需给出运动轨迹的离散数据点的坐标及时间 的 矩 阵 ， 应 用 ＡＤＡＭＳ 的 后 处 理 模 块 ， 导 入 曲 线 文 件 ， 设定第一列为时间数据所在列。在设定机器人末端点运 动参数时， 应用曲线方程 。选 用 ＡＫＩＳＰＬ 样 条 函 数 ， 它 可以返回根据 Ａｋｉｍａ 拟合方式获得的曲线插值。
２．３ 驱动轴运动轨迹的设定
以上节机器人的折线运动为例， 通过测量各驱动轴 的 运 动 ， 得 到 它 们 的 位 移 － 时 间 曲 线 ， 见 图 ３。 在 ＡＤＡＭＳ 后处理模块中， 各驱动轴的位移－ 时间曲线可以 转 化 为 样 条 曲 线 （ 命 名 为 ｓｐｌｉｎｅ１， ｓｐｌｉｎｅ２， ｓｐｌｉｎｅ３， ｓｐｌｉｎｅ４， ｓｐｌｉｎｅ５， ｓｐｌｉｎｅ６） 并 可 以 用 来 定 义 驱 动 轴 的 运 动。例如第一轴的运动可以利 用 ＡＫＩＳＰＬ 样条 函 数 定 义 如下：
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和MATLAB的机器人联合运动仿真
三角 函数有关 ， 其位移 函数是正 弦函数和余 弦函
第２ 期
胡蕴博 ： 基
Ａ Ｄ Ａ ＭＳ 和 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ的机器人联合运动仿真
器 人第 四关 节 上 的末 端执 行 器 Ｌ Ｓ ３ 一 Ｓ Ｈ Ａ Ｆ Ｔ （ 根 据 实 际 工作 需 求 设 计 ） 能 在许 用 范 围 内 的水 平 面 上
１ Ｌ ０ ｌ
ｏ － Ｊ
＇ ］
（ １ ）
约束副。由图４ 可 以看 出 ， Ｅ １ 机 器 人虚 拟 样 机模 型 包含 ６ 个 约束 副 ， 分别由３ 个 固定副 、 ２ 个 旋转 副
及１ 个 平 面副组 成 。
Ｉ １ ｃ ｏ ｓ １ Ｉ
脚 ｃ＝
ｌ Ｌ Ｌ ０ ｓ ｉ ｎ ０ ｊ ｌ
实现匀速位移 ， 这需要第一关节和第二关节协调
配 合才 能实 现 。 本 文 的仿 真 分 析 将 探 究 Ｌ Ｓ ３ 一 Ｓ ＨＡ Ｆ Ｔ在 水 平 面 上 匀 速运 动 时 ， Ｅ１ 机器 人 第 一关 节 和 第 二关 节 之 间的相互 运 动关 系 。 为 了满 足上 述研 究 要求 ， 在Ａ Ｄ ＡＭＳ 中将 机器
ｌ 在 Ａ Ｄ Ａ Ｍ ｓ 中 对 Ｅ １ 机 器 人 施 加 约 束 和 驱 动
设置机器人仿真运行参 数
由于 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 和Ａ Ｄ Ａ ＭＳ 之 间不 能 进 行 无 缝连接 ， 直 接 将 机 器 人 的三 维 实体 模 型 导 人 Ａ Ｄ ．
Ａ Ｍ Ｓ 中会 造成 图形 元素 的丢失 。故先 在 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ —
Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 中将 机 器 人 的 三 维 实 体 模 型 文 件 转 换 为 Ｐ ａ ｒ ａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ 格式 ， 再 通 过 ＡＤ Ａ ＭＳ ／ Ｖｉ ｅ ｗ窗 口中 的 Ｉ ｍ —
基于MATLAB和ADAMS的六自由度机器人联合仿真_王战中
0 0 0 0.008 0 0.010 0 0.071 0 0 0.021 0.005 0.071 0.005 4.682 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.020 0.152 0 0.152 1.690 0
0 引言
六自由度机器人是一个非常复杂的机电系 统 ， 如果按照传统的设计方法 ， 先制作出实体样 机 ， 再对其进行反复的测试和改进 ， 这样不仅浪 费大量的时间和原材料 ， 而且难以提高机器人的 性能[1]。因此有必要在制造实体样机之前，建立一 个六自由度机器人的虚拟样机系统 ， 在虚拟环境 中模拟机器人的运动和状态。ADAMS是一款虚拟 样机分析的应用软件 ， 具有强大的动力学仿真建 模功能 ， 可以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；MATLAB/Simulink 能够将数值分析 、 矩阵计算以及非线性动态系统 的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使 用的视窗环境中 ， 具有强大的控制仿真功能 。 因 此通过ADAMS和MATLAB这两个软件建立六自由 度机器人的联合仿真系统可以达到模拟机器人实 际运动状态 、 提高设计性能 、 减少开发周期和降 低设计成本的目的 ， 并为实际的研究 q q
/m
1
56.672
0.036 0.001 0.090
0 286.379 7.392
1.776 93.818 0.208
0.011 0.404 2.034 0.612 0.011 0.734 0.015 0.057 0.404 0.015 0.819 5.101 2.034 0.057 5.101 56.672
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。
基于ADAMS的仿人机器人步态规划算法仿真和实现
别描述踝关节和髋关节的空间位置， 其中Ｘ（、 ） （ ａ） Ｙ【、 ｆ ｔ ｆ ）
和 ｘ（ ｙ（ 、ｚ（ 分 别 表 示 踝 关 节 和 髋 关 节 在基 坐 标 系 ｈ Ｏ、 ｈＯ ｈ） ｔ
∑ 。 ＋ ｋ ｍ ｇ ∑ 。 （
一 。西 ∑： ，
０ 一 Ｙ 中的坐标值。 ｆ 。 ＸＺ 【表示踝关节与地面的夹角， （表 ） ｆ ）
由图 ４ １可 以看 出，所设计和实现 的步态规 划算法在 ．
Ａ ＭＳ上 进 行 步 态 仿真 后 ，成 功 的应 用 到 ＭＩ Ｉ ，并 能 ＤＡ Ｈ．上
ＡＤ ＡＭＳ建立 了 ＭＩ Ｈｑ的虚拟原理样机系统 ， 然后在其上进
行 了基于 Ｚ ＭＰ的仿人机器人步态算法仿真 ，并最终将通过 仿真的算法运用到 ＭＩ ４ 的物 理样机上 ，实现 了稳定 的步 Ｈ 态行走，既保护 了 ＭＩ Ｉ物理样机不受破坏 ，又便于进行 Ｈ— 算法分析，具有很好 的应用效果 。
腿 部 高 度 先 下 蹲 到 其 总 高度 的 ８％ ，设 定 的 步 态周 期 为 ３ ０ 秒 ， 步长 为 １ 米 ，并 生 成 了步 态 规 划 数据 文 件 ０厘 然 后 将 在 Ｍａ ａ ｔ ｂ中生 成 的 ＭＩ Ｉ 部 的 ｌ ｌ Ｈ－腿 ０个关 节 的 角
图 ２２ 仿 人 机 器人 步 态 参 数 －
・
后纵深距离为 ２ ８ ０ｍｍ，身体总重 ２ ｋ 不包括 电池 ） 其外 ６ ｇ（ 。 形 尺 寸 图 如 图 ２１ 示 。 ．所
３ 实 验 效 果 ２
在进行仿人机器人 ＭＩ ． 行走实验前 ，先将基于 Ｚ ＨＩ ＭＰ 的步态规划算法生成的离线步态数据文件转化为 ＭＬ － Ｈ Ｉ上 的运动控制系统实时层可 以发送 的文件格式 。 然后在对仿人
四足机器人Adams与Matlab联合仿真设置
Matlab与adams联合仿真设置1 模型设置 (2)2 运动副设置 (3)3 驱动与力设置 (4)4 检验设置是否正确 (7)5 Adams中与Matlab联合仿真的设置 (8)6 Matlab中与Adams联合仿真的设置 (12)7 联合仿真结果显示 (14)1 模型设置在soildworks建好四足整体模型，开始时做一个简化版的模型就可以了，另存为.x_t格式。
打开adams,点击文件->导入,在文件类型中选择“Parasoild”,双击“读取文件”空白处，打开选取文件界面，找到保存的四足模型，选择。
在模型名称的空白栏处右击，选择模型->创建，命名为“ghost”。
点击确定（图1.1）。
读取的文件目录中不要出现中文，否则会出现错误。
（图1.1）（图1.2）导入后的模型显示如图1.2。
点击界面右下角的球形图标，将模型转化为实体。
（图1.3。
倒数第四个）点击界面左上的设置->单位，将长度量纲改为毫米。
点击设置->重力，将重力设置为Y轴方向-9806.65。
点击界面左侧框图浏览->物体的左侧加号，出现模型各个部件的名称（图1.4）。
由于将模型从soildworks导入adams中时会损失质量信息，接下来将设置每个部件的质量。
双击某一部件，弹出设置界面（图1.5），在“定义质量方式”中选择“几何形状和密度”，随后设置密度。
由于实际中四足的腿的质量很小，大部分质量都集中在身体的铝架上，所以将腿部结构的的密度设为(200.0(kg/meter**3))，将身体部分的密度设为(1200.0(kg/meter**3))（图1.5）（图1.4）逐个双击部件设置密度信息。
完成后可在某个部件上右击，选择信息，查看该部件的信息（图1.6）。
（图1.6）统计质量信息如下：小腿长：0.0435kg*4 、小腿短：0.0252kg*4、大腿0.0132kg*8身体：5.79kg.总质量：6.18kg。
基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真
基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真Adams是一种高级的多体模拟软件，可以模拟任何机械系统的运动。
Delta并联分拣机械手是一种高精度、高效率的机械手，广泛应用于各行各业。
本文将基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真，详细介绍Delta并联分拣机械手的工作原理和仿真结果。
首先，Delta并联分拣机械手有三个运动平台，每个平台由三个驱动杆组成。
这三个驱动杆通过一个联轴器连接到一个导轨上，导轨上挂有一个操作台。
当其中一个运动平台被电动机驱动时，它会同时在三个驱动杆上移动，通过联轴器连接的导轨也会移动，导致整个操作台的位移和末端执行器上工具的移动。
具体而言，Delta并联分拣机械手的工作流程如下：1. 从料仓中提取部件2. 对部件进行识别和分类3. 根据部件的分类将其放置到适当的储存区在Adams中，通过建立三个运动平台的运动学模型和动力学模型，将Delta并联分拣机械手的运动过程模拟出来。
在模拟过程中，模型的输入是每个电机的转速和转矩，模型的输出是机械手的运动轨迹。
通过对模型进行仿真分析，可以得出Delta并联分拣机械手的运行状态和性能指标。
例如，可以分析机械手的工作效率、定位精度、负载能力等指标。
总之，基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真可以有效地验证机械手的设计，提高其性能，并为其优化提供方向。
Delta并联分拣机械手是一种高精度、高效率的机械手，其性能指标包括工作效率、定位精度、负载能力等方面。
以下是对Delta并联分拣机械手的相关数据进行分析。
一、工作效率Delta并联分拣机械手工作效率的重要指标是产能，即每小时能够完成的部件数量。
以某型号Delta并联分拣机械手为例，其最大产能可达到400件/小时，对比传统机械手的生产效率可以提高2倍以上。
而产能的高效率在于Delta并联机械手在拣选过程中由三个并行的运动平台同时协同工作，大大减少了部件的拣选时间和不必要的运动。
adams机械系统动力学仿真实例
adams机械系统动力学仿真实例
在ADAMS中进行机械系统动力学仿真的步骤如下：
1. 建立模型：首先，需要在三维建模软件（如SolidWorks、Proe等）中建立好机器人或机械系统的三维模型。
然后，将模型另存为x_t格式，并导入ADAMS软件中。
在导入之前，可以对模型进行适当简化，去掉不重要的特征或零部件。
2. 添加运动副约束：根据机械系统的关节进行设置，在基座与地面之间添加固定约束；其余各关节依据实际情况添加转动关节或移动关节。
例如，移动副、球副、十字铰链（可视为两个转动副）等。
3. 检验样机模型：利用检验样机工具，显示样机内所有信息，观察零件、约束、载荷及运动参数的正确与否。
4. 定义初始条件和施加载荷：根据需要定义初始条件，如速度、加速度等。
同时，对模型施加适当的载荷，如重力、外部力等。
5. 进行仿真分析：设置仿真时间、步长等参数，运行仿真。
ADAMS会自动计算出系统的动力学响应，如位移、速度、加速度、力等。
6. 结果后处理：在仿真结束后，可以通过ADAMS的后处理模块查看仿真结果。
可以生成动画、绘制曲线、进行数据统计等。
通过以上步骤，就可以在ADAMS中进行机械系统动力学仿真了。
需要注意的是，具体的步骤可能会根据不同的机械系统和仿真需求有所不同。
因此，在进行仿真时，需要根据实际情况进行调整和修改。
工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤
增强积分器的鲁棒性，提高复杂系统的解算速度；采用适用于柔性单元（梁，衬 套，力场，弹簧-阻尼器）的新算法，可提高 S12 型积分器的求解精度和鲁棒性；
样条数据文件，样条数据文件子程序还支持用户定义的数据格式； 具有丰富的约 束摩擦特性功能，在 Translational， Revolute， Hooks， Cylindrical， Spherical， Universal 等约束中可定义各种摩擦特性。 1.4 后处理模块（ADAMS/PostProcessor） MDI 公司开发的后处理模块 ADAMS/Postprocessor，用来处理仿真结果数 据，显示仿真动画等。既可以在 ADAMS/View 环境中运行，也可脱离该环境独 立运行。后处理的操作界面如图 1.2 所示。 ADAMS/PostProcessor 的主要特点是:采用快速高质量的动画显示， 便于从可 视化角度深入理解设计方案的有效性；使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速 检索对象；具有丰富的数据作图，数据处理及文件输出功能；具有灵活多变的窗
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KU
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
ST
Kust 内部资料
吴老师
输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS 软件的仿真可用于预测机械 系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件， 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。另一方面，又是虚拟样机 分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口， 可以成为特殊行业用户进行特 殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS 软件有两种操作系统的版 本：UNIX 版和 Windows NT/2000 版。 1.2 用户界面模块（ADAMS/View） ADAMS/View 是 ADAMS 系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的 交互式图形环境，将图标操作，菜单操作，鼠标点击操作与交互式图形建模，仿 真计算，动画显示，优化设计，X-Y 曲线图处理，结果分析和数据打印等功能集 成在一起。 ADAMS/View 采用简单的分层方式完成建模工作。采用 Parasolid 内核进行
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机械系统动力学
简化串联机器人的运动学与动力学仿真分析
学院：机械工程学院
专业：机械设计制造
及其自动化
学生：
学号：
指导教师：
完成日期：2015.01.09
摘要
在机器人研究中，串联机器人研究得较为成熟，其具有结构简单、成本低、控制简单、运动空间大等优点，已成功应用于很多领域。
本文在ADAMS 中用连杆模拟两自由度的串联机器人（机械臂），对其分别进行运动学分析、动力学分析。
得出该机构在给出工作条件下的位移、速度、加速度曲线和关节末端的运动轨迹。
关键词：机器人；ADAMS；曲线；轨迹
一、ADAMS软件简介
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(Mechanical Dynamics Inc.) (现已并入美国MSC公司)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软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。
ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
二、简化串联机器人的运动学仿真
（1）启动ADAMS/View。
在欢迎对话框中选择新建模型，模型取名为robot，并将单位设置为MMKS，然后单击OK。
（2）打开坐标系窗口。
按下F4键，或者单击菜单【View】→【Coordinate Window】后，打开坐标系窗口。
当鼠标在图形区移动时，在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位置的坐标值。
（3）创建机械臂关节1（连杆）。
单击连杆按钮，将其的长、宽、深选项，设置为300mm、40mm、10mm，如图2.1所示。
在图形区单击鼠标左键，然后将连杆拖至水平位置时，再单击鼠标左键。
图2.1 创建连杆图2.2 创建孔
（4）在连杆的右端打孔。
在几何建模工具栏单击打孔按钮，将半径Radius设置为10mm，深度设置为10mm，如图2.2所示。
然后在图形区模型附近单击鼠标左键，在与XY平面垂直的表面上单击鼠标左键。
然后修改孔的位置，【HOLE_1】→【Modify】，在弹出的对话框中，将Center的坐标值设置成（300，0.0，5.0）
（5）创建关节2。
用（3）的方法在关节1右端孔中心处创建关节2，如图2.3所示。
然后再将关节2向侧平移10mm。
图2.3 机械臂模型
（6）添加约束。
在关节1的左端与之间添加转动副，在关节1与关节2结合处添加转动副。
单击工具栏中的旋转副按钮，并将创建旋转副的选项设置为2Bod-1Loc 和Normal Grid，然后在图形区单击关节1和，之后需要选择一个作用点，将鼠标移动到关节1的Marker1处出现center信息时，按下鼠标左键后就可以创建旋转副，旋转副的轴垂直于工作栅格。
然后用同样的方法创建关节1与关节2之间的旋转副，如图2.4所示。
图2.4 创建旋转副
（7）添加驱动。
在运动副1（Joint1）和运动副2（Joint2）上分别添加旋转驱动。
单击主工具栏的旋转驱动按钮，然后在选择上面创建的旋转副1，然后在图形
区单击鼠标右键，在快捷菜单中中选择Modify，在编辑对话框中将驱动函数设置为30d*sin(time)，如图2.5所示。
用同样的方法在旋转副2上创建旋转驱动，并将驱动函数设置为20d*time*(-1)。
图2.5 旋转驱动
（8）运行仿真计算。
单击主工具栏的仿真计算按钮，将仿真类型设置为Kinematic，仿真时间End Time设置为20，仿真步数Steps设置为500，然后单击运行按钮进行仿真计算。
（9）绘制运动轨迹。
单击菜单【Review】→【Create Trace Spline】，然后选择关节2右端点Marker4，再选择关节1与的铰接点，鼠标移动到Joint1处，单击鼠标右键，在弹出对话框中选择ground，单击OK创建运动轨迹，如图2.6所示。
图2.6 机器人末端运动轨迹
（10）结果后处理。
按下键盘上的F8键，界面将从View模块直接进入到PostProcess模块，后处理模块界面如图2.7所示。
图2.7 后处理模块界面
（11）后处理模块界面
在后处理模块，通过菜单【View】→【Load Animation】可以载入动画。
在仿真动画中可以播放两种动画，一种是在时间域进行的运动学和动力学仿真计算动画；另一种是在频率域的，播放通过现行化或者在震动模块中的计算模型的振型动画。
单击播放按钮后开始播放动画，如果在播放同时按下记录按钮，在播放动画的同时也将动画保存到动画文件中，动画文件位于ADAMS的工作目录下。
在后处理模块中，通过菜单【View】→【Load Plot】，通过选择相应的选项，绘制出相应的结果曲线。
如果2.8、2.9、2.10所示，分别绘制出机械臂末端点的位移曲线、速度曲线和加速度曲线。
图2.8 机器人末端位移曲线
图2.9 机器人末端速度曲线
图2.10 机器人末端加速度曲线
三、串联机器人的动力学分析
（1）创建机械臂模型。
按照二中（1）~（6）步创建同样的机械臂，并添加运动副约束。
（2）添加驱动。
与运动分析不同，动力学分析添加的驱动为单分量力矩。
单击工具栏上的单分量力矩选项，将选项设置为Space Fixed、Normal to Grid和Constant，然后勾选Torque项并输入3800，然后在图形区单击关节1，再在其上单击任何一点。
用同样的方法添加关节2的驱动，并将其值设置为-120。
图3.1 添加驱动——单分量力矩
（3）运动学计算仿真。
单击菜单【Simulate】→【Iteractive Controls】，打开交互式仿真控制对话框，在对话框中将仿真时间End Time设置为2，仿真步数Steps设置为500，仿真类型Type设置为Dynamic，单击仿真计算按钮，观看仿真动画，模型将在重力和驱动力矩作用下运动。
（4）绘制运动轨迹。
单击菜单【Review】→【Create Trace Spline】，然后选择关节2右端点Marker4，再选择关节1与的铰接点，鼠标移动到Joint1处，单击鼠标右键，在弹出对话框中选择ground，单击OK创建运动轨迹，如图3.2所示。
图3.2 机器人末端运动轨迹
（5）结果后处理。
在后处理模块，通过菜单【View】→【Load Animation】可以载入动画。
单击播放按钮后开始播放动画，在播放同时按下记录按钮，将动画保存到动画文件中。
在后处理模块中，通过菜单【View】→【Load Plot】，通过选择相应的选项，绘制出相应的结果曲线。
如果3.3、3.4、3.5所示，分别绘制出机械臂末端点的位移曲线、速度曲线和加速度曲线。
图3.3 机器人末端位移曲线
图3.4 机器人末端速度曲线
图3.5 机器人末端加速度曲线
四、小结及心得
运用ADAMS通过以上过程对两自由度串联机器人进行了仿真分析，得出相应的位移、速度、加速度曲线以及工作端的运动轨迹，得出了构件的运动的规律，同时也可以较准确掌握机器人工作端的位移、速度、加速度等动力学参数。
这对于对机构进行结构优化提供了一定依据。
通过用ADAMS软件对连杆机器人进行以上的简单模拟，我对机械系统动力学仿真软件有了初步的认识和一定的了解，为以后进一步学习这些软件打下了基础。