基于UG运动分析确定机构驱动函数的一种方法

第21卷第4期2007年7月

山东理工大学学报(自然科学版)

Journal o f Shando ng U niver sity o f T echno lo gy(N atural Science Edit ion)

V ol.21N o.4

Jul.2007

文章编号:1672-6197(2007)04-0024-04

基于U G运动分析确定机构驱动函数的一种方法

凌四营,吕传毅,杨先海

(山东理工大学机械工程学院,山东淄博255049)

摘 要:提出了一种基于UG运动分析确定机构驱动函数的方法,建立了系统的仿真模型.按照系统具有确定相对运动的条件对系统进行了改造,将从动件改造为原动件,将原动件改造为从动件或连杆.对改造后的系统进行了运动仿真,测量出需要的从动件运动规律f i(t),通过MAT LAB离散、逼近,最终得到机构的驱动函数 f i(t).

关键词:UG;运动分析;驱动函数;反求

中图分类号:TH112.1文献标识码:A

A method for determining the driving function of mechanism

based on kinematic analyses of UG

LING Si ying,LV Chuan yi,YANG Xian hai

(School of M echanical Engineer ing,Shando ng U niver sity o f T echno log y,Zibo255049,China)

Abstract:A method for determining the driving function of mechanism based on kinematic analyses of UG was put forw ard.Firstly,the simulating model was developed.Secondly,the drivers of the parts were changed into driven parts on the condition that the system has the determinate relative motion,and driven parts into drivers.Finally,the kinematic simulation was carried out on the mod ified system and the aimed kinetic curves f i(t)w ere measured.And then,the driving functions

f i(t)were gained by scatterin

g and approaching of MATLAB.

Key words:U G;kinematic simulation;driving function;reversed determination

在机构运动分析过程中,只要系统满足具有确定运动的条件,给出原动件的驱动函数f i(t)(其中i 为原动件的个数),便可以通过公式推导或计算机仿真求出从动件的运动函数g(t).而在大多数情况下,考虑的是施加什么样的驱动函数f i(t),才能使从动件实现特定的运动轨迹g(t),即所谓的反求问题.很多学者在并联机构的逆解问题上做了大量的研究[1].下面以7杆2自由度串联机构为例,通过仿真反求法来确定原动件的驱动函数.

1 仿真模型的建立

UG具有强大的CAD功能[2].应用UG建立各部件模型,然后按照自上而下的装配方法装配成如图1所示的实体模型,将其作为运动分析的基础模型.在运动分析的过程中,假定旋转平台固

收稿日期:2006-12-20

作者简介:凌四营(1978-),男,硕士研究生.

定,构件中的可动部件有大臂、小臂及大小臂液压缸.模型装配完后,对各个连杆进行命名,命名的原则为:在运动过程中无相对运动的部件看作一个连杆来处理.最后给模型添加运动副并对原动件施加运动驱动,这样机构的仿真模型就建好了,

转入后处理模块就可以对机构进行运动分析[3]

.

图1 装配模型

2 系统的改造

在计算机仿真过程中,只要给出原动件的驱动函数f i(t),通过仿真测量就可以方便地求出从动件的运动函数g(t).如果我们把系统稍加改造,添加合适的运动构件和运动副,把原动件改造为从动件或连杆,把从动件改造为原动件,那么原动件的驱动函数f i(t)便通过计算机仿真测量近似求出.改造的原则为:保证系统具有确定的相对运动,即系统的自由度跟原动件的个数相等.给改造后的原动件施加驱动函数g(t),通过计算机仿真测量,分别测得改造后从动件或连杆的运动规律f i(t)曲线.然后将这些运动曲线通过MATLAB离散、逼近得到可以用函数式表示的规律曲线f i(t).最后将系统还原,将规律曲线f i(t)施加到原动件上,则从动件便有了与期望运动规律相近似的运动曲线g(t).理论上讲,曲线g(t)与曲线g(t)应该是非常逼近的.

按照改造前后系统具有确定相对运动的原则,对系统进行改造.改造前,机构中有2个原动件,6个可动构件和8个低副,如图2所示,自由度F=3 6-2 8=2.由于自由度数等于原动件的个数,因此改造前该机构具有确定的相对运动.改造后,系统增加了一个可动构件L型杆即夹具和2个低副I,J,原动件变为一个,驱动施加在新

增的可动构件夹具上.可以计算出改造后的机构自由度F=3 7-2 10=1,机构的自由度仍然与原动件的个数相等,因此改造后机构具有确定的相对运动.改造后机构的运动简图如图3所示,新加的移动副命名为J100.

图2 改造前机构运动简图

3 系统的运动分析

对改造后的模型进行运动分析.我们期望夹具能在图3所示的初始位置(I FD,FDB)= (120!,35!),按照g(t)=STEP(TIME,1,0,9, 4000)的位移函数进行运动,使夹具在1s到9s的时间段内沿水平方向前进4000mm.因此,给夹具施加位移驱动函数STEP(TIME,1,0,9,4000),选择生成图表,仿真时间为10s,仿真步数为100步,测量得到大小臂液压缸的幅值位移(单位:mm)随仿真步数的变化曲线如图4所示,大小臂液压缸的幅值速度随仿真步数的变化曲线如图5所示.

图3 改造后机构运动简图

25

第4期 凌四营,等:基于U G运动分析确定机构驱动函数的一种方法