用adams分析3r机械手的运动仿真

基于SolidWorks和ADAMS的
3R机械手运动仿真
本文利用SolidWorks软件对所设计三自由度机械手进行三维实体建模，然后通过SolidWorks和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS，根据实际设计要求添加相关约束，在此基础上进行运动仿真，研究机械手各机构关节的运动，测量各个关节的关节角位移、速度、加速度和驱动力矩的变化情况，通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势确定设计中存在的问题，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试。

1 . 3R机械手的三维实体模型
1.1利用SolidWorks建立机械手的三维实体模型
本文所研究的三自由度机械手由臂1，臂2，臂3和手爪组成，臂1与大地固结在一起，其装配效果图如图1所示。

图1 机械手装配模型
1.2三维模型的导入
首先在SolidWorks环境下将机械手装配模型保存为“.x_t”格式，然后在ADAMS 中执行[import]导入刚才生成的“.x_t”文件。

导入的模型没有质量，需要自己添加，在ADAMS中分别定义各零件材料属性为“steel”。

2 . ADAMS运动仿真
机械手在运动过程中要尽量平滑、平稳，否则会产生机械部件的磨损加剧，并导致机械手的振动和冲击。

因此在仿真过程中测量各个关节的关节角位移、速度、角加速度和驱动力矩的变化情况。

将模型各零部件导入ADAMS软件中后，各个构件之间还没有任何的约束，模型只是提供了各构件的初始位置。

本机械手两两相邻的构件构成的三个关节都是转动关节，均定义为旋转副，底座与大地之间定义为固定副。

添加完约束后的模型如图2所示。

图2 ADAMS环境下机械手仿真模型
本文为机械手设置运动路径，已知路径求解各关节的驱动和力矩和转角运动情况。

设图中球的运动角速度如下图3：
图3 球的运动角速度设定
添加一个运动平面，设定机械手完成上料过程，现设路径如下图4，
图4 机械手的运动轨迹
至此建立起了机械手完整仿真模型，然后进行5s、50步的仿真。

3 仿真结果及分析
3.1 结果曲线
关节角是机械手运动学的重要参数，在此我们提取了各个关节的角位移、角速度、角加速度变化规律和各个关节的驱动力矩变化规律分别如图4、图5、图6和图7所示。

图5 各个关节的力矩仿真结果图
图6 各个关节的角加速度仿真结果图
图7 各个关节的角速度仿真结果图
3.2 结果分析
通过观察图6、图7角加速度和角速度曲线，可知各关节均正常运行，机械手运行轨迹光滑，速度和加速度平稳。

由图6角加速度曲线可知，各关节在启动和停止阶段加速度都有突变。

启动阶段加速度从零到最大值，停止阶段从最大值降到零。

在正常运行阶段，角加速变化平稳，大致呈线性变化。

由于考虑了重力，各关节的角加速度是重力和驱动力矩共同作用的结果。

从图5中可看出，各关节驱动力矩变化平稳，没有冲击现象。

事实上，在各关节的启停阶段，驱动力矩也存在少量波动。

但由于突变量很小，可以忽略，即可认为驱动力矩在机械手整个运行阶段都是平稳变化，没有冲击载荷，即运动轨迹设定成立。

4 结论
本文针对所设计三自由度机械手，利用SolidWorks和ADAMS软件，对三自由度机械手的三维实体模型进行运动仿真，仿真结果表明能够发挥各个的优势，更快更好的得到结果。

通过仿真动画可直观地观察到机械手的运动关系和力矩情况，为进一步研究机械手的动、静态特性提供了条件。

进而通过观察各个关节的角速度、角加速度和各个关节的驱动力矩变化规律，为设定轨迹的机械手选取动力驱动选取提供了技术保障，同时为机械手的各个时间的运动形态研究提供了依据。

实验验证了所设计的三自由度机械手在运动过程中平滑、平稳，没有振动和冲击现象，即设定的运动轨迹成立，机械手可以完成上下送料的工作。