1、工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优 势。在传统制造业， 特别是劳动密集型产业的转型升级中可发挥重要作用。随 着机器人技术研究领域的不断发展，机器人仿真系统成为机器人设计和研究的一 个灵活工具，发挥着重要的作用。虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术，是从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。ADAM软件是美国机械动力公司研发的，是世界上应用最广泛、最具权威性的机 械系统动力学仿真分析软件，可进行动力学、运动学和静态仿真。（2） 虚拟样机技术的特点（1） 模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费。（2） 缩短产品投向市场的时
2、间。（3） 经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本。（4） 在产品的设计阶段发现潜在问题。（5） 增加产品和工程的可靠性。项目研究目标及主要内容：（1） 理解机械臂的运动规律（2） 完成三维软件及仿真软件的学习（3） 对机械臂进行符合实际情况的运动学仿真计划任务：（1） 小组参与研究机械臂的运动原理，根据自己的理解，将其抽象化（2） 得到仿真结果后，可以根据小组讨论出的意见合理改良机械臂的运动方式 工作思路：项目技术路线:（1 ）机械臂运动分析，描述对应空间位置（2 ）机械臂三维建模（3 ）在ADAM中仿真（4 ）调试优化项目阶段进展：平移和旋转坐标系映射及复合变换（1）平移坐标变换设
3、坐标系B与A的方位一致，但坐标系B与坐标系A的原点不重合。相对于 坐标系A，坐标B的位置用位置矢量APBo描述，如图所示。设点P在坐标系 B中的位置为 ，那么可通过矢量相加得到点 P相对于坐标系A的位置矢量，即旋转坐标变换设坐标系B和坐标系A的坐标原点相同，但它们的方位不同，如图 所示。用 旋转矩阵 描述坐标B相对于A的方位。同一点P在坐标系A和B中的位置描述 与 具有如下变换关系：复合变换相对于坐标系A，坐标系B的原点位置，用位置矢量描述；用旋转矩阵 描述 B相对于A的方位。对于同一点P在标系A中的描述 和在坐标系B中的描 述具有以下变换关系：=+利用ADAMS勺基本步骤：（1）利用Pro尼
4、 建立机械手臂模型，导入Adams/View中，建立机械手臂的虚拟 样机（2）在Adams中，需要对导入的每个零部件进行编辑，定义其材料、质量、转 动惯量等相关属性，从而使得虚拟样机与实际物理样机具有相同或者是相近的物 理特性，以便更好的模拟实际系统。（3） 要对机械臂进行运动学及动力学仿真，还需要为导入 Adams中模型定义约 束及驱动。在定义好各个约束后，机械臂的各个零件之间便具有确定的约束关系， 这样可以保证仿真时各个零部件能够有正确的运动。（4）定义好约束后，通过在机械臂的四个关节处定义旋转驱动或者力矩便可以 进行运动学及动力学仿真。项目阶段成果：（1）在Pro/E中对一对齿轮进行装配
5、并通过转换格式导入 ADAMS（2）在ADAM神对焊接机器人进行运动副和驱动函数的创建，实现其基本运 动的仿真在ADAMS完成的焊接机器人（3）在ADAM中完成的单腿机器人并对其创建约束实现运动学仿真在ADAM叩完成的单腿机器人单腿机器人创建过程1.新建模型启动ADAM后，在欢迎对话框中选项新建模型（New Mode）,然后在新建模型对话 框中，输入模型名称为unipod_robot,单位选择MMKS单击【0K按钮。2.创建节点单击建模工具条Bodies中几何点按钮，选择Add to Ground,然后在工作栅格上 任意选择一点创建一个几何点 PONT_1在单击几何点按钮可，继续在工作栅格任
6、意位置创建其他4个几何点。3.定义设计变量单击建模工具条Design Exploration 中的设计变量按钮之后，弹出定义设计变量对话框，在 Name 中输入 un wpod-robat.pt2_x,Type 选择 Real, Un its 选择length, Standard Value 输入 100,ValueRangeBy 选择 Absolute Min and MaxValues,在Min Value中输入-100，在Max Value中输入100，单击【Apply】按 钮继续定义变量。在 Name中输入pt2_z,Type 选择Real, Un its 选择len gth,Stan
7、dard Value 输入-316.51 , Value RangeBy选择 Absolute Min and MaxValues, 在Min Value中输入-316.5，在Max Value中输入-250，单击【Apply】按钮继 续定义变量。在 Name 输入 pt3_x ,Type 选择 Real, Un its 选择 len gth, Sta ndard Value 输入 298.21,valuleRangeBy 选择 Absolute Min and Max Values, 在 Min Value中输入100,在Max value中输入299,单击Apply按钮继续定义变量。在 N
8、ame中 输入 pt3_z,Type 选择 Real, Un its 选择 len gth, Sta ndard Value 输入 116.51，Value Rage By 选择 Absolute Min and Max Values ，在 Min Value 中 输入116.51，在Max Value中输入175,单击【Apply】按钮继续定义变量。在 Name输入 pt4_y，Type选择 Real, Units 选择 Absolute Min and MaxValues, 在 Min Value 中输入 300ValueRangeBy选择 Absolute Min and Max Val
9、ues 。在 Min Value中输入300,在MaxValue中输入500,单击Apply按钮继续定义变量。 在 Name中输入 pt4_z,Type 选择 Real, Un its 选择 len gth ，Sta ndard Value 输 入 0，Value Range By 选择 Absolute Min and Max Values ，在 Min Value 中输 入0,在Max Value中输入150，单击Apply按钮继续定义变量。在 Name中输入 w1,Type选 Real, Units 选择 no_units, Standard Value 输入 0.333,Value R
10、ange By 选择 Absolute Min and Max Values, 在 Min Value 中输入 0.15,在 Max Value 中输入0.333，单击Apply按钮继续定义变量。在Name中输入w2,Type选择Real, Units 选择 no_units, Standard Value 输入 0.285 , Value RangeBy选择 Absolute Min and Max Values,在 Min Value 中输入 0.15，在 Max Value 中输入 0.333， 单击OK按钮。图9-13 定义变量对话框4.几何点的参数化 在图形区用鼠标双击任意一个几何点
11、，弹出表格编辑对话框，先用鼠标单击POINT_1的Loc_X,用键盘输入-250，单击POINT_1的Loc_Y，用键盘输入100, 单击POINT_1的Loc_Z,用键盘输200市鼠标单击POINT_2的Loc.X，其值出现在 i=f（i） 按钮后的输入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择Parameterize f Referenee Design Variable 后，弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量 pt2.X,单击POINT2的Loc_Y，用键盘输入100用 鼠标单击POINT_2的Loc_Z,其值出现在i=f（i）按钮后的输入对话框中，在该输 人框中单
12、击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择Parameterize f Refere nee Design Variable 后，弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量 pt3_z,用鼠标单击PONT_3勺Loc_X,其值出现在i=f（i）按钮后的输入对话框中， 在该输人框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择 ParameterizeRefere nee Design Variable 后，弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量pt3_X,单击P0INT_3的Loc_Y,用键盘输入100,用鼠标单击P0NT_3勺Loc_Z,其 值出现在i=f（i） 按钮后的输入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键
13、，在弹出的右键快捷菜单中选择Parameterize Referenee Design Variable 后弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量pt3_Z。单击P0NT_4勺Loc_X,用键盘输入 0,用鼠标单击P0INT_4的Loc_Y,其值出现在i=f（i） 按钮后的输入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择 ParameterizeReferenee Design Variable后弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量pt4_Y， 单击【OK按钮，用鼠标单击POINT_4的Loc_Z，其值出现在i=f（i）按钮后的输 入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键，在弹出的
14、右键快捷菜单中选择 Parameterize Refere nee Desig n Variable 后，弹出数据库导航窗口，从中选择设计变量pt4_Z。用鼠标单击POINT_5的Loc_x，其值出现在i=f（i） 按 钮后的输入对话框中，在该输人框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选 择Parameterize-Expressio n Builder 后，弹出函数构造对话框，输入函数DOT（POINT_1.loc_x,POINT_2.loc_x,POINT_3.loc_x ，w1,w2,1.0-（w1+w2）, 其中DOT函数是求两个向量的点积，用鼠标单击 POINT_5的Loc_Y,其
15、值出现在i=f（i） 按钮后的输入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择Parameterize-Expression Builder后，弹出函数构造对话框，输 入 函 数DOT（POINT_1.loc_y,POINT_2.loc_y,POINT_3.loc_y,w1,w2,1.O-（w1+w2） ， 用鼠标单击POINT5的 Loc_Z,其值出现在i=f（i） 按钮后的输入对话框中，在该输入框中单击鼠标右键，在弹出的右键快捷菜单中选择 Parameterize-Expressio n Builder 后，弹出函数构造对话框，输入函数DOT（POINT_1.loc_z,POINT_2.loc_z,POINT_3.loc_z,w1,w2 ，1.0-（w1+w2）， 最后单击【OK按钮关闭表格编辑对话框。图9-14几何点的表格编辑对话框5.创建构件PART_2单击建模工具条Bodies中的圆柱按钮，将选项设置成
