UG和ADAMS在机械手的动力学仿真中的联合应用

【摘 要】本文利用UG软件对PRRR机械手进行三维实体建模，将模型导入ADAMS软件，对机械手进行动力学仿真研究，得到其扭矩变化曲线，为机械手的驱动控制提供参考，并为机械手研究人员学习动力学仿真提供帮助。

【关键词】UG；PRRR机械手；ADAMS；动力学仿真

0 引言

研究机械手动力学可以实现其最优控制，以期达到良好的动态性能和指标[1]。因此机械手的动力学研究引起很多人的注意。本文介绍UG和ADAMS软件对PRRR机械手进行动力学仿真的过程，希望对机械手研究人员提供一定的参考。

1 机械手建模

1.1 机械手坐标系建立及参数确定

PRRR机械手的机构简图如图1所示：

考虑负载、自重和工作空间，机械手升降杆直径d1=250mm，壁厚25mm；大臂尺寸dL2=200mm，RL32=75mm，厚度hL3=200mm，壁厚20mm；小臂两端半径RL41=75mm，RL42=40mm，厚度hL4=100mm，壁厚20mm；负载为20kg。根据各部件尺寸，利用UG对机械手进行建模。

2 ADAMS环境下的动力学仿真

2.1 模型导入ADAMS

由于UG直接输出的格式不被ADAMS直接使用，所以在UG中输出parasolid格式。点击[文件]—[导出]命令，选择parasolid格式，选中模型，点击确定按钮。选择存储的文件夹，文件格式为*.x_t。

打开ADAMS软件，新建一个模型，点击文件菜单下的[导入]选项，将UG输出的parasolid格式文件导入ADAMS中。

导入成功后，为方便仿真，可以对各零件重命名。如鼠标右击底座，弹出的菜单选择PART—2—重命名，重新命名为dizuo。

2.2 设置重力和修改刚体质量属性

选择[设置]菜单中[重力]项，根据模型，将重力方向设置成正确的方向。

选择要修改材料的零件，右击弹出菜单，选择[修改]，在弹出的对话框定义质量方式选择[几何形状和材料类型]，这里可直接在软件的材料库里选择材料[3]。型材选用铝材，其余用钢材。

2.3 设置运动关系和驱动

各机构间需约束关系来定义其连接方式和相对运动。为了方便约束，在各个零件的驱动部分添加基本形状：点，形成POINT。底座与地面固接，在POINT1处用固定副来连接。升降相对底座做上下直线运动，在POINT2用平移副来连接，加载平移驱动，形成MOTION1。大臂相对升降零件作回转运动，在POINT3用旋转副连接，添加旋转驱动，形成MOTION2。小臂相对于大臂作回转运动，在POINT4通过旋转副连接，加载旋转驱动，形成MOTION3。手腕相对小臂作回转运动，在POINT5通过旋转副连接，加载旋转驱动，形成MOTION4。在机械手中心添加负载，构建方式为[垂直于栅格][4]。

2.4 添加函数

step5函数实现各个机构的分时控制，step5函数表达式为：

STEP5（x，x0，h0，x1，h1）

x是自变量，可以表示时间或自定义的变量。x0是自变量的初始值，h0是x0对应的变量值，x1是自变量的终值，h1是x1对应的变量值。h0一般为数值0，h1为始终变量值的差值，根据驱动方向确定正负号。

2.5 运动和轨迹仿真

2.6 仿真后处理

按快捷键F8，对模型进行后处理，鼠标右键弹出加载动画，并可以录制动画。

右键清除视图，加载绘图，便可以查看各个关节的扭矩曲线。

大臂在7到17秒，从上料位逆时针旋转90度到机床，先加速后减速，扭矩按正弦曲线变化；在36到38秒，从机床上端逆时针旋转30度到下料位；在44到50秒，大臂顺时针旋转120度回到上料位。在24秒到30秒，大臂未动，但由于小臂转动的惯性力引起大臂扭矩的波动。

3 结论

UG和ADAMS软件联合应用是机械手动力学仿真研究的较佳组合，方法简单，可得到其扭矩变化等相关信息，为设计提供帮助。

【参考文献】

[1]熊有伦.机器人技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，1996.

[2]刘广明.PRRR机械手机构分析及运动实现的研究[M].沈阳：沈阳工业大学，2012.

[3]方琛玮.基于ADAMS的机器人动力学仿真研究[M].北京：北京邮电大学，2009.

[4]刘晋霞，胡仁喜，等.ADAMS2012虚拟样机从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2013.

[责任编辑：薛俊歌]