基于ADAMS的并联机器人运动学和动力学仿真

第２２卷第８期计算机仿真２００５年８月文章编号：１００６—９３４８（２００５）０８—０１８１—０５

基于ＡＤＡＭＳ的并联机器人运动学和动力学仿真

游世明，陈思忠，梁贺明

（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京１０００８１）

摘要：应用机械系统动力学仿真分析软件ＡＤＡＭＳ，建立了Ｓｔｅｗａｒｔ型并联机构的虚拟样机模型，包括对并联机器人各部件的筒化方法、在ＡＤＡＭＳ中的模型描述及仿真过程控制，并利用该虚拟样机模型对并联机器人进行了运动学和动力学分析。为并联机器人系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数。实现了在计算机上通过使用ＣＡＥ仿真软件来对并联机器人的运动和动力性能进行分析，为并联机器人的设计提供了一套有效的分析方法。

关键词：并联机器人；运动学；动力学；虚拟样机

中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ

ＫｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＰＭＴＢａｓｅｄＯｎＡＤＡＭＳ

ＹＯＵＳｈｉ—ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＳｉ—ｚｈｏｎｇ，ＬＩＡＮＧＨｅ—ｍｉｎｇ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｍｅｃｈａｎｉｃｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＤＡＭＳｔｏｂｕｉｌｄａｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｆｔｈｅＳｔｅｗａｒｔＰａｒａｌｌｅｌＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ，ｇｉｖｅｓｔｈｅｄｅｔａｉｌｏｆｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｅｌ，ＡＤＡＭＳｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＰＭＴｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＩｔｓｈｏｗｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆＰＭＴ，ｒｅａｌｉｚｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｔｈｅＣＡＥｓｏｆｔｗａｒｅｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｐａｒａｌｌｅｌｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ；Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；Ｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅ

１引言

１９６５年，德国学者Ｓｔｅｗａｒｔ提出了一种新型的、６自由度并联机器人平台机构，称为Ｓｔｅｗａｒｔ平台。由于并联机器人平台不仅能够灵活地实现六个自由度的三维空间运动，而且具有结构稳定、承载能力强、误差小、位置精度高、响应快等一系列突出优点，其应用日益广泛，应用领域不断拓展，使得并联机器人也成为国际上备受关注的研究领域之一。目前，对并联机器人运动学和动力学分析多采用的是解析法。但其动平台空间运动是很难直观想象的，工作空间又十分复杂，所以有必要建立适当的模型并进行仿真。本文从仿真分析的角度，应用ＡＤＡＭＳ软件对其进行建模、仿真、分析，为并联机器人的研究提供了一种新的方法。

２并联机构及其仿真简介

Ｓｔｅｗａｒｔ型并联机器人平台由上下两个平台和６个并联收稿日期：２００４一０４—２８的、可独立自由伸缩的杆件组成，伸缩杆和平台之间通过球铰链Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ，，Ａ６和虎克铰曰１，日２，马，曰。，曰５，眈连接，其结构原理如图１所示。如果将下平台作为基础平台（定平台），以伸缩杆的位移作为输入变量，则可以控制上平台（动平台）的空间位移和姿态。实际机构中通过改变六根可以伸缩的伺服油缸长度来实现机器人动平台的运动，即沿ｘ、ｙ、ｚ轴的平移和绕ｘ、ｙ、ｚ轴的转动，这六个基本运动分别称为纵向（Ｓｕｒｇｅ）、横向（Ｓｗａｙ）、垂直（Ｈｅａｖｅ）、横滚（Ｒｏｌｌ）、俯仰（Ｐｉｔｃｈ）、偏航（Ｙａｗ）ＩｌＪ。

其运动仿真的应用领域，大致可以分为四个方面：（１）训练、教育：主要用于飞行模拟器，训练飞行员等专业人员；（２）试验、实验：在模拟环境下，测试飞机、船舶、潜艇、航天器、汽车等运动载体中的相关仪器设备，本课题即是对用于测试汽车悬架和轮胎性能的实验台的前期仿真设计；（３）娱乐：用于体感模拟娱乐机等。

在并联机构的研究中，理想的仿真应能满足以下要求：建模快速简洁、模型逼真、三维动画以及便于通过调整参数来优化设计。对于并联机器人的运动学和动力学计算，包括正解和逆解。利用ＡＤＡＭＳ软件可以将这几项工作结合起来，

一】８】一

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