ProE与ADAMS仿真

ADAMS 与PROE 仿真

第一部分：PROE 环境下的运动学仿真

1、 根据给定的运动距离、运动时间和修正梯形算法编写轨迹点的生成程序。

导入到ADAMS 和PROE 中的数据是相对于起点时间某时刻处的各关节角度值。对于PROE ，这个角值是相对于建模过程产生的起始位置，是确定的，而不是通过拖动所到达的任意位置，可以通过运动学仿真获得模型处于起始位置时的姿态，然后给关节添加一个起始角度以达到想要的起始位置。对于ADAMS ，其起始位置为将模型导入到ADAMS 环境时的姿态。

对于PTP 运动，只需要根据始末点位置要求进行SCARA 机械手的运动学逆解，求得各关节在始末点位置处的角度值及运动过程需要运动的角度，然后根据修正梯形算法和插补周期计算出各关节在各插补时间点处的绝对位置。

对于直线运动，需要使末端执行器在一条直线轨迹上，所以需要进行多次逆解。逆解过程需要知道末端执行器咋笛卡尔空间内的位置，可以使用向量法来解决这一问题，如下图

根据给定的起点可重点坐标和修正梯形模式的轨迹规划，可以确定各插补时间点与起点之间

的距离i S 和起点到终点的单位向量i

，所以各插补点的位置向量为i S L a i i

1，由此可以确定末端执行器的位置，可以进行运动学逆解，得到各插补点出的各关节绝对位置。

当插补点关节位置求完以后即可导出，导出文件应该为txt 格式，文件形式为两列，第一列为时间，第二列为关节角。经过导出可以得到4个txt 格式文件，分别对应四个关节，具体的实现程序见程序文件SCARArobotRectangle.m （直线运动）和SCARArobotJoints.m （PTP 运动）。

2、 将生成的轨迹点程序导入到PROE 模型进行运动学仿真

首先进入PROE 的机构中为各关节添加伺服电机，时只使用“运动轴”选项为各轴添加电机即可，电机的“轮廓”参数先不用操作，后边会进行更改

添加完电机后在左侧的树状模型中找到你添加的电机，然后右击编辑定义，为电机添加运动参数。

进入伺服电机定义窗口，点击“轮廓”选项，“规范”中默认选择位置，在“模”下拉菜单中选择“表”选项，如下图

选择“表”之后得到如下的窗口，然后选择“文件”图标为电机添加之前得到的轨迹点序列

进入如下对话框，文件类型选择“所有文件”即可看到之前生成的txt文件，选中它点击打开，如下图

这样数据点就导入到电机中去了，电机“应用”并“确定”即可完成，如下图，在下方的“插

值”中选择样条拟合，然后选择“位置”、“速度”或“加速度”并点击，即可查看

你导入的数据是否正确。

其他几个电机的参数采用同样的方法导入。

3、为机械手模型添加质量

点击右侧的为各部件添加质量，如下图

4、进行运动学仿真

点击右侧选项进行运动学仿真，将进入如下对话框，“类型”选择动态；在“首选项”下可以选择开始和结束的时间，根据你编写的程序而定。

在“电机”下可以设定运行的电机数量和起始时间，也是恩举编写的程序而定，文档中提供的程序生成的四个轴运动轨迹时间都是一样的，所以在这里让四个电机同时运行，即不需做出修改。

在“外部载荷”中勾选“启动重力”，如下图所示

然后电机运行即可进行运动学仿真。仿真结束后点击确定。

5、对仿真结果进行测量

仿真结束后点击右侧的对仿真结果进行测量，如速度、加速度、位置、连接反作用力等参数。如下图所示

点击“测量”下的新建按钮，可以新建测量项目，如下图

选择你需要测量的项目，并按照要求选好测量位置或测量轴，点击应用并确定。以测量1轴处连接反作用力为例，在“类型”中选择连接反作用力，出现如下图所示对话框，提示选择连接轴，用鼠标选择1轴轴线即可

确定之后选择要测量的仿真结果集，软件会自行计算，如下图，点击左上角的，会得到变换曲线，如下图

PROE软件还可以显示仿真轨迹，选择“插入”—“轨迹曲线”，如下图

选择仿真结果集并选择测量点后，点击确定即可得到某点的轨迹曲线，方便验证程序的正确性。如下图

第二部分：ADAMS环境下的运动学仿真

1、向ADAMS中导入模型

由于ADAMS不擅长实体建模，所以一般选择使用专业的三维建模软件做好模型之后到入到ADAMS中。本文以PROE模型为例，首先使用PROE软件保存副本为.x_t格式的文件，然后通过ADAMS的“File”—“Import”导入模型，文件类型Parasolid，在“File To Read”处右键选中“Browse”，找到导出的.x_t模型，“File Type”默认选“ASCLL”,然后给ADAMS 模型命名即可导入模型，如下图所示：

2、为模型添加约束并设定密度

导入到ADAMS中的模型零件之间没有了在PROE中的装配约束，各个零件之间没有联

系，所以要为模型添加约束，约束的添加应完全符合实际的运动约束，添加过程不再累述，添加完的结果见下图

约束添加完毕后为各零件设定密度，右键每个零件，找到相应的Part，选中“Modify”，得到下图所示的对话框

对常用材料，可以右击“Material Type”右边的框格进行选择，对于库中没有的材料，可以选择“Define Mass By”为“Geometry and Density”，如下图所示，直接设置材料的密度

这一步必须确保每一个零件都设定了合适的密度值，否则最终的结果将会匪夷所思。

3、使用导出的数据点文件生成ADAMS的Spline曲线

注意，在ADAMS中转动关节运动的单位为弧度，与PROE中是不同的，所以要对程序稍加修改，将角度值改为弧度值，本文提供的程序文件为SCARArobotRectangle_ADAMS.m（直线运动）和SCARArobotJoints_ADAMS.m（PTP运动）。在“File”—“Import”中选择文件类型为Test Data(*.*)，勾选“Create Splines”，在“File To Read”中找到数据点文件，“Independent Columa Index”填写1，表示自变量所处的列为1，即时间为自变量，如下图所示

生成Spline后可以通过在左侧查看，如下图

4、设置电机运动轨迹

对每一个电机进行Modify，Type选择Displacement，点击Function右侧的编写电机

运动函数，如下图所示

其中Assist选择Spline，然后选择Akima Fitting Method，出现上方的函数，其中共有四个参数，第一个参数为第一自变量，改成TIME；第二个参数为第二自变量，不需要，改为0；第三个参数为Spline的名字，改成你生成的相应曲线的名字；第四个参数为Spline中相邻两点之间的拟合曲线次数，改成0或1或2都可，左后点击OK，如下图所示

按相同的步骤设定好电机的运动函数后就可以进行运动仿真了。

5、ADAMS下运动仿真

电机Simulation下的小齿轮进入仿真界面，如下图

根据程序中时间设定仿真时间和仿真Steps，Steps可以选择与插补点个数相同，这样方针得到的曲线就不会有不该有的毛刺，然后点击进行仿真。

6、仿真结果的测量

通过获得才此种工况下的仿真曲线即可得到各轴运动中所需要的扭矩值，从而根据运行

速度和扭矩值选择减速器和电机。点击仿真界面右下方的，即可进入数据测量界面，如下图所示

进入界面后，选择相应的选项即可进行速度、加速度、位移、力和扭矩的测量如下图所示

以测量一轴扭矩为例，如下图

选好之后点击Add Curive即可得到扭矩变化曲线，如下图

根据曲线可以得到运动中的最大扭矩。