工程案例—機(jī)器人Adams虛擬實(shí)驗(yàn)詳細(xì)步驟

1、.ADAMS軟件簡(jiǎn)介虛擬樣機(jī)仿真分析軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真的商用軟件，由美國(guó)MDI(MechnicalDynamicsInc.)開(kāi)發(fā)，在經(jīng)歷了12個(gè)版本后，被美國(guó)MSC公司收購(gòu)。ADAMS集建模、計(jì)算和后處理于一體，ADAMS有許多個(gè)模塊組成，基本模塊是View模塊和Postprocessi塊，通常的機(jī)械系統(tǒng)都可以用這兩個(gè)模塊來(lái)完成，另外在ADAMS中還針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域而單獨(dú)開(kāi)發(fā)的一些專用模塊和嵌入模塊，例如專業(yè)模塊包括汽車模塊ADAMS/Car、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊ADAMS/Engine、

2、火車模塊ADAMS/Rail、飛機(jī)模塊ADAMS/Aircraft等；嵌入模塊如振動(dòng)模塊ADAMS/Vibration、耐久性模塊ADAMS/Durability、液壓模塊ADAMS/Hydraulic、控制模塊ADAMS/Control和柔性體模塊ADAMS/AutoFlex等網(wǎng)。1.1 ADAMS軟件概述ADAMS是以計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(ComputationalDynamicsofMultibodySystem為基礎(chǔ)，包含多個(gè)專業(yè)模塊和專業(yè)領(lǐng)域的虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，利用它可以建立復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，其模型可以是剛體的，也可以是柔性體，以及剛?cè)峄旌象w模型。如果在產(chǎn)品的概念設(shè)

3、計(jì)階段就采取ADAMS進(jìn)行輔助分析，就可以在建造真實(shí)的物理樣機(jī)之前，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行各種性能測(cè)試，達(dá)到縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本的目的。ADAMS,即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems該軟件是美國(guó)MDI公司(MechnicalDynamicsInc.)開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬(wàn)美元、占據(jù)了51%的份額。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)

4、幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和WindowsNT/2000版。1.

5、2 用戶界面模塊（ADAMS/View）ADAMS/View是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標(biāo)操作，菜單操作，鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作與交互式圖形建模，仿真計(jì)算，動(dòng)畫(huà)顯示，優(yōu)化設(shè)計(jì)，X-Y曲線圖處理，結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。ADAMS/View采用簡(jiǎn)單的分層方式完成建模工作。采用Parasolid內(nèi)核進(jìn)行實(shí)體建模，并提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)，約束庫(kù)和力/力矩庫(kù)，并且支持布爾運(yùn)算，支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)，速度函數(shù)，加速度函數(shù)，接觸函數(shù)，樣條函數(shù)，力/力矩函數(shù)，合力/力矩函數(shù)，數(shù)據(jù)元函數(shù)，

6、若干用戶子程序函數(shù)以及常量和變量等3。自9.0版后，ADAMS/View采用用戶熟悉的Motif界面（UNIX系統(tǒng)）和Windows界面（NT系統(tǒng)），從而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/View中，用戶利用TABLEEDITOR,可像用EXCEL一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了PLOTBROWSER和FUNCTIONBUILDER工具包。DS（設(shè)計(jì)研究），DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）及OPTIMIZE（優(yōu)化）功能可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化工作。ADAMS/View有自己的高級(jí)編程語(yǔ)言，支持命令行輸入命令和C+語(yǔ)言，有豐富的宏命令以及快捷方便的圖標(biāo)，菜單和對(duì)話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能

7、。ADAMS/View模塊界面如圖1.1所示>ADAIR/Tiar?OOIiT0,0;回區(qū)I圖1.1ADAMS/View界面ADAMS/View新版采用了改進(jìn)的動(dòng)畫(huà)/曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動(dòng)畫(huà)和曲線圖；具有豐富的二維碰撞副，用戶可以對(duì)具有摩擦的點(diǎn)-曲線，圓-曲線，平面-曲線，以及曲線-曲線，實(shí)體-實(shí)體等碰撞副自動(dòng)定義接觸力；具有實(shí)用的Parasolid輸入腑出功能，可以輸入CAD中生成的Parasolid文件，也可以把單個(gè)構(gòu)件，或整個(gè)模型，或在某一指定的仿真時(shí)刻的模型輸出到一個(gè)Parasolid文件中；具有新型數(shù)據(jù)庫(kù)圖形顯示功能，能夠在同一圖形窗口內(nèi)顯示模型的拓?fù)?/p>

8、結(jié)構(gòu)，選擇某一構(gòu)件或約束（運(yùn)動(dòng)副或力）后顯示與此項(xiàng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)；具有快速繪圖功能，繪圖速度是原版本的20倍以上；采用合理的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)向器，可以在一次作業(yè)中利用一個(gè)名稱過(guò)濾器修改同一名稱中多個(gè)對(duì)象的屬性，便于修改某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的名稱及其說(shuō)明內(nèi)容；具有精確的幾何定位功能，可以在創(chuàng)建模型的過(guò)程中輸入對(duì)象的坐標(biāo)，精確地控制對(duì)象的位置；多種平臺(tái)上采用統(tǒng)一的用戶界面，提供合理的軟件文檔；支持WindowsNT平臺(tái)的快速圖形加速卡，確保ADAMS/View的用戶可以利用高性能OpenGL圖形卡來(lái)提高軟件的性能；命令行可以自動(dòng)記錄各種操作命令，進(jìn)行自動(dòng)檢查。1.3 求解器模塊(ADAMS/Solver)AD

9、AMS/Solver是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是ADAMS產(chǎn)品系列中處于心臟地位的仿真器。該軟件自動(dòng)形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，提供靜力學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解算結(jié)果。ADAMS/Solver有各種建模和求解選項(xiàng)，以便精確有效地解決各種工程應(yīng)用問(wèn)題。ADAMS/Solver可以對(duì)剛體和彈性體進(jìn)行仿真研究。為了進(jìn)行有限元分析和控制系統(tǒng)研究，用戶除要求軟件輸出位移，速度，加速度和力外，還可要求模塊輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)激勵(lì)，高副接觸，用戶定義的子程序等添加不同的約束。用戶同時(shí)可求解運(yùn)動(dòng)副之間的作用力和反作用力，或施加單點(diǎn)外力。ADAMS/Solver新版中對(duì)校正

10、功能進(jìn)行了改進(jìn)，使得積分器能夠根據(jù)模型的復(fù)雜程度自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，仿真計(jì)算速度提高了30%;采用新的S12型積分器(StabilizedIndex2intergrator),能夠同時(shí)求解運(yùn)動(dòng)方程組的位移和速度，顯著增強(qiáng)積分器的魯棒性，提高復(fù)雜系統(tǒng)的解算速度；采用適用于柔性單元(梁，襯套，力場(chǎng)，彈簧-阻尼器)的新算法，可提高S12型積分器的求解精度和魯棒性；可以將樣條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成獨(dú)立文件使之管理更加方便，并且spline語(yǔ)句適用于各種樣條數(shù)據(jù)文件，樣條數(shù)據(jù)文件子程序還支持用戶定義的數(shù)據(jù)格式；具有豐富的約束摩擦特性功能，在Translational,Revolute,Hooks,Cylindrical,

11、Spherical,Universal等約束中可定義各種摩擦特性。1.4 后處理模塊(ADAMS/PostProcessor)MDI公司開(kāi)發(fā)的后處理模塊ADAMS/Postprocessor,用來(lái)處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，顯示仿真動(dòng)畫(huà)等。既可以在ADAMS/View環(huán)境中運(yùn)行，也可脫離該環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。后處理的操作界面如圖1.2所示。ADAMS/PostProcessor的主要特點(diǎn)是：采用快速高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)顯示，便于從可視化角度深入理解設(shè)計(jì)方案的有效性；使用樹(shù)狀搜索結(jié)構(gòu)，層次清晰，并可快速檢索對(duì)象；具有豐富的數(shù)據(jù)作圖，數(shù)據(jù)處理及文件輸出功能；具有靈活多變的窗口風(fēng)格，支持多窗口畫(huà)面分割顯示及多頁(yè)面存儲(chǔ)；多視

12、窗動(dòng)畫(huà)與曲線結(jié)果同步顯示，并可錄制成電影文件；具有完備的曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能：如均值，均方根，極值，斜率等；具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，能夠進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算反向，偏置，縮放，圖1.2ADAMS/PostProcessor界面編輯和生成Bode圖等；為光滑消隱的柔體動(dòng)畫(huà)提供了更優(yōu)的內(nèi)存管理模式；強(qiáng)化了曲線編輯工具欄功能；能支持模態(tài)形狀動(dòng)畫(huà)，模態(tài)形狀動(dòng)畫(huà)可記錄的標(biāo)準(zhǔn)圖形文件格式有：*gif,*.jpg,*.bmp,*.xpm,*.avi等；在日期，分析名稱，頁(yè)數(shù)等方面增加了圖表動(dòng)畫(huà)功能；可進(jìn)行幾何屬性的細(xì)節(jié)的動(dòng)態(tài)演示。ADAMS/PostProcessor的主要功能是為觀察模型的運(yùn)動(dòng)提供了所需的環(huán)境，用

13、戶可以向前，向后播放動(dòng)畫(huà)，隨時(shí)中斷播放動(dòng)畫(huà)，而且可以選擇最佳觀察視角，從而使用戶更容易地完成模型排錯(cuò)任務(wù)；為了驗(yàn)證ADAMS仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的有效性，可以輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，并測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖比較，還可對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)輸出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；用戶可以對(duì)多個(gè)模擬結(jié)果進(jìn)行圖解比較，選擇合理的設(shè)計(jì)方案；可以幫助用戶再現(xiàn)ADAMS中的仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以提高設(shè)計(jì)報(bào)告的質(zhì)量；可以改變圖表的形式，也可以添加標(biāo)題和注釋；可以載入實(shí)體動(dòng)畫(huà)，從而加強(qiáng)仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的表達(dá)效果；還可以實(shí)現(xiàn)在播放三維動(dòng)畫(huà)的同時(shí)，顯示曲線的數(shù)據(jù)位置，從而可以觀察運(yùn)動(dòng)與參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.5 控制模塊(ADAMS/Co

14、ntrols)ADAMS/Controls是ADAMS軟件包中的一個(gè)集成可選模塊。在ADAMS/Controls中，設(shè)計(jì)師既可以通過(guò)簡(jiǎn)單的繼電器，邏輯與非門，阻尼線圈等建立簡(jiǎn)單的控制機(jī)構(gòu)，也可利用通用控制系統(tǒng)軟件(如MATLAB,MATRIX,EASY5)建立的控制系統(tǒng)框圖，建立包括控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型。在仿真計(jì)算過(guò)程中，ADAMS采取兩種工作方式:其一，機(jī)械系統(tǒng)采用ADAMS解算器，控制系統(tǒng)采用控制軟件解算器，二者之間通過(guò)狀態(tài)方程進(jìn)行聯(lián)系；其二，利用控制軟件書(shū)寫(xiě)描述控制系統(tǒng)的控制框圖，然后將控制框圖提交給ADAMS,應(yīng)用ADAMS解算器進(jìn)行包括控制系統(tǒng)在內(nèi)的復(fù)

15、雜機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)的同步仿真計(jì)算。這樣的機(jī)械-控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真分析過(guò)程可以用于許多領(lǐng)域，例如汽車自動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS),主動(dòng)懸架，飛機(jī)起落架助動(dòng)器，衛(wèi)星姿態(tài)控制等。聯(lián)合仿真計(jì)算可以是線性的，也可以是非線性的。使用ADAMS/Controls的前提是需要ADAMS與控制系統(tǒng)軟件同時(shí)安裝在相同的工作平臺(tái)上。二.典型機(jī)器人虛擬實(shí)驗(yàn)1.2.0 串聯(lián)機(jī)器人在ADAM中用連桿模擬機(jī)械臂，對(duì)兩自由度的機(jī)械臂分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃。(1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析下面是建立模型并對(duì)模型進(jìn)行設(shè)置分析的詳細(xì)過(guò)程。啟動(dòng)ADAMS/View,在歡迎對(duì)話框中選擇新建模型，模型取名為Robot_arm,并

16、將單位設(shè)置為MMKS,然后單擊OK。打開(kāi)坐標(biāo)系窗口。按下F4鍵，或者單擊菜單【ViewCoordinateWindow后，打開(kāi)坐標(biāo)系窗口。當(dāng)鼠標(biāo)在圖形區(qū)移動(dòng)時(shí)，在坐標(biāo)窗口中顯示了當(dāng)前鼠標(biāo)所在位置的坐標(biāo)值。(3)創(chuàng)建機(jī)械臂關(guān)節(jié)1(連桿)。單擊連桿按鈕夕,勾選連桿的長(zhǎng)、寬、深選項(xiàng)，分別將其設(shè)置為300mm、40mm、10mm,如圖2,1所示。在圖形區(qū)單擊鼠標(biāo)左鍵，然后將連桿拖至水平位置時(shí)，在單擊鼠標(biāo)左鍵。(4)在連桿的右端打孔。在幾何建模工具欄單擊打孔按鈕,將半徑Radius設(shè)置為10mm,深度設(shè)置為10mm,如圖2,2所示。然后在圖形區(qū)模型附近單擊鼠標(biāo)左鍵，在與XY平面垂直的表面上單擊鼠標(biāo)左鍵。

17、然后修改孔的位置,在孔附近單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【HOLE_1一【Modify，在彈出的對(duì)話框中，將Center的坐標(biāo)值設(shè)置成(300,0.0,5.0),如圖2,3所示。(5)用(3)的方法在關(guān)節(jié)1右端孔中心處創(chuàng)建關(guān)節(jié)2,如圖2,4所示。然后再將關(guān)節(jié)2向內(nèi)側(cè)平移10mm。2.2孔設(shè)置關(guān)節(jié)模型(6)添加約束。在關(guān)節(jié)1的左端與大地之間添加轉(zhuǎn)動(dòng)副，在關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2結(jié)合處添加轉(zhuǎn)動(dòng)副。單擊工具欄中的旋轉(zhuǎn)副按鈕，并將創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副的選項(xiàng)設(shè)置為2Bod-1Loc和NormalGrid,然后在圖形區(qū)單擊關(guān)節(jié)1和大地，之后需要選擇一個(gè)作用點(diǎn)，將鼠標(biāo)移動(dòng)到關(guān)節(jié)1的Markerl處出現(xiàn)center信息時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵后就可

18、以創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)副的軸垂直于工作柵格。然后用同樣的方法創(chuàng)建關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2之間的旋轉(zhuǎn)副，如圖2.5所示。創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副(7)添加驅(qū)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)副1(Joint1)和運(yùn)動(dòng)副2(Joint2)上分別添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。單擊主工具欄的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)按鈕包，然后在選擇上面創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副1,然后在圖形區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中中選擇Modify,在編輯對(duì)話框中將驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置為40d*sin(time),如圖2.6所示。用同樣的方法在旋轉(zhuǎn)副2上創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并將驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置為15d*time*(-1)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)置(8)運(yùn)行仿真計(jì)算。單擊主工具欄的仿真計(jì)算按鈕，將仿真類型設(shè)置為Kinematic,仿真時(shí)間EndTime設(shè)置

19、為25,仿真步數(shù)Steps設(shè)置為500,然后單擊運(yùn)行按鈕進(jìn)行仿真計(jì)算。(9)繪制運(yùn)動(dòng)軌跡。單擊菜單【Review】一CreateTraceSpline,然后選擇關(guān)節(jié)2右端點(diǎn)Marker4,再選擇關(guān)節(jié)1與大地的較接點(diǎn)，鼠標(biāo)移動(dòng)到Jointl處,單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出對(duì)話框中選擇ground,單擊OK創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2.7所示。末端運(yùn)動(dòng)軌跡(10)結(jié)果后處理。按下鍵盤(pán)上的F8鍵，界面將從View模塊直接進(jìn)入到PostProcesS真塊，后處理,雋塊界面如圖2.8所示。后處理模塊界面在后處理模塊，通過(guò)菜單View一【LoadAnimation)可以載入動(dòng)畫(huà)。在仿真動(dòng)畫(huà)中可以播放兩種動(dòng)畫(huà)，一種是在時(shí)間

20、域內(nèi)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算動(dòng)畫(huà)；另一種是在頻率域內(nèi)的，播放通過(guò)現(xiàn)行化或者在震動(dòng)模塊中的計(jì)算模型的振型動(dòng)畫(huà)。單擊播放按鈕后開(kāi)始播放動(dòng)畫(huà)，如果在播放同時(shí)按下記錄按鈕©,在播放動(dòng)畫(huà)的同時(shí)也將動(dòng)畫(huà)保存到動(dòng)畫(huà)文件中，動(dòng)畫(huà)文件位于ADAMS的工作目錄下。在后處理模塊中，通過(guò)菜單【View】一【LoadPlot,通過(guò)選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，繪制出相應(yīng)的結(jié)果曲線。如果2.9、2.10所示，分別繪制出機(jī)械臂末端點(diǎn)的速度曲線和加速度曲線。(m(0/u1e).£?3q-*400.0200.0100000-1000-300.0-200030300.05.0Analysis:LastRun10,015

21、.0Time(sec)20,025.02009-C7'3016:41:41500.0400.0robot_am.MARKER_1ZTransiationaLVelocity.X.markerIZTranslatlonalVelacIfr.Y2.9機(jī)械臂末端速度曲線(FuaG/UJE)匚口虧五星動(dòng)力學(xué)分析創(chuàng)建機(jī)械臂模型。按照2.1.1節(jié)的(1)(6)步創(chuàng)建同樣的機(jī)械臂，并添加運(yùn)動(dòng)副約束。添加驅(qū)動(dòng)。與運(yùn)動(dòng)分析不同，動(dòng)力學(xué)分析添加的驅(qū)動(dòng)為單分量力矩。單擊工具欄上的單分量力矩選項(xiàng)0,將選項(xiàng)設(shè)置為SpaceFixedNormaltoGrid和Constant然后勾選Torque項(xiàng)并輸入4000,

22、然后在圖形區(qū)單擊關(guān)節(jié)1,再在其上單擊任何一點(diǎn)。用同樣的方法添加關(guān)節(jié)2的驅(qū)動(dòng)，并將其值設(shè)置為-100,如圖2.11所示。(3)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算仿真。單擊菜單【Simulate1一【IteractiveControls,打開(kāi)交互式仿真控制對(duì)話框，在對(duì)話框中將仿真時(shí)間EndTime設(shè)置為2,仿真步數(shù)Steps設(shè)置為500,仿真類型Type設(shè)置為Dynamic,單擊仿真計(jì)算按鈕，觀看仿真動(dòng)畫(huà)，模型將在重力和驅(qū)動(dòng)力矩作用下運(yùn)動(dòng)。(4)繪制運(yùn)動(dòng)軌跡。單擊菜單【Review】一CreateTraceSpline,然后選擇關(guān)節(jié)2右端點(diǎn)Marker4,再選擇關(guān)節(jié)1與大地的較接點(diǎn)，鼠標(biāo)移動(dòng)到Joint1處，單擊鼠標(biāo)右鍵

23、，在彈出對(duì)話框中選擇ground,單擊OK創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2.12所示。2.12機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)軌跡(5)結(jié)果后處理。在后處理模塊，通過(guò)菜單【View一LoadAnimation可以載入動(dòng)畫(huà)。單擊播放按鈕后開(kāi)始播放動(dòng)畫(huà)，在播放同時(shí)按下記錄按鈕©,將動(dòng)畫(huà)保存到動(dòng)畫(huà)文件中。在后處理模塊中，通過(guò)菜單View一【LoadPlot,通過(guò)選擇相應(yīng)的選項(xiàng),繪制出相應(yīng)的結(jié)果曲線。如果2.13、2.14所示，分別繪制出機(jī)械臂末端點(diǎn)的速度曲線和加速度曲線。Analysis:LastRunTime(sec)2009-07-3016;41412.13機(jī)械臂末端速度曲線軌跡規(guī)劃本例將建立在ADAMS/View

24、中用ControsTooMts建立控制系統(tǒng)，通過(guò)PID環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，控制對(duì)象是作用在每個(gè)關(guān)節(jié)單分量力矩，使機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)軌跡為圓。因?yàn)殛P(guān)節(jié)1的一端與大地(Ground)原點(diǎn)較接，因此將圓的方程設(shè)為(x-550)2+y2=502,用參數(shù)形式表示就是x=550+50*cos(t),y=50*sin(t),要使關(guān)節(jié)2的末端運(yùn)動(dòng)軌跡按指定的軌跡運(yùn)動(dòng)，這時(shí)需要通過(guò)軌跡方程計(jì)算出兩個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量，然后將這兩個(gè)關(guān)節(jié)變量作為控制系統(tǒng)模型的關(guān)節(jié)輸入。用MATLAB編程，計(jì)算兩關(guān)節(jié)變量，用到的函數(shù)是求解非線性方程組的函數(shù)fsolve,設(shè)91,2分別為關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2的角位移，l1,l2為兩關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度，非線性方程

25、組為'x=l1*cos(01)+12*cos(日2)y=l1*sin(01)+l2*sin(02)MATLAB程序計(jì)算代碼如下:globalx1y1%命令文件t=0:pi/200:2*pi；x=550+50*cos(t);y=50*sin(t);temp=0,0'forn=1:401x1=x(n)；y1=y(n);Q=fsolve('myfunfun',temp,optimset('Display','off);temp=Q;q1(n)=Q(1);q2(n)=Q(2);endfunctionq=myfunfun(p)%調(diào)用的函數(shù)文件glo

26、balx1y1qq1=p(1)；qq2=p(2)；q(1)=300*cos(qq1)+300*cos(qq1+qq2)-x1;q(2)=300*sin(qq1)+300*sin(qq1+qq2)-y1;計(jì)算完成后，矩陣q1里面保存的是關(guān)節(jié)1的角位移，矩陣q2里面保存的是關(guān)節(jié)2的角位移，然后再將這兩個(gè)關(guān)節(jié)變量以SPLINE的形式輸入到ADAMS中,作為模型的關(guān)節(jié)輸入。建立控制系統(tǒng)具體步驟如下：建立機(jī)械臂的模型，在兩個(gè)關(guān)節(jié)處分別添加單分量力矩，然后將數(shù)值設(shè)為00將MATLAB計(jì)算出的數(shù)據(jù)以Spline形式導(dǎo)入ADAMS。建立文本文檔保存在ADAMS工作目錄下，文檔中的存有兩列數(shù)據(jù)：第一列為時(shí)間，第

27、二歹!J為q1矩陣。單擊菜單【File】一【Import】一TestDatd后，選中CreateSplines,然后在FileToRead輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【Browse】在彈出的對(duì)話框中選擇相應(yīng)的文本文件，在IndependentColumnIndex中輸入1,表示默認(rèn)第一列為時(shí)間，然后單擊OK按鈕創(chuàng)建了SPLINE。如圖2.15所示。然后用同樣的方法導(dǎo)入關(guān)節(jié)2的數(shù)據(jù)。2.16導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件建立SPLINES建立控制系統(tǒng)的輸入環(huán)節(jié)。單擊菜單【Build一ControlsToolkit一(StandardControlBlockd后，彈出創(chuàng)建控制環(huán)節(jié)工具包，在其中單擊輸

28、入環(huán)節(jié)按鈕L,將Name輸入框中的名稱修改為.Control_PID.joint1_input,單擊function輸入框后的按鈕，彈出函數(shù)構(gòu)造器，在其函數(shù)下拉表中選Spline項(xiàng),然后單擊Assist按鈕，彈出函數(shù)輔助對(duì)話框，在FirstIndependentVariable中輸入1,然后在SplineName中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出快捷菜單中選擇【Spline一【Guesse*一SplineD,單擊OK按鈕，如圖2.16所示，然后單擊OK按鈕。SplineNameDerivativeOrderFirstIndependentVariableSecondIndependentVariableT

29、eKtParameterize.PIDcontrol:CreateFieldInfoSPLINE4XAki&aFittinglethodSPLINE1SPLINE_3Shortnames廣ACPickAssist.2.16建立輸入環(huán)節(jié)用同樣的方法再建立輸入環(huán)節(jié)，將名稱改為.Control_PID.joint1.angl,在彈出的函數(shù)構(gòu)造器中選擇Displacement項(xiàng)，然后在其下面的函數(shù)列表中，單擊Angleaboutz,單擊Assist按鈕，彈出函數(shù)輔助對(duì)話框，ToMaker輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在菜單中選擇【Marker】一【Pick】項(xiàng)，然后單擊與旋轉(zhuǎn)副相關(guān)聯(lián)的PART_2.M

30、ARKER_3,用同樣方法為FromMarker輸入框市區(qū)旋轉(zhuǎn)副相關(guān)聯(lián)的ground.MARKER_4,單擊OK按鈕。創(chuàng)建比較環(huán)節(jié)。單擊控制環(huán)節(jié)工具包中的比較環(huán)節(jié)按鈕Z,將Name輸入框中的名字改為.Control_PID.sum1,在Input1輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【controlsjnputl一【Guessed一(Joint1_input,在Input2輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【controls_input】一【Guesses一【Joint1_angl，其他選項(xiàng)默認(rèn)。用同樣的方法建立關(guān)節(jié)2的比較環(huán)節(jié).Control_PID.sum2。創(chuàng)建PID環(huán)

31、節(jié)。單擊控制環(huán)節(jié)工具包中的PID按鈕，在Input輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【controls_sunil一【Guesses一sum_1,在Input2輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，在如出的快捷菜單中選擇【controlsjnputl一【Guesses一【Joint1_angl，其他選項(xiàng)默認(rèn)，如圖2.17所示。用同作的方法建立關(guān)節(jié)2的PID控制樂(lè)節(jié)。Input:controls_gamDerivativeInput:control3_inputcontrolsjntegratorPGain:IGain:DGain:InitialConditioncontrols_lead_lagco

32、ntrols_low_passcontrols_pidcontrols_second_ordercontrals_sumcontrolsswitchPickBrowse.OKcontrolsJransferfunction卜TextParameterizeFieldInfo2.17創(chuàng)建PID環(huán)節(jié)將單分量力矩參數(shù)化。在圖形區(qū)雙擊單分量力矩的圖標(biāo)，在彈出的編輯對(duì)話框中，單擊Function輸入框后的函數(shù)構(gòu)造器按鈕，在GettingObjectData下拉菜單中選擇Measures,然后在輸入框中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【Runtme_Measur4-Guesses-pid_1,然后在單擊InsertOb

33、jectName按鈕，單"OK,如圖2.18所示。用同樣白法將關(guān)節(jié)2的單分量力矩與pid_2相關(guān)聯(lián)。GettingObjectDataMeasuresInsertObjectNamePlotPlotLimits.Verify2.18PID環(huán)節(jié)的輸出與單分量力矩相關(guān)聯(lián)PID控制環(huán)節(jié)的參數(shù)調(diào)節(jié)。單擊F8進(jìn)入后處理模塊中，在后處理模塊中將關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2的輸入角位移和輸出角位移進(jìn)行比較，然后修改PID環(huán)節(jié)的參數(shù)，直至兩條曲線重合為止，如圖2.19,2.20所示。.76.5.4,32jq000-00000LcooPIDecontrol1,02_D3,04.05JTime(sec)氏。7J關(guān)節(jié)1

34、的位移調(diào)節(jié)曲線PID_contrul00spline2Jnputangljoint2關(guān)節(jié)2的位移調(diào)節(jié)曲線(8)繪制運(yùn)動(dòng)軌跡。單擊菜單【Review】一CreateTraceSpline,然后選擇關(guān)節(jié)2右端點(diǎn)Marker4,再選擇關(guān)節(jié)1與大地的較接點(diǎn)，鼠標(biāo)移動(dòng)到Jointl處,單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出對(duì)話框中選擇ground,單擊OK創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2.21所示。2.21機(jī)械臂末端軌跡2.1.4基于ADAMS和MATLAB的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)控制現(xiàn)在以MATLAB作為外部控制程序，仍以2.1.3節(jié)中的軌跡規(guī)劃為例，來(lái)說(shuō)明ADAMS與MATLAB的聯(lián)合控制過(guò)程。詳細(xì)過(guò)程如下：建立機(jī)械臂模型。按照2.1.1節(jié)(

35、1)(7)建立模型，并添加相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副，然后在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副位置分別添加單分量力矩。創(chuàng)建輸入狀態(tài)變量。單擊菜單【Build一SystemElements一(StateVariable一【New】，彈出創(chuàng)建狀態(tài)變量對(duì)話框。將Name輸入框改成Torquel,單擊OK按鈕，如圖2.22所示。用同樣的方法創(chuàng)建輸入狀態(tài)變量TorqueZ創(chuàng)建輸入狀態(tài)變量(3)將狀態(tài)變量與模型相關(guān)聯(lián)。在圖形區(qū)雙擊力矩圖標(biāo)，打開(kāi)對(duì)話框如圖2.23所示，在Function中輸入VARVAL(Torque1),單擊OK按鈕后將狀態(tài)變量Torque1與單分量力矩關(guān)聯(lián)起來(lái)，同樣將另一個(gè)單分量力矩與狀態(tài)變量關(guān)聯(lián)起來(lái)。狀態(tài)變量與模型關(guān)聯(lián)(

36、4)創(chuàng)建輸出狀態(tài)變量。單擊菜單【Build】一SystemElements一(StateVariable一New,彈出創(chuàng)建狀態(tài)變量對(duì)話框，如圖2.24所示。將Name輸入框修改成spline1,然后用上節(jié)提到的方法將該狀態(tài)變量與SPLINE1關(guān)聯(lián)，單擊OK。然后再建立狀態(tài)變量angle1,然后在F(time尸輸入框中輸入表達(dá)式AZ(MARKER_1,MARKER_6),單擊OK。用同樣的方法倉(cāng)U建狀態(tài)變量spline2和angle2CreateStateVariable.*X創(chuàng)建輸出狀態(tài)變量(5)指定狀態(tài)變量為輸入輸出變量。單擊菜單【Build】一ControlsToolkit一(PlantInput!/PlantOutput1后彈出相應(yīng)的對(duì)話框，如圖2.25所示，然后添加相應(yīng)的輸入輸出變量即可完成定義。分別將Torque1、Torq