两自由度并联机械手运动仿真

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2012-8-7 11:36 上传

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摘  要：本文采用虚拟样机仿真软件MSC.ADAMS对两自由度并联机械手样机模型进行运动学分析，仿真过程中通过预估末端件的运动规律，然后依据运动仿真结果方便地求得主动件的运动输入曲线。

关键词：并联机械手   虚拟样机   运动仿真

Keywords: Parallel robot;  Virtual prototype;  Kinematic simulation

Abstract:  In this paper the kinematics analysis of a 2-DOF high-speed parallel robot was discussed on the basis of MSC.ADAMS-the software about the mechanical simulation. Given the kinematics trace of the moving platform, it is easy to determine the revolute angle of the drive arms by means of the kinematic simulation.

1 机构简介

如图1所示，二自由度高速并联机械手主要由两条运动链和动平台组成，每条运动链包含两个平行四边形，其中一个由主动臂和副主动臂构成，另一个由两条从动臂构成。两个平行四边形之间通过刚性肘关节连接，该结构使得动平台始终保持与机架呈固定姿态。整个结构通过动平台与机架连接，当机构在平面内运动时，主动臂末端连接的伺服电机驱动两条运动链共同作用于动平台完成操作；当机构需要在与运动平面正交的纵方向运动时，则通过伺服电机驱动丝杠带动静平台，进而带动整个机构完成进给运动。动平台末端可以根据生产中的实际需要来安装不同形式的手爪。
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手爪

动平台

从动臂

副主动臂

主动臂

图1  2-DOF平动全铰接并联机械手

2 二自由度并联机械手虚拟样机

MSC.ADAMS软件支持众多CAD软件的输出格式，这里我们采用实体造型软件Solidworks构建复杂机械样机模型，将模型保存为Parasolid格式以输出到MSC.ADAMS/View环境下。

将整个装配输入到MSC.ADAMS/View工作环境下，系统构件的几何尺寸、质量信息、装配位置关系以及色彩信息得以保存，用户需要在样机模型中，根据部件间的装配关系施加约束。

MSC.ADAMS/View工作环境下，二自由度并联机械手虚拟样机如图2所示。

3 运动仿真

3.1 轨迹规划

如图3所示，一个完整的抓取动作可分解为几条直线轨迹段完成：(1)手爪从参考位置水平移动至目标位置正上方；（2）下落至目标位置；（3）抓取操作对象，然后提升超过障碍高度至点；(4)平移至点；(5)下降并将物体放置到目标点；（6）手抓抬起到位置；（7）沿水平方向返回至参考位置。对于每一轨迹段，设定手爪的运动规律为静止加速 减速静止，这要求动平台的速度和加速度在轨迹段的起点和终点处为零，且位移运动规律关于时间的一、二阶导数连续，三阶导数有限。MSC.ADAMS提供的step5函数满足上述要求。

计划完成一个动作需要1秒的时间，工作空间为600x100，在动平台施加x，y方向运动约束，分别写出运动函数。x方向位移函数step5(time,0,0,0.2,300)+step5(time,0.3,0,0.7,-600)+step5(time,0.8,0,1.0,300)，y方向位移函数step5(time,0.2,0,0.25,-100)+step5(time,0.25,0,0.3,100)+step5(time,0.7,0,0.75,-100)+step5(time,0.75,0,0.8,100)。完成运动函数的建立，接下来进行一次运动仿真。设定仿真时间1秒，输出步数100步，即可执行一次仿真。将仿真结果保存为simulation1，用于下文中仿真结果的比较。

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仿真结束后，打开后处理模块可以绘制各个构件的仿真运动曲线。动平台x，y方向的位移曲线如图4所示。

图3  动平台运动轨迹

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