第８期

李金恒等：基于ＡＤＡＭＳ的机械手臂运动仿真分析

・２０９・

３．２机械手臂的动态仿真

在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ中通过运动学的仿真可以对前

面建立的方程进行研究和分析。ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ可以进

行机电一体化的系统仿真分析，联合运动控制程序对

机器人手臂进行贴近实际的理论仿真。在设计阶段先

对各个关节赋予变化的驱动，模拟实际的运动控制情

况，分析手臂的运动情况。

对机械手臂的上臂摆动关节、上臂摆动关节和手

腕摆动关节施加相应的驱动来模拟实际复杂的运动。

而腰关节的回转运动和手爪的自转运动较少与其他关

节联合作业，均把驱动函数设置为０。一在手爪上的标

记点建立ｘ和ｙ方向的位移测量，输出位移变化曲

线；相应地对参与运动仿真的关节变量０：、０，和０。

建立角度（Ａｎｇｌｅ）测量，输出角度变化曲线。运动

仿真后获得的曲线如图７所示。

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Ａｎｇｌｅ—．Ｓｅｃｏｎｄ

２－Ａｎｇｌｅ—．Ｔｈｒｅｅ

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图７机械手臂中手爪卜．标记点的位

移与各个关节变量０。的关系

图７上的横坐标为仿真的时间（Ｓ），左纵坐标

表示角度，右坐标表示位移。Ａｎｇｌｅ—Ｓｅｃｏｎｄ、Ａｎｄｅ—

Ｔｈｒｅｅ、Ａｎｄｅ—Ｆｏｕｒ分别表示的吼、０，和以角度变量

值；Ｘ和ｙ表示标记点相对基座系的ｘ坐标值和ｙ坐

标值。图７把仿真测鼍的角度变量曲线和位移曲线合

并在一起，容易对角度与位移的关系进行研究。

在图７中，选择仿真过程中的任意时刻，对各关

节主变量进行取值，即可代入上面的运动方程（１）中

计算出标记点的位移。将仿真结果与计算所得手爪标

记点的位移进行比较即可验证上面所建立的运动方程；

同样，通过手爪标记点的位移取值，即可通过式（２）一

（６）计算出各关节变量值。将仿真结果与计算所得各关

节变量值进行比较即可验证所建立的运动方程。

此外，通过ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ的仿真，能实现对机

械手臂的控制系统进行编程指导，而且可以对运动控

制系统的正确性和误差进行验证和调试，降低控制系

统的设计难度和缩短开发周期。

４结束语

利用Ｐｒｏ／Ｅ软件强大的三维建模能力对机械手臂

进行了模型的建立，并通过插件Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ／Ｐｒｏ对模

型进行刚体定义，把模型导入ＡＤＡＭＳ进行后续的约

束和驱动添加，从而获得机械手臂的虚拟样机。同时

还建立了机械手臂的连杆坐标系和运动方程，并对虚

拟样机进行工作域的仿真，对关节进行模拟实际作业

情况的驱动，观察其运动曲线，对理论运动方程进行

校验，为机械手臂运动控制的正确性和误差的验证与

调试提供了依据。

参考文献：

【１】王殿君，刘淑晶，赵化启．机械手可达空间的仿真技术研

究［Ｊ］．机床与液压，２００６，３４（２）：２０５—２１０．

【２】刘极峰，易际明．机器人技术基础［Ｍ］．北京：高等教育

出版社，２００６．

【３】Ｔｈｏｍａｓ

Ｇ

Ｓｕｇａｒ，Ｖｉｊａｙ

Ｋｕｍａｒ．Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆ

Ｃｏｏｒｐｅｒａｔｉｎｇ

Ｍｏ－

ｂｉｌｅ

Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ

ｏｎ

Ｒｏｂｏｔｉｃｓａｎｄ

Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２００２，８（１）：９４—１０３．

【４】Ｃｈｕｎｙａｎ

Ｇａｏ，Ｍｉｎ醇ｕ

Ｚｈａｎｇ，ＬｉｎｇｙｕＳｕｎ．ＭｏｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇ

ａｎｄ

ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌ

ｆｏｒＭｏｂｉｌｅ

Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ［Ｃ］／／

ＩＥＥＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｏｎ

Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｒｏｂｏｔｉｃｓａｎｄ

Ｖｉ－

ｓｉｏｎ．２００６．１２：１—６．

【５】Ｊｉｎｄｏｎｇ

Ｔａｎ，Ｎｉｎｇ

Ｘｉ．Ｕｎｍｅｄ

ｍｏｄｅｌａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｐｌａｎｎｉｎｇ

ａｎｄ

ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｏｂｉｌｅ

ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ—

ａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｏｎ

ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２００１．３：３１４５

—３１５２．

【６】Ｒ６ｍｉ

Ｒｉｃａｒｄ，Ｃｌｅｍｅｎｔ

ＭＧｏｓｓｅｌｉｎ．ＯｎｔｈｅＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆ

ｔｈｅ

Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ

ｏｆ

Ｃｏｍｐｌｅｘ

Ｐｌａｎａｒ

Ｒｏｂｏｔｉｃ

Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ

［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｄｅｓｉｇｎ，１９９８，１２０：２６９—２７９．

【７】毕诸明．机器人姿态空间的分析与综合［Ｊ］．机械科学

与技术，１９９６，１５（１）：１１—１６．

（上接第１６４页）

ｔ／ｍｓ

（ａ）压印行程为３ｒａｍ时油

缸活塞杆位移曲线

ｌ

０

Ｉ－ｌ

蠢‘２

趔。３

—４

．５

ｔ／ｍｓ

（ｂ）冲压行程为４ｍｍ时油

缸活塞杆位移曲线

图６油缸活塞杆位移曲线

采用了高速开关阀控制液压油缸的换向和速度，

并通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ实现了与上位机的快速通讯。

参考文献：

【１】矢野敏之，李剑波，张玉梅．瑞萨Ｍ１６Ｃ／６２Ｐ单片机原理

和应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００６．

【２】侯维岩，费敏锐．ＰＲＯＦＩＢＵＳ协议分析和系统应用［Ｍ］．

北京：清华大学出版社，２００６．９．

【３】郑小倩，黄明琪．ＰＲＯＦＩＢＵＳ．ＤＰ主站和从站通讯的设计

与实现［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２３（１）：４８—５０．

【４】田静．高速开关阀ＰＷＭ控制电路的开发［Ｊ］．中国民航

学院学报，２００３，２１（６）：２６—３０．

【５】孙如军．数控液压伺服系统组成及工作原理［Ｊ］．机床

与液压，２００７，３５（８）：４１—４３．

万方数据