基于ADAMS的机器人动力学仿真研究

北京邮电大学硕士学位论文基于ADAMS的机器人动力学仿真研究姓名：方琛玮申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：刘晓平20090214基于ADAMS的机器人动力学仿真研究作者：方琛玮学位授予单位：北京邮电大学相似文献(10条)1.学位论文李志豪四足步行机器人的步态研究与动力学仿真2009四足步行机器人有很强的环境适应性和运动灵活性，并且应用范围不断扩大。因此，对四足机器人的研究已成为机器人研究领域的重要课题。本文尝试设计了一种四足步行机器人，并完成了机械结构的初步设计，建立了实体模型。应用虚拟样机技术对四足步行机器人进行了整体动态仿真试验和分析。首先，对四足步行机器人进行了初步的机械结构设计，对控制系统与方案，以及驱动方式、检测传感器做了初步选择。然后，通过对各种步态详细的分析和讨论，得出了稳定行走的最佳步态。根据初始参数以及在虚拟样机中加载的模拟的驱动函数，得出了足底的轨迹曲线方程；为了得到稳定、易于控制的机器人系统，研究和分析了四足机器人的静态稳定性，并给出了系统稳定性的判断方法。运用三维实体设计软件SolidWorks建立了四足步行机器入的几何模型，并导入ADAMS平台。在ADAMS软件平台，建立了四足步行机器人的虚拟样机模型。并对所建立的虚拟样机模型进行验证调试，实现了虚拟样机模型的动态仿真，得到该结构下实时的各支撑足部的与地面的接触力和驱动缸体机构导杆所提供的驱动力数据。通过对四足步行机器人动态仿真参数的研究，为四足步行机器人的设计与制作提供了数据支撑，同时也证明了设计结构的有效性与可行性。2.期刊论文陈鹿民.张存鹰.谢烽.CHENLu-min.ZHANGCun-ying.XIEFeng六足机器人全局运动动力学仿真-郑州轻工业学院学报（自然科学版）2008,23(1)为改进所研制的六足步行机器人的机构和控制等设计,提高其步行运动的稳定性和精度,首先进行步态规划和求解各关节运动;其次将三维实体模型导入Adams软件,应用力约束建立腿与地面的动态接触碰撞模型,形成机器人的动力学全局仿真模型;然后采用HHT积分方法进行动力学仿真,时比研究了步行机器人做匀速运动和加速运动时地面对腿的冲击以及电机驱动力矩和关节约束力矩的变化情况.结果表明:采用不同的运动步态对动态性能影响较大,可以有效地改善运动稳定性.该方法对腿足式机器人设计及动态性能研究具有重要的指导意义.3.期刊论文蓝培钦.言勇华码垛机器人的动力学仿真及控制研究-机械设计与制造2010,(7)动力学是高速码垛机器人设计过程中必须考虑的问题,但要建立机器人精确的动力学模型比较困难.通过UG建立机器人实体模型,并将其导入ADAMS,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用SIMULINK建立控制框图,通过两者的结合进行机器人控制系统仿真.机器人控制算法采用基于CMAC与PID的复合控制,仿真结果表明该复合控制算法可有效地用于机器人实时控制.与传统PID控制算法相比较,机器人的响应速度、控制精度,鲁棒性等动态特性得到了明显的提高.4.会议论文陈鹿民.张存鹰.陈晓雷六足机器人全局运动的动力学仿真2006为改进所研制的六足步行机器人的机构和控制等设计,提高其步行运动的稳定性和精度,首先进行步态规划和求解各关节运动;其次将三维实体模型导入Adams软件,建立运动约束,应用力约束建立腿与地面的动态接触碰撞模型,形成六足步行机器人的动力学全局仿真模型;然后采用HHT积分方法对规划的步行过程进行动力学仿真,对此研究了步行机本体做匀速运动和加速运动时地面对腿的冲击以及电机驱动力矩和关节约束力矩的变化情况,结果表明采用不同的运动步态对动态性能影响较大.本文方法对腿足式机器人设计及动态性能研究具有重要的指导意义.5.学位论文郭春钊基于鱼体肌肉模型的虚拟仿鱼机器人优化设计与仿真研究2007仿鱼机器人是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，从而实现高效的水下运动的一种机械装置。与传统螺旋桨推进器相比，具有高效率、高机动性和低噪音等优点，故而成为近年来机器人研究的热点。然而，传统的仿鱼机器人研究主要采用的是自下而上的研究模式，各相关学科之间未能形成很好的交叉和互动。针对这一问题，本文尝试一种由上而下的仿鱼机器人研究模式。在对鱼类的游动机理进行深入探索的基础上，借鉴鱼类在功能、结构以及游动机理等方面给我们的启发，在ADAMS环境中设计并构建了一条在结构和功能上能够逼真地模拟真实鱼类游动的虚拟仿鱼机器人，并利用该虚拟仿鱼机器人进行了运动学、动力学仿真及优化设计等虚拟实验，为深入开展仿鱼机器人研究打下了很好的基础，也为实现各相关学科之间的交叉与互动提供了一个研究平台。本文首先对国内外仿鱼机器人研究和发展现状进行了回顾和总结。接着，从真实鱼类的结构和功能入手，在对其进行分析和综合的基础上，得到了进行仿鱼机器人设计时应遵循的一些基本原则。为了构建模拟真实鱼类游动的虚拟仿鱼机器人，本文对仿鱼机器人的运动学模型进行了深入研究，提出了一种基于序列图像的鱼游运动机理分析方法，并运用该方法对鱼游的运动机理进行了分析，探讨了相关的运动学建模问题。该方法首先利用鱼体游动时相对于背景的运动，通过图像差分等运算剔除不需要的背景、得到鱼体的轮廓，然后利用能量函数自动抽取鱼体的体干曲线。在此基础上，利用样条函数对抽取出来的体干曲线进行拟合运算以研究鱼体游动时体干曲线的变化，得到了鱼体运动的相关基础数据和各种运动学参数。相比于传统方法，本文所提出的方法无需对实验环境和对象加以限制，可以自动、有效和准确地获取用于鱼体运动学建模的相关信息，避免了各种人为的测量误差。利用上述方法，以中华鲟为实验对象对样本鱼的稳态游动、C型起动、S型起动、转弯、浮沉、直线加速及制动等动作进行了分析，并据此构建了由该类鱼的各运动学模型组成的亚鯵科鱼游运动基础动作库，为解决仿鱼机器人的运动学建模和控制问题奠定了理论基础。为了从结构和功能上实现更接近于真实鱼类的仿鱼机器人，本文对鱼类的构造和驱动方式进行了深入研究。结合鱼类生理学方面的研究成果，提炼出了鱼类骨骼肌肉的机械模型和肌肉驱动的原理和准则。相关成果对于在未来设计应力更强、应变更大、效率更高的新型驱动器驱动器具有指导意义。此外，本文还对鱼游运动基础动作库进行了动力学建模，从而使虚拟仿鱼机器人具备了进行诸如导航、运动控制和路径规划等虚拟实验的能力。在上述成果的基础上，本文在ADAMS环境中构建了一条可以逼真地模拟真实鱼类的虚拟仿鱼机器人。该虚拟仿鱼机器人以鱼类肌肉模型为驱动器，具有和实验用的真鱼一样的物理参数和运动学参数，可以像真鱼一样运动。利用该虚拟仿鱼机器人，本文还对亚鲹科鱼游运动基础动作库中的各主要动作进行了运动学和动力学仿真。仿真结果表明，所建立的鱼游运动基础动作的数学模型能够准确地描述相应的动作，可以被用于仿鱼机器人的运动控制环节。此外，仿真结果还验证了我们所设计虚拟仿鱼机器人在结构和功能方面所表现出来的准确性、合理性和有效性，它可以模拟真实鱼类，产生平滑的鱼体推进波从而保证优越的流体动力学性能。本文还讨论了基于虚拟仿鱼机器人的相关的优化设计问题，得到了在常用的几种关节数情况下各关节长度的最优比例。这个结果可以用于指导实际仿鱼机器人的设计。6.期刊论文马永辉.牛志刚.MAYong-hui.NIUZhi-gang基于ADAMS的驾驶机器人离合机械腿的动力学仿真-机械管理开发2009,24(3)通过ADAMS对驾驶机器人离合机械腿在汽车起步时的动力学仿真,测量出其中关键约束所受的力和离合踏板的速度变化,可为机构设计提供数据和结构方面的参考.7.学位论文胡厦六足步行机器人直行关键技术研究2008双足或多足交替行走的方式之所以被所有的生物采纳，是因为它具有明显的优势，那就是对自然环境高度的适应能力，以及灵活的自我操控能力。足类行走是否有开发的价值，它的优势有多大，如何用不太复杂的控制系统实现足类机器人强大的越障能力和快速移动一直是我们关心的问题。本研究中的机器人，采用了仿哺乳类的直立腿部结构，腿部共有12个自由度。直立的腿结构使得机器人的机构更加紧凑，跨越能力也相应增强。在研究的初期，我们关注这种仿生哺乳结构的直行能力。本论文针对这种特殊腿部结构设计了六足的行走方式，并通过动力学仿真验证了运动的可行性。最终完成了六足步行机器人的样机制作。该机器人可作为今后开展进一步深入研究时的参考模型和实验对象。本论文共分为六章。第一章为绪论，综合论述六足机器人的发展概况，应用前景，目前的研究状况，本研究的目的和任务等。第二章，建立了机器人简单的步态模型，从理论上推导了机器人直行时的运动学公式，并通过电机的运动曲线介绍了电机运动的特性和设计方法。第三章，在ADAMS动力学仿真软件中建立机器人模型，通过仿真结果验证运动学模型并优化机器人的结构参数。第四章，重点介绍了六足步行机器人样机的制作过程，包括机械设计、总体控制策略设计、电路设计及软件设计四部分。最后测试并分析了机器人直行的试验结果。第五章，总结了本论文研究的内容，并对课题中需要进一步研究、完善的重点进行了一定的探讨、分析和展望。8.学位论文吴小锋林业修剪机器人运动学、动力学仿真2007随着我国园林绿化面积的不断扩大，绿篱及景观树木的修剪成为一项既繁重又费时的工作，用自动化机械设备代替人力来完成林业工作是未来的一个必然趋势。南京林业大学引进高层次人才和高层次留学回国人员科研基金项目“林业修剪机器人系统研究”就是针对修剪绿篱和草坪提出的，希望开发研制出一种机器人能代替人工自主进行绿篱和草坪的修剪。本文在分析前人研究的基础上，机器人执行机构采用四自由度的机械臂结构。建立四自由度机器人简化模型，利用D-H法建立机器人各关节坐标系，并求得机器人运动学方程和雅可比矩阵，针对作业对象和要求，在机器人末端实现直线和圆弧轨迹两种工况下，运用几何法分别求得其运动学逆解，为运动学仿真做了必要的准备。由于作业空间对于该机器人的设计很重要，本论文采用蒙特卡罗概率算法对机器人机械臂作业空间进行了求解，在MATLAB中输出机器人的作业空间图，结合实际作业目标，来确定机器人机械臂参数，如果作业空间不满足要求，则重新设计机械臂长度参数，直至最终满足要求。对于机器人模型的建立，本论文采用了用具有强大功能的三维设计软件ProEngieer建立该机器人的三维模型，通过Pro/E与ADAMS之间无缝接口软件MECHANISM/Pro，把三维模型导入ADAMS中。对于ADAMS中机器人模型各关节的驱动，本论文先是通过在MATLAB/SIMULINK中构建机器人运动学和逆运动学程序模块，得到机器人各个关节角随时间的变化曲线，然后把曲线导入ADAMS中用样条曲线来拟合，最后在ADAMS中用样条函数来作为机器人各关节的驱动函数进行运动学和动力学仿真。通过仿真可以清楚地看到机械臂运动情况，利用ADAMS强大的测量功能可以测得机器人运动的一系列运动特性参数，例如关节角位移、角速度、角加速度、驱动力矩的大小，从而可以确定机械臂各关节上所用电机的参数。运用拉格朗日法求解出了机器人机械臂各关节理论驱动力矩，通过与ADAMS仿真过程中测量得到的驱动力矩相比较，从来确定了该机器人动力学方程的正确性。本论文研究为机器人的下一步研究奠定了一定的基础，完成了林业修剪机器人的前期开发工作。9.期刊论文吕岗.王富东.LUGang.WANGFu-dong关节式教学机器人的动力学仿真-苏州丝绸工学院学报2000,(3)本文对关节式教学机器人分别在矩形运动规律和梯形运动规律下的动力学特性进行了仿真研究.通过仿真结果的对比和理论分析,对机器人的工作特性做了评价并提出了改进结构设计的措施.10.学位论文古丰源高压线路巡检机器人设计2007高压线路巡检机器人是机器人研究领域的前沿课题之一，是一种具有广阔应用前景的特种机器人。该巡检机器人可以实现取代人力进行线路维护，不仅可以减轻巡线作业的强度，降低费用，也可以提高巡检作业的质量和管理技术水平，更保证了工作人员的安全。本文结