機器人動力學仿真

按照運動學仿真的類似步驟為機器人添加材料、運動副和關節驅動，給機器人手腕末端施加50N最大負載，仿真模型如圖5-17。

圖5-17 機器人樣機動力學模型

5.5.1 典型工況下的路徑規劃

如圖5-18為機器人搬運物體的路徑規劃，由于腕轉關節、腕擺關節和手轉關節處于機器人手臂末端，關節所受的扭矩較小，同時為了降低求解難度，因此仿真時只設置了腰部回轉關節、肩關節和肘關節。在1秒內肩關節和肘關節同時旋轉90度，此時達到肩部關節的極限位置，之后腰部回轉關節轉過90度，最后各個關節相繼復位。

圖5-18 典型工況下的路徑規劃

根據機器人作業任務的路徑規劃，各關節的驅動函數為：

J1：STEP( time , 1 , 0 , 1.6 , -90d )+STEP( time , 3.4 , 0 , 4 , 90d )

J2：STEP( time , 0 , 0 , 1 , -90d )+STEP( time , 2 , 0 , 3 , 90d )

J3：STEP( time , 0 , 0 , 1 , 90d )+STEP( time , 2 , 0 , 3 , -90d )

J4：0.0d * time

J5：0.0d * time

J6：0.0d * time

   函數的意思為關節1在1到1.6秒逆轉90度，在3.4到4秒正轉90度；關節2在0到1秒逆向轉動90度，在2到3秒正向轉動90度；關節3在0到1秒逆向轉動90度，在2到3秒正向轉動90度；其他關節保持不動。

設置仿真的時間為4000毫秒，仿真的步數為500步，點擊啟動符號啟動仿真。

5.5.2 動力學仿真曲線圖

如圖5-19和5-20，各個曲線變化過程中沒有出現斷點，說明本機器人結構總體的布局合理，機器人在工作過程中各關節能按照運動規劃要求平穩運行。

圖5-19 J1、J2、J3角位移曲線

(a)J1的角速度和角加速度曲線

(b)J2的角速度和角加速度曲線

(c)J3的角速度和角加速度曲線

圖5-20 關節角速度與角加速度

5.5.3 關節扭矩曲線圖

如圖5-21，肩關節與肘關節處于同一豎直線上，兩關節扭矩的值大小相等。在0到1秒之間，小臂和大臂逐漸展成水平狀態，當完成展成水平狀態時，肩關節扭矩達到最大值，同時腰部回轉關節啟動慣性力矩也達到最大值，在運動過程中，小臂全程處于水平狀態下，理論上來說肘部關節扭矩應保持不變，但由圖中曲線可以看出，肘部關節扭矩有較大波動，此外，肩關節扭矩在1到2秒和3到4秒也有較大波動，原因是機器人是一種存在復雜耦合關系的機械系統，各個關節的運動會對其他關節的運動造成一定的影響。

（a）關節J1的扭矩變化圖

(b)關節J2的扭矩變化圖

(c)關節J3的扭矩變化圖

圖5-21 關節扭矩圖

機械臂admas建模

工況下末端的路徑規劃

J1、J2、J3角位移曲線 J1、J2、J3角速度曲線

J1、J2、J3角加速度曲線關節J1的扭矩變化圖關節J2的扭矩變化圖關節J3的扭矩變化圖

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