基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真

1、第3期(总第166期)2011年6月机械工程与自动化MECHANICALENGINEERINGAUTOMATIONNo.3Jun.文章编号:1672-6413(2011)03-0029-03基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真周学院，广西钦州535000)1123斌，王效岳，张忠奎，颜世周(1.山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049;2.潍坊科技学院，山东寿光262700;3.钦州摘要:为了方便、准确地对所设计的复杂机械手进行运动仿真分析，利用UG软件强大的建模功能对六自由度机械手进行三维实体建模，然后通过UG和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS，根据实际设计要求

2、添加相关约束，在此基础上进行运动仿真，研究机械手各机构关节的运动，测量各个关节的角位移、速度和加速度的变化情况，通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试，以便及时发现设计中存在的问题并进行改正。关键词:UG;ADAMS;六自由度机械手;联合仿真中图分类号:TP241文献标识码:A0引言采用虚拟样机技术对机械手进行运动学仿真，可机械手各零部件的二维图纸，利用UG提供的实体建模、草图模块以及拉伸、旋转、扫描等特征实现机械手各零部件的三维实体设计，最后将设计的各零部件模型进行装配。本文所研究的LG6R型六自由度机械手由Part2Part8七部分零件构成，Par

3、t1为大地。将绘制完成的零件采用从下向上的装配顺序进行装配，其装配效果图如图1所示。以形象地观察到机械手的运动轨迹，进而对机械手的性能进行分析，在现代机械结构设计中，不再局限于简单的静态的平面设计，而是越来越重视三维实体设计和动态分析1。利用虚拟样机技术，在概念设计阶段，可对产品进行虚拟性能测试，达到提高设计性能、降低设计成本、减少产品开发时间的目的。本文利用UG软件强大的建模功能对所设计的LG6R型六自由度机械手进行三维实体建模，然后通过UG和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS，根据实际设计要求添加相关约束，在此基础上进行运动仿真，研究机械手各机构关节的运动，测量各个关节的

4、角位移、角速度和角加速度的变化情况，通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势确定设计中存在的问题，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试。11.1六自由度机械手的三维实体建模利用UG建立三维实体模型所设计的复杂机械手不同零部件间存在几何约束和物理约束，建模之前首先分析零部件，确定主要的设计参数、设计基准和设计约束;进而依据所设计的收稿日期:2011-02-18图1UG环境下LG6R型机械手装配模型1.2三维模型的导入将UG环境下的机械手模型以ADAMS能较好识别的Parasolid格式导出。三维模型导入ADAMS的具)，作者简介:周斌(1985-男，山东济宁人，在读硕士研究生，主要研究方向:机

5、电控制与自动化。·30·体步骤如下:机械工程与自动化2011年第3期各旋转副相对应的运动方程如下:(1)MOTION1:STEP(time，0，0d，1，60d)60d);(2)MOTION2:STEP(time，1，0d，2，15d)15d)+STEP(time，5，0d，6，15d);(3)MOTION3:STEP(time，1，0d，2，45d)45d)+STEP(time，3，0d，4，+STEP(time，3，0d，4，+STEP(time，4，d，5，(1)在UG中选择下拉菜单文件导出命令，选择Parasolid格式，点击后出现导出对话框，然后选择整个要输出的图

6、形，点击确定另存为*.xmt_txt的文件格式。(2)启动ADAMS软件，新建一个模型，名为arm，点击确定，进入工作窗口。执行FileImport，在出现的导入窗口中，FileType为默认选项，在FileToRead中选择上步中UG导出的文件，点击OK，即将刚才从UG中输出的模型成功导入ADAMS中。ADAMS环境下机械手的仿真模型见图2。40d)+STEP(time，5，0d，6，45d);(4)MOTION4:STEP(time，1，0d，2，40d)+STEP(time，3，0d，4，+STEP(time，5，0d，6，40d);(5)MOTION5:STEP(time，1，0d，2

7、，40d)+STEP(time，3，0d，4，45d)+STEP(time，5，0d，6，45d);(6)MOTION6:STEP(time，0，0d，1，20d)+STEP(time，2，0d，3，20d)+STEP(time，6，0d，7，20d);图2ADAMS环境下机械手的仿真模型2ADAMS运动仿真机械手在运动过程中要尽量平滑、平稳，否则会使机械部件的磨损加剧，并导致机器手的振动和冲击，因此在仿真过程中要测量各个关节的角位移、角速度和角加速度的变化情况。本文针对目前实验室设计的机械手的设计要求和工作要求进行产品虚拟性能测试，以便及时发现问题并进行改正。将模型各零部件导入ADAMS软件

8、中后，各构件之间还没有任何约束，因此须添加约束和驱动，将零部件“装配”成整体。ADAMS/View提供了3种类型的约束:运动副约束、基本约束和运动约束。本机械手两两相邻的构件构成的6个关节都是转动关节，均定义为旋转副，底座与大地之间定义为固定副，如图3所示。然后再为每个旋转副分别定义驱动(Motion)，如图4所示。使用MathFunction中的step函数可实现运动的x0，h0，x1，分段控制，step函数的表达式为:STEP(x，h1)。x为自变量，其中，可以是时间或自定义的变量;x0为自变量的初始值;h0为对应x0的变量值，变量值如果是角度，在值的后面加d表示单位度;x1为自变量的终值

9、;h1为对应x1的变量值。图4为机械手添加驱动约束图3为机械手添加运动副约束至此建立起了六自由度机械手在ADAMS环境下的完整仿真模型，然后进行15s、800步的仿真，如图5所示。在此我们提取了各个关节的角位移变化规律、角速度变化规律和角加速度变化规律，分别如图6、图7和图8所示。2011年第3期周斌，等:基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真·31·将机械手各部件在ADAMS软件中的仿真结果输出，通过观察各运动曲线，可知机械手运行轨迹光滑，速度和加速度平稳。计的LG6R型六自由度机械手正确、合理。图7图5添加约束后的仿真模型各关节的角速度变化曲线图6各关节的角位移变化曲

10、线参考文献:图8各关节的角加速度变化曲线3结论本文针对所设计的LG6R型六自由度机械手，1刘丽凤.基于UG和ADAMS的六自由度机械手三维实J机电技术，2010(1):45-47.体动画仿真2田凤霞，ANSYS和ADAMS司景萍，万方军，等.基于UG、J公路与汽运，2010(1):4-6.的联合仿真研究3蔡自兴.机器人学M北京:清华大学出版社，2000.4李军，M北京:邢俊文，覃文洁，等.ADAMS实例教程2002.北京理工大学出版社，利用UG和ADAMS软件的联合优势，对六自由度机械手的三维实体模型进行了运动仿真。通过仿真动画可直观地观察到机械手的运动轨迹，为进一步研究机械手的动、静态特性提

11、供了条件。通过观察各个关节的角位移、角速度和角加速度变化规律，验证了所设3DSolidSimulationofRoboticArmBasedonUGandADAMSZHOUBin1，WANGXiao-yue1，ZHANGZhong-kui2，YANShi-zhou3(1SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049，China;2WeifangUniversityofScienceandTechnology，ShouguangChina;3QinzhouCollege，Qinzhou535000，C

12、hina)262700，Abstract:Inordertocarryoutthemotionsimulationof6-DOFroboticarmeasilyandaccurately，thepaperestablishedthesimulationmodeloftheroboticarmbyUGsoftwareThenthemodelwasimportedtoADAMSsoftwarethroughthedatainterfacebetweenUGandADAMSThecorrespondingconstraintswereaddedaccordingtotheactualdesignrequirementsSoitsmotionsimulationandthemotionofjointswereanalyzedandtheangledisplacement，speedandaccelerationofeachjointwererecordedWecoulddothevirt