焊接机器人建模与仿真

XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY考核科目：机电系统仿真技术学生所在院（系）：机电工程学院学生所在学科：机械制造及其自动化考核题目：焊接机器人的建模与仿真学生姓名：贾川学生学号：1402210034学生班级：1月3日焊接机器人的建模与仿真以焊接机器人为例，介绍在ADAMS环境中进行模型建模和约束的添加，以及对建立好的模型进行仿真分析，对模型进行优化。1模型分析焊接机器人（如图1所示）由底座、躯干、肩构件、手臂、手腕、机械手六部分构成，各个构件由旋转副联接。本焊接机器人有5个自由度，可以完成对复杂空间位置的工件的焊接工作。5l4i ，图1焊接机器人模型如图所示，机械手的位置由这些构建间旋转副旋转角度决定，每个旋转副将添加旋转驱动，并由电脑程序控制它们的远动。在本章的实例中将介绍怎么在ADAMS2013中模拟焊接机器人的工作，进行运动学仿真，并测量机械手焊接点的位置变化曲线。2创建模型2.1启动ADAMS并设置工作环境（1）启动双击桌面上ADAMS/View的快捷图标，打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择“新建模型”，在模型名称栏中输入：welding_robot；在重力名称栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在单位名称栏中选择侦MKSmm,kg,N,s,deg”。如图3所示。图3adams启动设置界面图 图4网格参数设置对话框(2)设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置下拉菜单中的工作格栅命令系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成1000mm和1000mm，间距中的X和Y都设置成25mm。然后点击“确定”确定。如图4所表示。用鼠标左键点击选择(Select)图标 ，控制面板出现在工具箱中。用鼠标左键点击动态放大DynamicZoom)图标*，在模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。2.2创建底座打开建模工具栏，单击拉伸按钮觐，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成向后、长度设置成125mm，然后在图形区依次选择(-200,-200,0)、(200，-200,0)、(200,200,0)和4个位置，在选择完第四个点时，单击右键可创建一个拉伸体。在底座上单击右键，在弹出的菜单【Part:PART_2】一【重命名】，在弹出的修改名称对话框中输入base。如图1(a)所示。在工具栏按钮中单击打孔按钮尊r将半径设置成100，深度设置成100，然后单击刚创建的拉伸体，在栅格原点附近创建孔，并在孔上右键，在弹出的菜单中选择【HoleFeature:Hole_1】一【修改】，在对话框中，将中心坐标值设置成(0,0,0)，生成图如1所示。图1一底座构件2.3创建躯干（1）按照第（2）步的方法，将工作栅格设置为XZ面，设置原点为底座上表面中心点。单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮◎*，将选项设置成NewPart，Length设置成100，Radius设置成100，同时勾选，在图形区单击工作栅格的原点然后向下拖动鼠标，就可以创建一个圆柱体，创建的圆柱体更名为trunk，图形如图2所示。图二躯干构件（2）单击几何建模工具栏中的拉伸按钮四，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成00mm，先选择trunk件，然后在图形区依次选择（-25,0,0）、（-25,500，0）、（-50,500,0）、（-50,650,0）、（-25,650,0）、（-25,525,0）、（25,525,0）、（25,650,0）、（50,650,0）、(50,500,0)(25,500,0)、和(25,0,0)，在选择最后一个点时，单击右键，就可以创建一个拉伸体，如图3所示。如果在选择工作栅格的点时比较难选，可以按住键盘上的Ctrl键就会捕捉到工作栅格。图3创建拉伸体单击几何建模工具栏中的圆柱体按4,将设置选项设置成新建部件、长度设置成200mm，半径设置成25，在图形区的(-100,600,0)处单击鼠标左键，然后从左到右水平拖动鼠标创建一个圆柱体，如囹所示。单击布尔求差按钮i^1；，先单击trunk件，再单击圆柱体，就可以在圆柱体上打出一个圆孔。

图4创建圆柱体2.4创建肩构件⑴选取（0,600,0）为原点，单击几何建模工具栏中的拉伸按车户，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成0,然后在图形区依次选择（-25,0,0）、（-25,300,0）、（-50，300,0）、（-50，400,0）、（-25,400,0）、（-25,325,0）、（25,325,0）、 （25,400,0）、 （50,400，0）、（50,300,0）、（25,300,0）、（25,0,0），在选择完最后一个点时，单击鼠标右键，就可以创建一个拉伸体，将新构件的名称更改为shoulder，如图所二JhZ-图5肩构件（2） 单击几何建模工具栏中的圆柱体按9,将设置选项设置成新建部件、长度设置成100，半径设置成25，先按住Ctrl键，在图形区单击（-50,0,0）和（50,50,0）两点，创建一个圆柱体。然后单击布尔求和按钮lB，先单击shoulder件，再单击新创建的圆柱体，将两个构件合为一个构件。（3） 单击几何建模工具栏中的圆柱体按雄，将设置选项设置成新建部件、长度设置成200，半径设置成12.5，在图形区先单击（-100，-375,0），再单击（100,375,0），创建一个圆柱体，然后再单击工具栏上的布尔求差按钮0七先单击shoulder件，再单击新创建的圆柱体，就在shoulder件上打出一个圆孔，最后构件的外形如图6所示。图6肩构件2.5创建手臂

（1）设置工作格栅原点为（0,375,0），方向为全局XY，单击视角匚云。单击几何建模工具栏中的拉伸按钮闽，将选项设置成图7所示。然后在图形区依次单击（-25,-300,0）、（-25,800,0）、（25,800,0）和（25,-300,0）这四个点，然后将构件重新命名为arm。拉"|新建部件创怪抡廓方云:rs拉"|新建部件创怪抡廓方云:rs3回闩台图7手臂拉伸体（2）单击几何建模工具栏中的圆柱体按心，将设置选项设置成新建部件、长度设置成100，半径设置成12.5,在图形区先单击，（-50，0,0），再单击（50,0,0），创建一个圆柱体。然后单击尔求和按钮先单击arm件，再单击新创建的圆柱体，可以将两个构件合成一个件。（3）设置工作格栅，原点位置选取为（0,800,0），选项设置如图8所示。单击将图形拖动到中心位置。单击几何建模工具栏中的拉伸按够，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成0，然后在图形区依次选择（-10，0,0），（-10，-50,0），（10，-50,0），（10,0,0）在选择完最后一个点时，单击鼠标右键，就可以创建一个拉伸体。然后再单击工具栏上的布尔求差按钮&七，先单击arm构件，再单击新创建的拉伸体，就在arm件上切除一个立方体。（4）单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮以土将设置选项设置成新建部件、长度设置成15,半径设置成25,在图形区先单击，（-25,0,0），再单击（-10,0,0），创建一个圆柱体。然后单击尔求和按钮：酉;，先单击arm件，再单击新创建的圆柱体，可以将两个构件合成一个构件。利用同样的方法在（10,0，0），（25,0,0）创建圆柱体，并与arm合成一个构件。（5）单击几何建模工具栏中的圆柱体按钮◎土将设置选项设置成新建部件、长度设置成100，半径设置成12.5,在图形区先单击，（-50，0,0），再单击（50,0,0），创建一个圆柱体。然后再单击工具栏上的布尔求差按钮©r先单击arm构件，再单击新创建的圆柱体，就在arm件上形成两个圆孔，如图3所示。图8手臂联接处的创建2.6创建手腕⑴单击单击几何建模工具栏中的拉伸按非L将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置成50，然后在图形区依次选择（-10，-25,0）、（-10,175,0）、（10，175,0）、（10，-25,0）在选择完最后一个点时，单击鼠标右键，就可以创建一个拉伸体，将新创建的构件重命名为wrist。

（2） 单击几何建模工具栏中的圆柱体按将设置选项设置成新建部件、长度设置成50，半径设置成12.5,在图形区先单击（-25,0,0），再单击（25,0,0），创建一个圆柱体。然后单击尔求和按品西L先单击wrist，再单击新创建的圆柱体，可以将两个构件合成一个构件，如图9所示。（3） 单击几何建模工具栏中的圆柱体按厘，将设置选项设置成新建部件，长度设置成10，半径设置成50，在图形区先单击（0,100,0），再单击点（0,110,0），创建一个新的圆柱体，如图13所示。然后再单击单击尔求和按钮!0土先单击wrist件，再单击新创建的圆柱体，可以将两个构件合并为一个构件。图9件。图9手腕构件2.7创建机械手（1）单击菜单设置工作格栅，在工作栅格对话框中，设置原点为0,175,0），方向为全局YZ，单击按YZ，单击按钮，调整视图方向。单击几何建模工具栏中的拉伸按钮；，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成圆心、长度设置颇，然后在图形区依次选择点（25,-30,0）、（40，-30,0）、（40，30,0）、（-40,30,0）、（-40,-30,0）、（-25,-30,0）、（-25,15,0）和（25，15,0）点，在选择最后一个点时，单击鼠标右键，就可以创建一个拉伸体，将新创建的构件取名为hand。（2）设置工作格栅为全局XY，点击视角方向目，单击显，在打孔选项中，设置半径为5,长度为15,选择hand构件，点击位置（0，-15,0），则形成一个圆孔。将视角切换到。4，点击位置（0，-15，0），形成第二个孔。（3）单击几何建模工具栏中的圆柱体按"，将设置选项设置成新建部件，长度设置成80，半径设置成5，在图形区先单击（40,-15,0），再单击点（-40,-5,0），创建一个新的圆柱体，如图L3所示。然后再单击单击尔求和按钮i&L先单击wrist件，再单击新创建的圆柱体，可以将两个构件合并为一个构件。（4）单击几何建模工具栏中的圆柱体按应*，将设置选项设置成新建部件，长度设置成50，半径设置成10，在图形区先单击（0,30,0），向上拉鼠标，创建一个新的圆柱体。然后再单击单击尔求和按钮个构件合并为一个构件。钮酉;，先单击hand件，再单击新创建的圆柱体，可以将两体。然后再单击单击尔求和按钮个构件合并为一个构件。（5）单击几何建模工具栏中的圆柱体按£已将设置选项设置成新建部件、长度设置成150，半径设置成3,在图形区先单击（0,80,0），向上拉鼠标，创建一个新的圆柱体。然后再单击单击尔求和按钮，并为一个构件，构件如图10所示。钮应L先单击再单击单击尔求和按钮，并为一个构件，构件如图10所示。图10机械手的创建3调整构件的位置(1)点击图标此'，窗口显示为YOZ面，点击，"图标，旋转图形方向，使底座朝下；单击设置-工作格栅，选取原点为躯干与肩构件旋转副中心，设置工作格栅间距为图10机械手的创建3调整构件的位置(1)点击图标此'大小为1000*1000。按住Ctrl选择手腕，机械手，手臂，肩构件，点击”图标，将旋转选项作如图11中1的设置，选择原点向外为旋转矢量，则被选中图形逆时针旋转0度。单击设置-工作格栅，选取原点为手臂与肩构件旋转副中心，设置工作格栅间距为25*25，大小为1000*10000按住Ctrl选择手腕，机械手，手臂构件，点击，图标，将旋转选项作如图11中2的设置，选择原点向外为旋转矢量，则被选中图形顺时针旋转0度。最终机器人位置如图11中3所示。

图11构件位置调整4添加约束(1)添加旋转副由于创建的焊接机器人有五个自由度，所以需要添加五个旋转副。选择动态旋转图标将需要添加旋转副的地方转到合适的位置，通过选启＞ 目调整到旋转副视角,单击图标餐';，在底座、躯干、肩构件、手臂、手腕、机械手之间分别添加旋转副，如图所示。

图12在各构件之间添加旋转副(2)添加固定副在base和大地之间创建固定副。单击工具栏中的:国;固定副按钮，先单击要添加固定副的两个构件，再单击要添加固定副的位置，如图13所示。图13添加固定副添加驱动选择视角图标亡I0口卜把焊接机器人切换到旋转副平面视角，点击主工具栏图标，在驱动选项中将速度设为选择视角图标亡I0口卜把焊接机器人切换到旋转副平面视角，点击主工具栏图标，在驱动选项中将速度设为2,点击joint-1到joint-5，创建5个旋转驱动，速度设置为5d，-2d，-2d，2d，5d,如图14所示。图14创建驱动5仿真与验证测量每个旋转副转动的角度选择motion-5,右击选择测量，将测量选项设置为如图15所示，再点击确定，即可测量机械手相对手腕转过的角度，用同样的方法测量motion-1到motion-4。图15 测量旋转副转动角度选项设置(1)测量焊接点的位置单击几何建模工具栏中标记点按钮4,选项设为添加到现有部件，方向全局

xy，在机械手焊接位置单击，创建测量标记点。选择该标记点，右击选择测量，分别测量xyz及幅值。选项如图16所示。标记点|凉扪到现点净件万同I全局宜2]图16测量焊接点设置(2)仿真验证点击主工具栏仿真选项图标，结束时间设为5,步长0.02，选项设置如图17点击主工具栏仿真选项所示，单击开始按钮,进行仿真