SCARA机器人运动学仿真分析 下

在实际应用过程中，STEP函数有两种表示方式:

一种是嵌入式，其函数形式可记为:

另一种是增量式，其函数形式可记为:

以上两种方式都可以达成预定的驱动效果，但值得注意的是:每个STEP函数都是从零开始产生渐变，因此每一个STEP函数都是相对于上一次运行结果的累加计算，除非输入新的STEP函数，否则模型机构将在之后的仿真过程中一直保持上一个STEP函数的渐变结果。

本文中采用的是增量式的表示方式，以多个步骤的叠加来表示整个运动过程，通过对SCARA机器人运动过程的分析，可将其在一个完整周期内的运动情况分析如以下六个步骤:

步骤一:SCARA机器人运动到初始位置，其初始位置设为被抓取工件的上方; 

步骤二:抓手伴随着升降台下降，闭合抓手，抓取工件;

步骤三:抓手伴随着升降台升起，通过软件分析计算，在机器人的大臂和小臂转动下，运动到工件待放置区域的上方;

步骤四:抓手伴随着升降台下降，抓手通过电机的旋转调整相应的位姿，抓手张开，松开工件;

步骤五:抓手伴随着升降台上升，通过软件分析计算，在机器人的大臂和小臂转动下，运动到初始位置;

步骤六:抓手通过电机的旋转调整相应的位姿，恢复初始状态，完成一个运动周期。

根据SCARA机器人工作过程中运动情况，参考各零部件的基本尺寸数值，分别选取合适的移动量(用角度或者位移表示)，最终将各驱动机构的STEP驱动函数设置如下:

大臂：

即在20s至25s时间内，大臂的角位移由0变化为pi/3，在40s至45s时间内，大臂的角位移由0变化为-pi/3，其他时间均保持不变。

小臂：

即在20s至25s时间内，小臂的角位移由0变化为pi/6，在40s至45s时间内，小臂的角位移由0变化为-pi/6，其他时间均保持不变。

Z轴升降台:

即在0s至5s时间内，z轴升降台的位移由0变化为0.35，在5s至10s时间内，Z轴升降台的位移由0变化为-0.65，在15s至20s时间内，Z轴升降台的位移由0变化为0.65，在25s至30s时间内，Z轴升降台的位移由0变化为-0.65，在35s至40s时间内，Z轴升降台的位移由0变化为0.65，其他时间均保持不变。

腕部：

即在20s至25s时间内，腕部的角位移由0变化为pi/2，在40s至45s时间内腕部的角位移由0变化为-pi/2，其他时间均保持不变。

抓手: 

即在0s至5s时间内，抓手的位移由0变化为-0.08，在10s至15s时间内手的位移由0变化为0.08，在30s至35s时间内，抓手的位移由0变化为-0.08他时间均保持不变。添加完相应的约束和驱动后，SCARA机器人的ADAMS模型如图4.3所示:

仿真结果的后处理

选取合适的参考点，使用ADAMS的测量功能，可以跟踪绘制仿真过程中感兴趣变量的变化曲线图，得到一些有关机器人抓手末端的位移、速度、受力等信息，便于跟踪了解仿真分析过程。在本设计中，选定机器人安装底座为参考坐标点，基于SCARA机器人模型上设置的若干marker点进行测量，测量对象为机器人抓手末端在X, Y, Z, Mag四个方向上所产生的位移和速度变化情况。

检查模型无误后，方可对SCARA机器人三维模型进行仿真分析，将停止时间设为50s，步数设500，即每隔0.1s输出一次仿真结果，实时观察机器人各部分在工作中过程的运动情况。

通过仿真测量，获得SCAR.A机器人不同方向上位移变化如图4.4所示。

如图4.4所示，通过分析可以看出，模型仿真结果与实际工作情况相吻合，当抓手呈水平伸长状态时，机器人抓手末端在X方向上的最大位移为550mm，最小位移为150mm;在Y方向上的最大位移为500mm，最小位移为20mm; Z方向上抓手运动的最高点位置为110mm，最低点位置为6mm;抓手末端距参考点总位移最大值为571 mm，最小值为519mm。同时，在经过一个完整的运动周期后，大臂，小臂，手腕和手抓各部分结构的位移变化量均为零，即SCARA机器人回到初始位置，等待进入下一个运动周期。

通过进一步分析可知，SCARA机器人工作的一个完整周期内，在X轴方向上，抓手末端在大臂小臂转动、腕部调整位姿及抓手开合过程中均有位移的变化;在Y轴方向上，抓手末端在大臂小臂转动及腕部调整位姿过程中有位移的变化，而抓手开合对Y轴方向位移并无影响作用，并且升降台的上下运动对机器人在X方向和Y方向上的位移均无影响;在Z轴方向上，抓手末端仅在升降过程中有位移的变化，且Z轴工作台的导轨量程为120mm，Z轴方向上的运动位移符合运动范围。

为了进一步对仿真进行分析，通过仿真测量，获得SCAR.A机器人不同方向上的速度变化如图4.5所示。

如图4.5所示，通过分析可以看出，在各方向上的速度变化情况与位移变化情况相似，由于在设置驱动函数时，使用位移变化量作为驱动，故而在运动过程中的速度变化较大。SCARA机器人工作的一个完整周期内，在X轴方向上，抓手末端在大臂小臂转动、腕部调整位姿及抓手开合过程中均有速度的变化;在Y轴方向上，抓手末端在大臂小臂转动及腕部调整位姿过程中有速度的变化，而抓手开合时Y轴方向并无速度变化，并且升降台的上下运动时，机器人在X方向和Y方向上的速度均不产生变化;在Z轴方向上，抓手末端仅在升降过程中有速度的变化。

最后，进入ADAMS后处理模块，单击左上角处理类型下拉列表中选择Animation，在动画区单击鼠标右键，选择Load Animation，在播放的同时按下按钮R，输出仿真视频。点击File->print->进入print界面，点File单选按钮，nativewindows下拉列表中选jpg格式，单击ok，保存图片到工作目录下，导出仿真测量结果，获得SCARA机器人不同方向上的位移变化如图4.4所示。

在ADAMS/Post Processor中，点击File→Export→Table，使用Table方式导出数据，在File Name中指定文件名称。相比较于另外两种导出数据的方式:NumericData和Spreadsheet ，Table方式的特点使仅将用户所需要的那组曲线数据导出，可以通过在Plot中选定需要输出的曲线，即可获得所需数据。