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面向超大船体外表面的喷涂机械臂研究中机械臂动力学仿真分析

时间：2017-08-23 来源：机器人在线阅读：9170 原创

3.5机械臂动力学仿真分析

为获得喷涂机器人在极限状态下各关节的力矩输出与关节运动状态之间的关系，在ADAMS中给各关节添加过程函数驱动，该函数采用的是三次多项式逼近海赛(Heaviside)阶跃函数。

在图3 -5所示的机械臂初始位姿下，在ADAMS软件中设置各零件的之间连接关系，并赋给各零件所需材质，同时设置重力加速度及各关节相应的驱动函数，以便得到与机械臂实际工作时各关节输出参数相近的参数。

为检测机械臂各关节在极限位置姿态和机械臂各关节极限运动状态下，各关节力矩输出与运动状态之间的关系，对机械臂的主要承载受力关节(第二、三关节)设置给定的速度和加速度完成图3-7的动作。

为使机械臂能够达到以极限速度和加速度达到极限位置，关节2采用step(time、1、0、2、-1、5)函数控制机械在指定时间内达到指定极限位置，与关节2的处理方式相同，关节3也采用step函数使其按照指定的运动状态达到指定位置。通过ADAMS的后处理模块PostProcessor测量和绘制关节2, 3转过的角度、角速度、角加速度及关节力矩在运动过程中的变化曲线。

从图3-8中可以看出，关节2在以极限速度运动到极限位置的过程中，大所需力矩为1171Nm，根据电机的输出力矩与所选减速器的减速比可知，节2可提供最大力矩为1512Nm，有足够的余量满足关节2在极限位置时以极限速度运动所需的力矩。

从图3-9中可以看出，关节3在以极限速度运动到极限位置的过程中，最大所需力矩为303Nm，根据电机的输出力矩与所选减速器的减速比可知，关节3可提供最大力矩为459Nm，有足够的余量满足关节3在极限位置时以极限速度运动所需的力矩。

由于机械臂运动过程中，机械臂末端的负载与机械臂自重所产生的负载主要由机械臂的前三关节提供，从上述分析，可以看出各关节的电机能够为机械臂的极限运动提供足够的力矩，满足机械臂的性能指标要求。

3.6本章小结

为保证后期喷涂机器人运动控制的顺利进行，基于D-H参数法对机械臂的正运动学进行了解算，采用遍历迭代法求解逆运动学。根据机械臂运动学分析的结果，运用M atlab软件完成机械臂运动空间的绘制，并针对求得的机械臂的正逆解完成了机械臂的运动学的验证。为确定机械臂末端的运动速度与各关节的转动速度之间的关系，利用矢量积分法建立了机械臂的雅克比矩阵，为机械臂的速度控制打下了基础。为验证机械臂的负载性能和动态性能，利用ADAMS软件对机械臂各关节的运动状态进行设置，并利用PostProcesso:模块完成机械臂在极限运动状态下各关节力矩值测量。