PUMA机械臂的逆运动学解耦分析及仿真
平衡吊的动力学与运动学仿真
平衡吊的运动学与动力学仿真 作者：** 指导老师：** ********** *************** 1 绪论 1.1 平衡吊的概要平衡吊是的主要结构是平行四边形连杆机构的放大形态和螺母升降结构，通过外力的作用下达到重物的上升和下降的目的，平衡吊可以满足重物随时停留在需要的工作区域。比其他的吊装设备更具有优越性，它比一般吊装设备更加的灵活，从而更加的精准，与机械手相比等其他吊装设备比，其结构更加得合理，性能较好，广泛的使用于重工业的生产中，在机床厂中更是被用作吊装作业，在小型企业装卸货物，例如码头的施工,集装箱的搬运，非常适合于作业区域窄，时间间隔短的作业方式。其极大减少了人力使用，有效地节约了人力资源。平衡吊在市场上主要常见的有3 种，机械式，气动式，液压式，机械式，顾名思义，通过外力的使用，使其达到升降的目的，主要在生产，搬运的的领域中常见，后期，更是添加了电动装置，优化了他的配置，有效地提高了生产效率。气动式平衡吊主要是对于气压的控制原理实现升降功能的我们成为气动式平衡吊，液压式，主要是根据液压系统来设置的，在大多数重工业生产地使用广泛。现在主要使用的为气动式平衡吊，主要省力，都是自动化进行的，按照平衡吊臂的类型还可以将平衡吊分为通用和专用类型，他们各有各的特色，相对于大型的吊车来说，其缺点是工作的行程围较小，区域局限化。 平衡吊的种类及其特点：液压平衡吊的特点：液压平衡吊有3 大类，有级，单级，无级变速的，他们通过不同的油路控制来达到不同的工作地点； 气动平衡吊的特点:体积不大，比一般的平衡吊具有灵活的特色；电动平衡吊：又称为机械式平衡吊，具有控制重物在任意指定地点的特点，一般为定速转动； Cad(2D)+solidworks(3D) 图纸整套免费获取，需要的 加QQ1162401387 1.2 平衡吊的结构 平衡吊主要有大小臂，起重臂，短臂，电机，立柱，丝杆螺母传动副构成的，其中的几个臂件通过平行四边形连杆机构构成的。在外力的作用下起到升降重物的作用。
iNVENTOR 运动仿真分析
第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图 1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定
可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。 如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图
机械臂运动学
机械臂运动学基础 1、机械臂的运动学模型 机械臂运动学研究的是机械臂运动，而不考虑产生运动的力。运动学研究机械臂的位置，速度和加速度。机械臂的运动学的研究涉及到的几何和基于时间的内容，特别是各个关节彼此之间的关系以及随时间变化规律。 典型的机械臂由一些串行连接的关节和连杆组成。每个关节具有一个自由度，平移或旋转。对于具有n个关节的机械臂，关节的编号从1到n，有n +1个连杆，编号从0到n。连杆0是机械臂的基础，一般是固定的，连杆n上带有末端执行器。关节i连接连杆i和连杆i-1。一个连杆可以被视为一个刚体，确定与它相邻的两个关节的坐标轴之间的相对位置。一个连杆可以用两个参数描述，连杆长度和连杆扭转，这两个量定义了与它相关的两个坐标轴在空间的相对位置。而第一连杆和最后一个连杆的参数没有意义，一般选择为0。一个关节用两个参数描述，一是连杆的偏移，是指从一个连杆到下一个连杆沿的关节轴线的距离。二是关节角度，指一个关节相对于下一个关节轴的旋转角度。 为了便于描述的每一个关节的位置，我们在每一个关节设置一个坐标系，对于一个关节链，Denavit和Hartenberg提出了一种用矩阵表示各个关节之间关系的系统方法。对于转动关节i，规定它的转动平行于坐标轴z i-1，坐标轴x i-1对准从z i-1到z i的法线方向，如果z i-1与z i相交，则x i-1取z i?1×z i的方向。连杆，关节参数概括如下： ●连杆长度a i沿着x i轴从z i-1和z i轴之间的距离; ●连杆扭转αi从z i-1轴到zi轴相对x i-1轴夹角; ●连杆偏移d i从坐标系i-1的原点沿着z i-1轴到x i轴的距离; ●关节角度θi x i-1轴和x i轴之间关于z i-1轴的夹角。
基于MATLAB Robotics Tools的机械臂仿真
基于MATLAB Robotics Tools的机械臂仿真 【摘要】在MATLAB环境下，对puma560机器人进行运动学仿真研究，利用Robotics Toolbox工具箱编制了简单的程序语句，建立机器人运动学模型，与可视化图形界面，利用D-H参数法对机器人的正运动学、逆运动学进行了仿真，通过仿真，很直观的显示了机器人的运动特性，达到了预定的目标，对机器人的研究与开发具有较高的利用价值。 【关键词】机器人;运动学正解;运动学逆解 Abstract：For the purpose of making trajectory plan research on puma560 robot，in the MATLAB environment，the kinematic parameters of the robot were designed. Kinematic model was established by Robotics Toolbox compiled the simple programming statements，the difference was discussed between the standard D-H parameters，and the trajectory planning was simulated，the joints trajectory curve were smooth and continuous，Simulation shows the designed parameters are correct，thus achieved the goal. The tool has higher economic and practical value for the research and development of robot. Key words：robot;trajectory planning;MTALAB;simulation 1.前言 机器人是当代新科技的代表产物，随着计算机技术的发展，机器人科学与技术得到了迅猛的发展，在机器人的研究中，由于其价格较昂贵，进行普及型实验难度较大，隐刺机器人仿真实验变得十分重要。对机器人进行软件仿真，从运动图像和动态曲线表，可以模拟机器人的动态特性，更加直观的显示了机器人的运动状况，从而可以分析许多重要的信息。 对机器人的运动学仿真，很多学者都进行了研究。文献2以一个死自由度机器人为例，利用MATLAB软件绘制了其三维运动轨迹;文献4对一种柱面机械手为对象，对机械手模型的手动控制和轨迹规划进行了仿真;但上述各种方法建立的机器人模型只适合特定的机械臂模型。一种通用的，经过简单修改便可用于任何一种机械臂的仿真方法显得尤为重要。 2.机器人运动学简介 机器人学中关于运动学和动力学最常用的描述方法是矩阵法，这种数学描述是以四阶方阵变换三维空间的齐次坐标为基础的。矩阵法、齐次变换等概念是机器人学研究中最重要的数学基础。利用MATLAB Robotics Toolbox工具箱中的transl、rotx、roty和rotz函数可以非常容易的实现用其次变换矩阵表示平移变换和旋转变换。例如机器人在X轴方向平移了0.5米的其次坐标变换可表示为：
机器人运动学精品教程
第2章机器人位置运动学 2.1 引言 本章将研究机器人正逆运动学。当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。如果要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。首先利用矩阵建立物体、位置、姿态以及运动的表示方法，然后研究直角坐标型、圆柱坐标型以及球坐标型等不同构型机器人的正逆运动学，最后利用Denavit-Hartenberg(D-H表示法来推导机器人所有可能构型的正逆运动学方程。 实际上，机器手型的机器人没有末端执行器，多数情况下，机器人上附有一个抓持器。根据实际应用，用户可为机器人附加不同的末端执行器。显然，末端执行器的大小和长度决定了机器人的末端位置，即如果末端执行器的长短不同，那么机器人的末端位置也不同。在这一章中，假设机器人的末端是一个平板面，如有必要可在其上附加末端执行器，以后便称该平板面为机器人的“手”或“端面”。如有必要，这里还可以将末端执行器的长度加到机器人的末端来确定末端执行器的位姿。 2.2 机器人机构 机器手型的机器人具有多个自由度（DOF），并有三维开环链式机构。 在具有单自由度的系统中，当变量设定为特定值时，机器人机构就完全确定了，所有其他变量也就随之而定。如图2.1所示的四杆机构，当曲柄转角设定为120°时，则连杆与摇杆的角度也就确定了。然而在一个多自由度机构中，必须独立设定所有的输入变量才能知道其余的参数。机器人就是这样的多自由度机构，必须知道每一关节变量才能知道机器人的手处在什么位置。 图2.1 具有单自由度闭环的四杆机构 如果机器人要在空间运动，那么机器人就需要具有三维的结构。虽然也可能有二维多自由度的机器人，但它们并不常见。 机器人是开环机构，它与闭环机构不同（例如四杆机构），即使设定所有的关节变量，也不能确保机器人的手准确地处于给定的位置。这是因为如果关节或连杆有丝毫的偏差，该关节之后的所有关节的位置都会改变且没有反馈。例如，在图2.2所示的四杆机构中，如果连杆AB偏 移，它将影响杆。而在开环系统中（例如机器人），由于没有反馈，之后的所有构件都会发生偏移。于是，在开环系统中，必须不断测量所有关节和连杆的参数，或者监控系统的末
平衡吊的动力学与运动学仿真
平衡吊得运动学与动力学仿真 作者:** 指导老师:** ********** *************** 1绪论 1、1平衡吊得概要 平衡吊就是得主要结构就是平行四边形连杆机构得放大形态与螺母升降结构,通过外力得作用下达到重物得上升与下降得目得,平衡吊可以满足重物随时停留在需要得工作区域内。比其她得吊装设备更具有优越性,它比一般吊装设备更加得灵活,从而更加得精准,与机械手相比等其她吊装设备比,其结构更加得合理,性能较好,广泛得使用于重工业得生产中,在机床厂中更就是被用作吊装作业,在小型企业装卸货物,例如码头得施工,集装箱得搬运,非常适合于作业区域窄,时间间隔短得作业方式。其极大减少了人力使用,有效地节约了人力资源。 平衡吊在市场上主要常见得有3种,机械式,气动式,液压式,机械式,顾名思义,通过外力得使用,使其达到升降得目得,主要在生产,搬运得得领域中常见,后期,更就是添加了电动装置,优化了她得配置,有效地提高了生产效率。气动式平衡吊主要就是对于气压得控制原理实现升降功能得我们成为气动式平衡吊,液压式,主要就是根据液压系统来设置得,在大多数重工业生产地使用广泛。现在主要使用得为气动式平衡吊,主要省力,都就是自动化进行得,按照平衡吊臂得类型还可以将平衡吊分为通用与专用类型,她们各有各得特色,相对于大型得吊车来说,其缺点就是工作得行程范围较小,区域局限化。 平衡吊得种类及其特点: 液压平衡吊得特点:液压平衡吊有3大类,有级,单级,无级变速得,她们通过不同得油路控制来达到不同得工作地点; 气动平衡吊得特点:体积不大,比一般得平衡吊具有灵活得特色; 电动平衡吊:又称为机械式平衡吊,具有控制重物在任意指定地点得特点,一般为定速转动; Cad(2D)+solidworks(3D)图纸整套免费获取,需要得 加QQ1162401387 1、2平衡吊得结构 平衡吊主要有大小臂,起重臂,短臂,电机,立柱,丝杆螺母传动副构成得,其中得几个臂件通过平行四边形连杆机构构成得。在外力得作用下起到升降重物得作用。
机器人机械臂运动学分析
平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。 1、分别求出两杆的动能和势能
QJ1E47FMD发动机运动学及动力学仿真计算
QJ147FMD发动机运动学及动力学仿真计算 一、QJ147FMD发动机的参数： 标定转速：6000r/min 曲轴半径：19.6mm 连杆长度：80mm 缸径：47mm 曲柄连杆比：0.245 二、曲柄连杆机构再ADAMS软件中的仿真计算： 上图是燃气的爆发压力和往复惯性力以及合力的曲线图。 上图是用ADAMS软件仿真计算出的往复惯性力和理论计算的比较图。粉色——理论计算，蓝色——仿真计算。理论计算：max=745N,min=-1230N; 仿真计算：max=546.6316N,min=-901.3991N. 出现上诉的原因个人理解是： （1）仿真计算的往复加速度=理论计算的往复加速度，那么产生仿真计算所得到的往复惯性力和理论计算所得到的往复惯性力之所以不同的原因就在于往复质量的计算；（2）在理论计算中，往复质量的计算是由活塞组的质量+连杆小头的质量，而在小头质量的换算过程中教科书上介绍的方法一般有两种，即两质量和三质量系统来等效代替
连杆。并且可以确定的是用三质量系统来代替两质量系统计算的更为精确只是计算起来比较困难。那么我们可以推想如果可以的话用四质量系统来代替连杆所得到的结果应该比三质量系统来代替连杆是不是更为精确？如果答案是肯定的，那么我们就有理由相信：用无数个质量点来代替连杆系统所计算得到的结果将会比2质量系统来代替连杆计算的精度要高很多，这一点用ADAMS软件可以轻松的做到。（3）现在我们来做一个对比，即同一个连杆用两质量系统和三质量系统分别来代替的时候，同一个连杆在换算到连杆小头质量是如何变化的？很容易想到用三质量系统来代替连杆的时候换算到连杆小头的质量应该比两质量换算到连杆小头的质量要小，那么我们有理由相信：当用无数个质量点来代替连杆的时候，换算到连杆小头的质量要比教科书上按两质量系统来代替连杆换算到连杆小头出的往复质量要小。（4）由于摩托车的发动机的转速很高，所以他的往复加速度很大。我们这次所研究的发动机的加速度的数量级：几千。可见，当往复质量减少1%时，则往复惯性力将减少几十牛。（这也是我们在设计高速发动机的时候要注意减少往复惯性质量的原因，而我们按照理论公式来计算的时候，实际上已经人为的增大了往复质量。）由以上的分析，我们有理由认为用ADAMS仿真软件来进行计算，所得到的结果比按纯理论方法所计算的更为精确。 三、主轴径的受力分析： （1）我们用ADAMS软件，将所研究的发动机的轴径作为刚体并且还考虑到了轴承的安装位置以及曲柄系统的质心位置的影响之后所得到的曲轴主轴径的受力分析图。 上图是曲轴的两个轴径受力的极坐标图。
基于Solidworks的机械手运动仿真设计
2012年8月第24期 科技视界 SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界0引言 机械手对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步 发展起着重要作用。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，更能提高劳动生产率和自动化水平。随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于S olidworks 软件，使得设计效率大大提高[1]。 本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。 1机械手工作原理 上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓 握功能。手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时, 手指姿态不变,作平动。机械手手爪的结构见图1，①为支架、 ②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺 钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。 通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时,手爪是处于张开的过程。这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。 图1 机械手装配简图 基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的机械手运动仿真设计 郑向华 （成都工业学院机电工程系 四川成都611730） 【摘 要】本文在上料机械手设计与研究的基础上，具体进行了机械手仿真动画设计。完成基于S olidworks 的机械手运动仿 真，利用仿真动画来描述其工作原理。设计结果表明该设计可大大提高设计效率，收到良好效果。 【关键词】机械手；运动仿真；Solidworks The Design of Manipulator ’s Motion Simulation Based on the Solidworks Z HENG Xiang-hua （Electromechanical Engineering Department,Chengdu Technological University,Chengdu Sichuan ，611730,China)【Abstract 】In this paper,the design of manipulator on the basis of the design and study,specific for manipulator simulation ani - mation https://www.360docs.net/doc/d11247765.html,pleted based on SolidWorks manipulator motion simulation,simulation animation to describe its working principle.The result indicates that this design can greatly improve the design efficiency,received good results. 【Key words 】Manipulator ；M otion simulation ；Solidworks ※基金项目：四川省教育厅项目（基金号10ZC035）。 作者简介：郑向华（1977—），女，黑龙江嫩江人，讲师，硕士研究生毕业，主要从事机电设计、CAD\CAE\CAM 及材料的研究 。 项目与课题 17
管道机器人运动学分析与变径机构仿真
MECHANICAL ENGINEER 机械工程师 管道机器人运动学分析与变径机构仿真 史继新1a，1b，刘芙蓉1a，1b，胡啸2，袁显宝1a，1b，陈保家1a，1b，李响1a，1b （1.三峡大学 a.湖北省水电机械设备设计与维护重点实验室；b.机械与动力学院，湖北宜昌443002；2.中核武汉核电运行技 术股份有限公司，武汉430223） 摘要：基于对核电站压力容器和主管道接管内部检查的需要，研发了一种多履带可变径式管道检查机器人。分析机器人四种不同的运动情况，得出机器人履带轮角速度和机器人在管道内旋转速度及行走线速度的函数，建立了机器人在管道内的运动学模型。针对机器人可变径机构，建立力学模型，得出变径机构中弹簧的理论数据，并运用Inventor运动仿真分析验证了其合理性。 关键词：管道机器人；运动学模型；变径机构；Inventor运动仿真 中图分类号:TP242.3;TH122文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）04原园014原园3 Kinematics Analysis and Variable Diameter Mechanism Simulation of Pipeline Robot SHI Jixin1a，1b,LIU Furong1a，1b,HU Xiao2,YUAN Xianbao1a，1b,CHEN Baojia1a，1b,LI Xiang1a，1b (1.China Three Gorges University a.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design&Maintenance;b.College of Mechanical and Power Engineering,Yichang443002,China;2.China Nuclear Power Operation Technology Co.,Ltd.,Wuhan430223,China) Abstract院Based on the need for internal inspection of nuclear power plant pressure vessels and main pipelines,a multi-track variable-diameter pipeline inspection robot is developed.The four different motions of the robot are analyzed,and the angular velocity of the robot crawler wheel and the rotation speed of the robot in the pipeline and the traveling linear velocity are obtained.The kinematics model of the robot in the pipeline is established.For the robot variable diameter mechanism,the mechanical model is established,the theoretical data of the spring in the variable diameter mechanism is calculated,and the rationality is verified by Inventor motion simulation analysis. Keywords:pipeline robot;kinematics model;variable diameter mechanism;Inventor motion simulation 0引言 随着核电厂运行时间的增加，各种规格管道内表面可能会出现一些问题需要实施检查与维修。因这些部位处于强辐射区，人员无法直接实施这些工作，必须开发具有行走功能的管道机器人携带摄像头完成核电厂管道检查工作。目前，发达国家对于管道机器人的研究处于领先地位[1]：德国ECA公司研制出一系列管道爬行机器人，在满足多尺寸规格管道的前提下，能搭载多种检测工具，其检查的管道范围从150耀2000mm；日本东京工业大学研制出Thes系列管道机器人[2]；韩国汉城汉阳大学研制出双模块协作管道检测机器人[3]。中国在管道检查机器人领域起步较晚，北京德朗检视科技有限公司研发的DNC100、DNC150等管道爬行器，已在核电领域中得到运用；东华大学研制除了自主变位履带足管道机器人[4]；上海交通大学针对煤气管道的检测，研制出煤气管道检测机器人样机[5]。 针对目前国内外传统机器人在面对垂直、微小、复杂管时，存在通行性能差、稳定性弱、牵引力不足等缺点。本项目所研制的多履带可变径式管道检查机器人，在机器人的机械结构、移动方式等方面做出改进，能适应150耀160mm管径的管道内部运动，分析了其管道内部运动的运动学模型和变径机构的力学模型，并针对变径机构进行了仿真分析，验证设计的合理性。 1管道检查机器人整体结构设计 为了满足核电厂管道内部检查的需要，机器人必须具备三项基本能力：1）机器人的速度调节能力；2）机器人的转向能力；3） 析， 构设计，如图1 道机器人具有三组履带轮， 很好的夹紧力。 立的电动机控制， 每组履带轮的独立运动， 节不同电动机的转速来使机器人顺利通过弯管。履带轮和主体之间的连杆机构配上弹簧的特性使机器人具有很好的管道适应能力，可以适应150耀160mm管道直径的运动。2运动学分析 机器人每组履带轮的角速度决定机器人整体的运动情况，因此本节根据机器人履带轮角速度和机器人整体运动情况的函数关系建立运动学模型。该模型的坐标系、关节变量和参数如图2所示。XY Z表示全局坐标参考系，并且xyz表示附接到管线检查机器人的中心的局部坐标系;i、j 和k是局部坐标系的单位矢量。无论机器人如何移动，x轴 图1管道机器人 三维模型 1.履带轮组 2.变径机构 3.主体 3 2 1 基金项目：国家自然科学基金（11805112）；湖北省教育厅 科学技术研究计划重点项目（D2*******）；湖北省水电机械 设备设计与维护重点实验室开放基金项目(2016KJX15、 2017KJX04) 14 圆园员9年第4期网址：https://www.360docs.net/doc/d11247765.html,电邮：hrbengineer@https://www.360docs.net/doc/d11247765.html,
机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分析
机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分 析 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度机械臂动力学拉格朗日方程 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。
基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真
基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 1 引言 1.1工业机械手研究现状 随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统在机器人设计和研究方面，发挥着重要的作用，它可应用于机器人的许多方面，已成为机器人学的一个重要分支。例如：可帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限；还能帮助研究人员了解机器人工作空间的形态与合理性；可用于分析检验轨迹规划和作业规划的正确性与合理性；可为离线编程技术的研究提供一种极为有效的验证手段；可以用于实时检测机器人与作业环境之间的碰撞与干涉以保证整个生产单元的安全等。此外，仿真技术还可以帮助用户选择适合特定作业环境的机器人类型。 机械手是近年来发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就，是目前科技发展最活跃的领域之一。 工业机械手的性能，要求不断提高工作精度和作业速度，增加机构的自由度，提高通用性和灵活性，同时还要求降低成本，控制简单，安全可靠。因此，工业机械手的研究处于机械手研究的前沿。 多自由度机械手已经得到了广泛的研究，但自由度较少的工业机械手，以其造价低廉、结构紧凑、刚度高、定位精度高、响应速度快、实用性强等优势，有极高的性价比，在实际工业市场得到了广泛的应用。水平多关节工业机械手由于精度高、运动速度快，串联四自由度导致其靠后的驱动电机和传动系统都位于运动着的臂上，导致系统惯性增加，系统动力性能恶化；又由于串联机构求正解较容易，而求逆解则较困难，因此运动学与动力学计算困难，导致在设计中必须放宽各种设计参数；还因为机器较重，并进一步导致驱动部分变大，系统响应速度降低，大型驱动部分难以取得较高的精度。 1.2 工业机械手的功能及应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难
运动学、静力学、动力学概念
运动学、静力学、动力学概念 运动学 运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。 用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物体位置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质(如质量等)和加在物体上的力。 运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。 在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。 运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。 运动学的发展历史 运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。
《运动学与动力学仿真》实验指导书
《运动学与动力学仿真》实验指导书适用专业：机械电子工程 上海电机学院 2014年10月
实验一虚拟样机几何建模 一、实验目的 1、了解虚拟样机建模的目的 2、掌握利用Adams/View 进行几何体建模的方法，熟悉典型几何体的建模命令和相关的属性调整方法 二、实验要求 实验前预习相关知识和实验内容。 三、实验原理 Adams/view 中的几何建模工具集如图1所示。 图1 几何建模工具集 调用几何建模工具通常有两种方法：使用主工具箱上的建模工具集选择工具图标，或通过菜单选择几何建模工具命令。 使用主工具箱建模方法： 1）在主工具箱中，用鼠标右键选择上部的几何建模按钮，屏幕弹出如图1所示的几何建模工具集； 2）用鼠标选择相应的建模工具集的图标； 3）在参数设置对话框，修改参数值。 4）按照屏幕下方状态栏的提示，绘制几何图形。
图形 图2 基本形体图库 四、实验设备 机房，adams软件 五、实验步骤 1）在几何建模工具集中选取所要建的三维实体建模工具图标； 2）在参数设置栏，设置所建立的几何体是新构件(New Part)、添加到现有构件(Add to Part)还是添加到地基上(On Ground); 3）在参数设置栏，选择输入有个尺寸参数。 4）按照屏幕下方状态栏的提示，用鼠标确定起始绘图点； 5）按住鼠标左键，拖动鼠标，屏幕出现所绘图形。可以在参数设置栏设置形体的尺寸； 6）释放鼠标，完成简单形体建模，绘图结束点定义了几何体的方向和部分形体。 六、实验注意事项 无 七、实验报告要求 1、根据原理和要求画出2个基本的形体
实验二约束类型及工具 一、实验目的 1. 了解运动学与动力学分析中常用的约束类型 2. 掌握 Adams/View中添加运动约束的方法 二、实验要求 实验前预习相关知识和实验内容 三、实验原理 ADANMS/View提供了12种常用的运动副工具。作用：可以将两个构件连接起来。条件：被连接的构件可以是刚体构件、柔性构件或者是点质量。常用运动副如图1所示。 图1 常用的运动副 1）在连接工具集或者在连接对话框，选择连接工具图标。
(完整版)曲柄连杆机构运动学仿真
课程设计任务书
目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (22) 参考文献 (23)
1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、
机械臂运动学方程
机械手臂的运动学公式推导 1. 仿人机器人手臂模型 ● 仿人机器人的手臂有6个自由度，肩部（shoulder ）3个，肘 部（elbow ）2个，腕部（wrist ）1个，如图1所示。 ● 机器人手臂的几何尺寸（mm ）： 上臂长度：216 小臂长度：173.5 ● 关节的运动范围（右手）：如表1所示。 表1 关节运动范围 ⑴ 参考坐标系 为了对仿人机器人进行控制，同时也便于描述机器人的动作状态， 必须建立适当的初始坐标系。我们设定机器人手臂的初始姿态：大臂从肩垂直向下，小臂向前平伸，与大臂成 90。 参考坐标系（实验室坐标系）的设定以机器人本身的初始位置与实验室坐标系相一致的原则设定，如图2所示。 X 轴：以机器人初始（状态）位置的右侧方向作为实验室坐标系的X 轴； y 轴：设定y 轴使其为右手系坐标系，即正前方为y 轴正向。 Z 轴：以机器人初始（状态）位置的上方向作为实验室坐标系的Z 轴；按D-H 坐标建立的方法，各个关节的轴线与各关节坐标系的Z 轴共线. (2) 关节坐标系 各关节坐标系的建立如图3所示。 1 2 3 4 5 6 图1 手臂模型 X 5 X O Z Y 图2 参考坐标系 X 3 O 3 Z 3 Y 3Z 4 O 4 Y 4X 4 O 5 Z 5Y 5Z 6 O 6 Y 6 X 6 X 1 O 1 Z 1 Y 1 Y 2 O 2 X 2Z 2shoulder 1、2、3 elbow wrist 4、5 6 图3 关节坐标系
（3）连杆参数 连杆参数列表如表2所示。 表2 连杆参数 连杆之间的齐次变换矩阵为： ???? ? ???? ???---=----------10 00 0111 1111111i i i i i i i i c d c s c s s s d s c c c s a s c T i i i i i i i i i i i αααααααα 从而可以确定： ????????? ?-=10 000100000011 11 1c s s c T ??????? ?????--=1000000100002222 12c s s c T ???? ? ?? ???---=100 0010000330332 3c s l s c T ????????????--=1000000100 004444 3 4c s s c T ???? ? ?? ???---=10 0010000551554 5c s l s c T ????? ???????--=10 000100 006666 5 6c s s c T T T T T T T T 5 645342312 0106 = = [ (((cos(t1)*cos(t2)*cos(t3)+sin(t1)*sin(t3))*cos(t4)+cos(t1)*sin(t2)*sin(t4))*cos(t5)-(-cos(t1)*c os(t2)*sin(t3)+sin(t1)*cos(t3))*sin(t5))*cos(t6)-(-(cos(t1)*cos(t2)*cos(t3)+sin(t1)*sin(t3))*sin(t4)+cos(t1)*sin(t2)*cos(t4))*sin(t6), -(((cos(t1)*cos(t2)*cos(t3)+sin(t1)*sin(t3))*cos(t4)+cos(t1)*sin(t2)*sin(t4))*cos(t5)-(-cos(t1)*cos (t2)*sin(t3)+sin(t1)*cos(t3))*sin(t5))*sin(t6)-(-(cos(t1)*cos(t2)*cos(t3)+sin(t1)*sin(t3))*sin(t4)+c os(t1)*sin(t2)*cos(t4))*cos(t6),