【文章內(nèi)容簡介】 阻尼、彈性襯套和接觸。操作時： (1)選擇合適的運動副種類以及運動副要約束的 連桿 。 (2)確定運動副的原點。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 10 (3)確定運動副的方向。 第四步：定義運動驅(qū)動。運動驅(qū)動使機構(gòu)產(chǎn)生運動，它可以用運動幅值作為時間的函數(shù)定義在任一旋轉(zhuǎn)運動副或滑動運動副上。對于運動學(xué) 分析，運動增量推動系統(tǒng)作為時間函數(shù)的不同位置上的運動是交互可控的，每一個控制的運動的步長和當(dāng)前位移可以由用戶設(shè)置。彈簧、阻尼器、力和力矩也可以作用到機構(gòu)系統(tǒng)，它們可以代表環(huán)境效應(yīng)，旋加的載荷，內(nèi)部剛度，阻尼或摩擦網(wǎng)等外部條件 [38]。 運動分析模塊在 UG 實體模型或裝配環(huán)境中定義了機構(gòu)之后，還提供了分析、仿真和文檔生成等功能。定義好的機構(gòu)可直接在 UG 中進行任意實際 2D 或 3D 系統(tǒng)的復(fù)雜運動學(xué)仿真分析，并進行各種研究，包括最小距離、干涉檢查和軌跡包絡(luò)線等選 項，同時可實現(xiàn)仿真機構(gòu)運動 [39]，用戶也可以分析其反 作用力，圖解位移、速度、加速度曲線 [39]。 運動分析模塊的仿真運算過程如下： (1)前處理器：創(chuàng)建運動分析方案是分析過程的前處理 (PreProcessing）階段，利用這些分析方案得到的信息生成內(nèi)部的 ADAMS 輸入數(shù)據(jù)文件，再傳送到 ADAMS 解算器； (2)求解過程： ADAMS 解算器處理輸入數(shù)據(jù)，確定遞交分析方案的解，并生成內(nèi)部的 ADAMS輸出數(shù)據(jù)文件，再傳送到運動分析模塊中； (3)后處理： Motion 模塊解釋 ADAMS 的輸出數(shù)據(jù)文件，并轉(zhuǎn)換成動畫、圖表及報表文件。 (4)ADAMS 輸入文件：嵌入式 的 ADAMS 解算器可以處理相當(dāng)復(fù)雜的運動模型，但如果有更復(fù)雜的分析需求， UG 運動分析模型能夠生成 ADAMS 輸入文件 [40]。該輸入文件可輸入標(biāo)準(zhǔn)的 ADAMS 軟件包，而標(biāo)準(zhǔn)的 ADAMS 軟件包生成的結(jié)果也可由 UG 運動分析模塊的后處理讀入，并轉(zhuǎn)換成動畫顯示、圖表和報表文件。 運動仿真中的機構(gòu)運動方式 （ 1）關(guān)節(jié)運動仿真（ Aticulation） 關(guān)節(jié)運動仿真是基于位移的一種運動形式，結(jié)構(gòu)以指定的步長（旋轉(zhuǎn)角度或直線距離）和步數(shù)運動 （ 2）動畫運動仿真（ Animation） 動畫運動仿真是基于時間的一種運動形 式。機構(gòu)在指定的時間段中運動，同時指定該時間段中的運動步數(shù)進行運動仿真 本文使用的機構(gòu)運動方式為第二類 。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 11 小結(jié) ADAMS 系統(tǒng)以其強大的運動學(xué)，動力學(xué)分析功能在眾多的 CAD、 CAE 軟件中脫穎而出，在很多的工程領(lǐng)域中都獲得了廣泛的應(yīng)用，而 UG 本身完善的建模功能也為 ADAMS 分析系統(tǒng)提供了便利。但在直接用 UG 運動分析功能模塊進行運動仿真的過程中，也存在著不足。對于復(fù)雜零件來說，交于用戶設(shè)定的參數(shù)較多，工作量也隨著零件數(shù)目的增多而加大，而且在設(shè)置中容易出現(xiàn)錯誤。這樣不僅不能提高效率，縮短生產(chǎn)周期，而且會造成 其他的設(shè)計問題。針對復(fù)雜 機器人 在設(shè)計仿真過程中也存在著上述不足，本文提出了虛擬 機器人運動 系統(tǒng)，系統(tǒng)將先在 UG 環(huán)境中分析 機器人 的 結(jié)構(gòu)，根據(jù)其特點完成運動建模，再用 ADAMS 系統(tǒng)進行仿真分析，結(jié)合兩者的長處，簡化用戶操作，實現(xiàn) 機器人 的運動仿真。 3 三維環(huán)境下的六足機器人設(shè)計 運用 UG 草圖功能建立二維模型 1) 雙擊 NX 圖標(biāo)，激活 UG 軟件； 2) 選擇 圖標(biāo)，進入草圖任務(wù)環(huán)境 ； 3) 運用草圖里的功能，完成機器人的一對足設(shè)計，如圖 31： A,B 兩點為固定點，即 AB為固定直線， OC 繞 O 點進行旋轉(zhuǎn)，通過桿推動機件 使構(gòu)件 運動，其中影印部分為固定點 塊 ，相互之間的桿不可旋動，其余各點上的桿均可繞點旋轉(zhuǎn) 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 12 圖 31 由于本篇設(shè)計的為六足機器人，故需要 3 對足 。 OC 繞 O 點旋轉(zhuǎn)，則 1 號， 2 號， 3 號對足之間應(yīng)相互成 120176。角，即 OC,O’ C,’ O” C” 之間互為 120176。， 圓心在同一水平點上，見 圖 32 和 圖 33 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 13 圖 32 此時 OC 逆時針繞過 120176。 圖 33 此時 OC 逆時針繞過 240176。 。 三維模型的完成 在草圖的基礎(chǔ)上， 運用拉伸，實體鏡像等建模模塊內(nèi)的相關(guān)功能， 完成構(gòu)件的三維模型 ，如下圖 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 14 4 基于 UG 的 六 足機器人 運動仿真系統(tǒng)的實現(xiàn) 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介 Unigraphics 是當(dāng)今世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業(yè)的 CAD/CAE/CAM 高端軟件。作為一個集成的全面產(chǎn)品工程解決方案， UG 軟件使得用戶能夠數(shù)字化的創(chuàng)建和獲取三維產(chǎn)品定義。 UG 軟件被當(dāng)今許多世界領(lǐng)先的制造商用來從事概念設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、詳細(xì)的機械設(shè)計以及工程仿真和數(shù)字化的制造等各個領(lǐng)域。 UG 是一個交互式的計算機輔助設(shè)計 (CAD)、計算機輔助制造 (CAM)系統(tǒng)，具備了當(dāng)今機械加工領(lǐng)域大多數(shù)工程設(shè)計和制圖功能。 UG 是一個全三維、雙精度的造型系統(tǒng) ，使用戶幾乎能夠精確的描述任何幾何形體，通過對這些形體的組合，就可以對產(chǎn)品進行設(shè)計、分析和制圖。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 15 UG 是知識驅(qū)動自動化技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)先者，它實現(xiàn)了涉及優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識工程的結(jié)合，顯著的改進了汽車、航天、航空、機械、消費產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具的工業(yè)的生產(chǎn)。它成為世界上最優(yōu)秀公司廣泛使用的系統(tǒng)。 UG 軟件推出 PC 版本后，更加強了其優(yōu)勢，主要如下： ? 可以為機械設(shè)計、模具設(shè)計以及電器設(shè)計提供了一套完整的設(shè)計、分析和制造方案； ? UG 是一個完全的參數(shù)化設(shè)計軟件，為零部件的系列化建模、裝配和分析提供了強大的基礎(chǔ)支持； ? UG 可以管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)逆向工程和并行工程的先進設(shè)計方法； ? UG 可以完成包括自由曲面在內(nèi)的復(fù)雜模型的創(chuàng)建，同時在圖形顯示方面運用了區(qū) 域化管理方式，節(jié)約系統(tǒng)資源； ? UG 具有強大的裝配功能，并在裝配模塊中運用了引用集的設(shè)計思想，為節(jié)省計算機資源提出了行之有效的解決方案，極大的提高設(shè)計效率。 ? 作為 UG與外部應(yīng)用程序之間的接口， UG開發(fā)工具是 UG提供的一系列函數(shù)和過程的集合。通過用 C 語言程序來調(diào)用這些函數(shù)或過程，能夠?qū)崿F(xiàn)： ? 對 UG 模型文件及相應(yīng)模型進行操作，包括建模 、查詢模型對象、建立并遍歷裝配 體、創(chuàng)建工程圖等； ? 在 UG 主界面中創(chuàng)建交互式程序界面； ? 創(chuàng)建并管理用戶定義的對象。 通過調(diào)用 UG 開發(fā)中的 C 函數(shù)，用戶可以建立、編輯、查詢并修改 UG 的各種實體對象 (包括part 文件 、 點、線、面、實體、特征、坐標(biāo)系、表達式等 )，實現(xiàn)用戶界面的交互，控制 UG 行為等，為系統(tǒng)的開發(fā)提供了便利。 運動仿真系統(tǒng)的整體構(gòu)架 系統(tǒng)工作流程圖 基于 UG 的運動仿真系統(tǒng)作為一個子模塊，主要用于根據(jù)用戶的定義分類自動配置運動參數(shù)，在虛擬仿真中發(fā)現(xiàn)問題，進行改進，本系統(tǒng)的工作流程圖如圖 所示。圖中可以看出，該仿真系統(tǒng)主要分為： 機構(gòu) 建模階段， 機構(gòu)求解階段，機構(gòu) 仿真階段三部分。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 16 圖 在第一部分中，仿真系統(tǒng)首先需要對機構(gòu)進行建模。在機構(gòu)建模階段，系統(tǒng)先定義了構(gòu)件的組成，在分析裝配模型的基礎(chǔ)上，對裝配體和零件體進行了劃分，生成了構(gòu)件的標(biāo)識。然后系統(tǒng)又根據(jù)用戶的定義確定了運動副的類型，并配置運動副的參數(shù)，生成了運動副的標(biāo)識。最后對構(gòu)件和運動副進行了判斷檢查，自動生成構(gòu)件樹。 接著進入了機構(gòu)求解階段，通過對位移方程，速度方程以及加速度方程的讀取， ADAMS 系統(tǒng)對方程組進行了求解，并根 據(jù)對初始化條件 (及各個構(gòu)件的驅(qū)動變量及其變量間的約束等）的分析，得出構(gòu)件的運動方式和軌跡。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 17 依據(jù)機構(gòu)求解階段的結(jié)果，在機構(gòu)仿真階段中，系統(tǒng)可以輕松的得到位移、速度、加速度的變化曲線和任意一點的空間運動軌跡，并能對整套模具進行圖形仿真和干涉檢查。 用戶操作流程圖 從用戶角度來說，可以通過系統(tǒng)了解進行運動仿真操作的主要步驟，以簡潔、高效的方式指導(dǎo)設(shè)計實踐。圖 為用戶角度的操作流程圖。 圖 用戶在系統(tǒng)讀取裝配模型的數(shù)據(jù)后，對構(gòu)件，運動副的組成及其參數(shù)進行了定義，并將數(shù)據(jù)輸入到機構(gòu)結(jié)構(gòu)建模 的模塊中，得到了機構(gòu)結(jié)構(gòu)的模型。對機構(gòu)結(jié)構(gòu)的模型進行運動學(xué)求解，根據(jù)用戶的要求自動生成運動變量，由用戶進行變量初始化，并添加變量約束，進而得到機構(gòu)的求解結(jié)果。通過機構(gòu)仿真模塊的處理，用戶既可得到機構(gòu)的運動圖形仿真。 運動仿真的創(chuàng)建 創(chuàng)建初始的分析方案 打開機器人模型 命名為 yuanxing，單擊“開始” “運動仿真”，這時出現(xiàn)“運動仿真導(dǎo)航麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 18 器”，運動仿真導(dǎo)航器提供圖形結(jié)構(gòu)樹來顯示和操縱運動仿真中各種不同的文件和運動仿真 對象。 裝配主模型顯示在結(jié)構(gòu)樹的頂端?？梢越⒍鄠€運動仿真，對描述機構(gòu) 的不同運動方式或表達進行分析；也可以在同一個仿真建立多個求解方案并進行求解，從而分析解決運動分析的問題。 右鍵 部件名字， 建立新的運動仿真。在“環(huán)境”中選擇中選擇動態(tài)，其余默認(rèn)，如圖 上圖 ，點擊確定。這時我們發(fā)現(xiàn)，運動仿真工具條全部顯示高亮，即可以選用了。 連桿的創(chuàng)建 點擊連桿圖標(biāo) ，進入連桿的創(chuàng)建 ；選擇任一一桿件，質(zhì)量屬性選項為“自動”，其余默認(rèn)，如下二圖： 其中 將模型中一對足的 4 個三角創(chuàng)建為一個連桿，便于運動的實現(xiàn)，如下圖 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 19 按此方法完成模型中所有連桿的創(chuàng)建 。 運動副的創(chuàng)建 有了構(gòu)件和運動驅(qū)動，系統(tǒng)還要生成相應(yīng)的運動副來利用運動驅(qū)動約束構(gòu)件并使其運動。創(chuàng)建運動副的流程圖如圖 所示： 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 20 圖 運動副創(chuàng)建流程圖 第一步：讀取數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過讀取用戶定義的運動副表，生成相應(yīng)的 joint_data_t 的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，同時根據(jù)運動驅(qū)動函數(shù)生成驅(qū)動標(biāo)識，用數(shù)組成員來記錄用戶定義的每個運動副中的構(gòu)件，坐標(biāo)以及運動類型。 第二步：判斷運動副類型。無側(cè)抽裝置的注塑模運動時分為兩種運動副，一種是固定副，另一種是滑動副。在用戶定義運動副時，如果是固定副，則在表中只聲明一個構(gòu)件，將另一個構(gòu) 件賦為空，同時將其運動驅(qū)動也定義為空。系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)時，判斷兩個構(gòu)件是否都被聲明，如果其中有一個構(gòu)件為空，則判斷這個運動副為固定副，將該構(gòu)件與地面進行固定。如果兩個構(gòu)件都聲麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 21 明了，那么從表中讀取兩個構(gòu)件的名稱，并根據(jù)名稱找到它們的標(biāo)識，同時讀取用戶定義的運動副類型。 第三步：判斷構(gòu)件的運動方向。因為無側(cè)抽注塑模中構(gòu)件只在系統(tǒng)坐標(biāo)系 Z 軸方向上進行運動，所以這里只需判斷其是系統(tǒng) Z 軸的正方向還是負(fù)方向。用戶定義時，用“ 1”來表示系統(tǒng) Z軸正方向，而“ 1”則表示系統(tǒng) Z 軸負(fù)方向。如果判斷為“ 1” , 系統(tǒng)先將坐標(biāo)系矩陣求 出，反轉(zhuǎn)其 Z 軸方向，求得坐標(biāo)系，與構(gòu)件進行關(guān)聯(lián)。 第四步：讀取數(shù)據(jù)，創(chuàng)建運動副。創(chuàng)建運動副包括以下幾個步驟：創(chuàng)建運動副，設(shè)置運動驅(qū)動和運動極限位置。從構(gòu)件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和前面讀取的運動驅(qū)動表中可以得到所需要的數(shù)據(jù)，將創(chuàng)建運動副所需的構(gòu)件標(biāo)識，坐標(biāo)系標(biāo)識和運動驅(qū)動標(biāo)識都與相應(yīng)的運動副進行相關(guān)聯(lián)，創(chuàng)建運動副標(biāo)識，記錄入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 第五步：當(dāng)已創(chuàng)建運動副的數(shù)目小于用戶定義運動副的數(shù)量時，重復(fù)第二步至第四步繼續(xù)創(chuàng)建，直至滿足用戶要求。 點擊運動副圖標(biāo) ，進入運動副的創(chuàng)建； 類型為旋轉(zhuǎn)副， 選擇任一一 連桿 ， 原點選為連桿的端點 ，方向統(tǒng)一為 Z 軸正方向， 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 22 由于連桿之間需要相互旋轉(zhuǎn)，故這里要激活捕捉連桿，選擇相連的連桿，原點選與第一連桿同一點，方向 為 Z 軸正方向 以此 方式 完成模型全部運動副的創(chuàng)建 。 麗水學(xué)院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 23 運動驅(qū)動的創(chuàng)建 運動驅(qū)動是賦在運動副上控制運動的運動副參數(shù)。因此，在定義了構(gòu)件后，就需要創(chuàng)建運動副所需的運動驅(qū)動。 在 UG 運動分析模塊中，共有 5 種輸入類型： ：沒有外加的運動驅(qū)動賦在運動副上。 ：用來描述復(fù)雜運動驅(qū)動的數(shù)學(xué)函數(shù)。用戶可輸入一個數(shù)學(xué)函數(shù)定義運動副的運動。如比較常用的階梯 (STEP）函數(shù) ，直接按時間和位移之間的關(guān)系運動，當(dāng)時間 t1=0 位移 x1=0。當(dāng)時間 t2=5，位移 x2=20,則描述此運動的數(shù)學(xué)函數(shù)為： STEP(TIME,0,0,5,20)。 ：設(shè)置某一運動副為等常運動，所需的輸入?yún)?shù)是初始位移位置、速度和加速度。 ：產(chǎn)生一個光滑的向前或向后的正弦運動。所需的輸入?yún)?shù)是振幅、頻率、相位角和位移。 ：設(shè)某一運動副以特定的步長 (旋轉(zhuǎn)或線性位移 )和特定的步數(shù)運