【正文】 7 ADAMS 模型的建立與仿真　 （1） 虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中, 將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD 和FEA 技術(shù)) 糅合在一起, 在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的整體模型, 并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析, 預(yù)測產(chǎn)品的整體性能, 進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。（2） 虛擬樣機(jī)技術(shù)常用軟件虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。國外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。目前有二十多家公司在這個(gè)日益增長的市場上競爭, 比較有影響的有美國機(jī)械動力學(xué)公司(M echan ical Dy2nam ics Inc1) 的ADAM S、比利時(shí)LM S 公司的DADS以及德國航天局的S IM PACK。其中美國機(jī)械動力學(xué)公司的ADAM S 占據(jù)了市場的50% 以上。其它的軟件還有Wo rk ingModel、Fo lw 3D、IDEA S、Phoen ics、A n2sys、Pam crash 等等。由于機(jī)械系統(tǒng)仿真提供的分析技術(shù)能夠滿足真實(shí)系統(tǒng)并行工程設(shè)計(jì)要求, 通過建立機(jī)械系統(tǒng)的模擬樣機(jī), 使得在物理樣機(jī)建造前便可分析出它們的工作性能, 因而其日益受到國內(nèi)外機(jī)械領(lǐng)域的重視。 ADAMS軟件該軟件己在全世界數(shù)以千計(jì)的著名大公司中得到成功的應(yīng)用。國外的一些著名大學(xué)也已開設(shè)了介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國機(jī)械動力公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件。用戶使用ADAMS軟件，可以自動生成包括機(jī)——電——液一體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗(yàn)規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計(jì)算分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力的目的。由于ADAMS具有通用、精確的仿真功能，方便、友好的用戶界面和強(qiáng)大的圖形動畫顯示能力，所以DAMS軟件的課程，而將三維CAD軟件、有限元軟件和虛擬樣機(jī)軟件作為機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須了解的工具軟件。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬美元的51%份額。ADAMS一方面是機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用ADAMS軟件會收到明顯效果:(1)分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)日；(2)降低工程制造和測試費(fèi)用；(3)在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案；(4)在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量；(5)當(dāng)進(jìn)行物理樣機(jī)測試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析和仿真；(6)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 使用ADAMS建立虛擬樣機(jī)非常容易。通過交互的圖形界面和豐富的仿真單元庫，用戶快速地建立系統(tǒng)的模型。ADAMS與先進(jìn)的CAD軟件 (UG, PRO/E)以及CAE軟件(ANSYS)可以通過計(jì)算機(jī)圖形交換格式文件相互交換以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。利用ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進(jìn)行設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析。為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供了一種高效開發(fā)工具。 ADAMS軟件包括3個(gè)最基本的解題程序模塊:ADAMS/View基本環(huán)境、ADAMS / Solver(求解器)和ADAMS / Postprocessor(后處理)。另外還有一些特殊場合應(yīng)用的附加程序模塊，例如:ADAMS/Car(轎車模塊)、ADAMS/Rail(機(jī)車模塊)、ADAMS / Driver(駕駛員模塊)、ADAMS / Tire(輪胎模塊)、ADAMS/Linear(線性模塊)、ADAMS/Flex(柔性模塊)、ADAMS/ Controls(控制模塊)、ADAMS / FEA(有限元模塊)、ADAMS /Hydraulics(液壓模塊)、ADAMS / Exchange(接口模塊)、Mechanism / Fro(與Pro / Engineer的接口模塊)、ADAMS/Animation(高速動畫模塊)等。在3個(gè)基本解題程序模塊中，ADAMS / View提供了一個(gè)直接面向用戶的基本操作對話環(huán)境和虛擬樣機(jī)分析的前處理功能，其中包括樣機(jī)的建模和各種建模工具、樣機(jī)模型數(shù)據(jù)的輸入與編輯、與求解器和后處理等程序的自動連接、虛擬樣機(jī)分析參數(shù)的設(shè)置、各種數(shù)據(jù)的輸入和輸出、同其他應(yīng)用程序的接口等。，ADAMS / View采用了Windows風(fēng)格的操作界面和各種操作習(xí)J慣，使得ADAMS / 。ADAMS / Solve:是求解機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動和動力學(xué)問題的程序。完成樣機(jī)分析的準(zhǔn)備工作以后，ADAMS/View程序可以自動地調(diào)用ADAMS / Solver模塊，求解樣機(jī)模型的靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)問題，完成仿真分析以后再自動地返回ADAMS / View操作界面。因此，一般用戶可以將ADAMS/Solver的操作視為一個(gè)“黑匣子”，只需熟悉ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個(gè)分析過程。 ADAMS仿真分析結(jié)果的后處理，可以通過調(diào)用后處理模塊ADAMS/ Postprocessor來完成。ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當(dāng)強(qiáng)的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制各種分析曲線。除了可以直接繪制仿真結(jié)果曲線以外，ADAMS / Postprocessor還可以對仿真分析曲線進(jìn)行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算?？梢暂斎雽?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)曲線，并同仿真結(jié)果進(jìn)行比較?？梢赃M(jìn)行分析結(jié)果曲線圖的各種編輯。一般ADAMS分析功能如下:(1)可有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與力。例如可以利用ADAMS來模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動、力與力矩。還可應(yīng)用ADAMS進(jìn)行整個(gè)車輛或懸架系統(tǒng)道路操縱性的研究。(2)利用ADAMS可模擬大位移的系統(tǒng)。ADAMS很容易處理這種模型的非線性方程，而且可進(jìn)行線性近似。(3)可分析運(yùn)動學(xué)靜定(對于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度)系統(tǒng)。(4)對于一個(gè)或多自由度機(jī)構(gòu)，ADAMS可完成某一時(shí)間上的靜力學(xué)分析或某一時(shí)間間隔內(nèi)的靜力學(xué)分析。(5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運(yùn)動以及模擬控制系統(tǒng)的能力。(6)利用ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或ADAMS/Control與MATLAB一起可以方便地進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真。DADS與ADAMS同屬機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。但ADAMS軟件是專門針對汽車及懸架開發(fā)，在模擬和仿真汽車及懸架系統(tǒng)方面比其它的軟件方便得多。 手部模型的建立：（1）機(jī)械手中所有零部件都認(rèn)為是剛體。（2）零部件之間的所有連接都簡化為鉸鏈。內(nèi)部間隙不計(jì)；（2）各運(yùn)動副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)。由于本文所設(shè)計(jì)的手部機(jī)構(gòu)難以用來建模，因此選用它的等效機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真。將機(jī)械手的手部抽象出來，對其進(jìn)行建模。 機(jī)械手約束副圖本圖創(chuàng)建的是機(jī)械手的運(yùn)動模型，夾持點(diǎn)到手指旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離為100mm,通過旋轉(zhuǎn)副，直線副，固定副來約束機(jī)械手的各部件，再給活塞桿一個(gè)驅(qū)動力，可以實(shí)現(xiàn)手部直線運(yùn)動帶動手抓張合運(yùn)動。對于手部的運(yùn)動仿真，為避免機(jī)構(gòu)自鎖，應(yīng)考慮活塞桿的實(shí)際運(yùn)動范圍，本設(shè)計(jì)中，活塞桿的運(yùn)動范圍是34mm。（a）(b)(c)對機(jī)械手的張開進(jìn)行仿真后，可以用曲線的形式輸出仿真結(jié)果。在ADAMS/View中可以測量模型的任意參數(shù)，如：物體任意點(diǎn)的位移、速度、加速度等，約束副的相對位移、相對速度、相對加速度以及所受的力和力矩等。下面分別對機(jī)械手的活塞桿進(jìn)行力、速度、加速度、位移進(jìn)行曲線輸出。該曲線圖是在一個(gè)恒定的驅(qū)動力的作用下，設(shè)置時(shí)間為5秒，設(shè)置時(shí)間為5秒，設(shè)置時(shí)間為5秒，以下為活塞桿的位移變化曲線圖， 本章小結(jié)通過本章，對機(jī)械手的手部進(jìn)行了建模，并對結(jié)果以曲線的形式輸出仿真結(jié)果。對于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本的物體。對于復(fù)雜形狀的物體，可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件（如：Pro/e）中輸入零件模型。8 結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識。使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過程，通過對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)，也學(xué)會了使用ADAMS軟件創(chuàng)建模型，并使用ADAMS軟件對機(jī)械手進(jìn)行簡單的運(yùn)動仿真。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動做了系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中沒有涉及到機(jī)械手的控制問題，對這方面有點(diǎn)模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。 本次設(shè)計(jì)的是輕型平動搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)，相對于通用機(jī)械手，因此，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)成本低廉，專用性比較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。采用液壓傳動，液壓出力大，臂力可達(dá)1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使機(jī)械手用途更廣，定位精度一般非常高，在1mm內(nèi)。 該機(jī)械手選擇配置二指夾持手指，抓取一般棒料。必要時(shí)可以更換手抓，抓取箱體等。 本次設(shè)計(jì)只對機(jī)械手的手部進(jìn)行了運(yùn)動模擬仿真，對虛擬樣機(jī)還只是處于了解階段，做的運(yùn)動仿真難免有錯(cuò)誤之處。 由于經(jīng)驗(yàn)知識水平的局限，設(shè)計(jì)難免有不到之處，望讀者見量，指正。致 謝在本論文的工作中，自始自終得到了西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院沈云波老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于律己寬以待人的做人風(fēng)范是作者終身學(xué)習(xí)的榜樣。另外導(dǎo)師們的課題組活躍的學(xué)術(shù)風(fēng)氣、學(xué)術(shù)觀點(diǎn)與為人上的坦誠也深深的感染了作者，使作者獲得了太多的啟發(fā)，在此特表深深謝意！在課題研究的整個(gè)過程中，沈云波老師一直給予了悉心的指導(dǎo)與幫助。在同他的合作中取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)他豐富的理論知識及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)、對待學(xué)術(shù)問題的科學(xué)態(tài)度令作者欽佩。在此表示由衷的感謝！ 在進(jìn)行機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，和我一起研究探討的舍友表示感謝。也對這四年來給予了我各方面極大支持及鼓勵(lì)機(jī)械學(xué)院老師表示感謝。最后向其他關(guān)心我支持我的老師、朋友、同班同學(xué)一并表示感謝。參考文獻(xiàn) 劉明保 ，, 李超，2003 陸祥生 ，, ：北京理工大學(xué)出版社,1992 , , ,2001，4 ,1999，4 金茂青，曲忠萍，,2001，2 （機(jī)械手）,1999，5 ，2004. 張軍， ,：21 濮良貴，：高等教育出版社, 王國強(qiáng). 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAM S 上的實(shí)踐[M ]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2002. 王成，2004，6 ： ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. 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