【正文】 7 ADAMS 模型的建立與仿真　 （1） 虛擬樣機技術的基本概念虛擬樣機技術是指在產(chǎn)品設計開發(fā)過程中, 將分散的零部件設計和分析技術(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD 和FEA 技術) 糅合在一起, 在計算機上創(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行仿真分析, 預測產(chǎn)品的整體性能, 進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術。（2） 虛擬樣機技術常用軟件虛擬樣機技術在工程中的應用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機軟件實現(xiàn)的。國外虛擬樣機相關技術軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。目前有二十多家公司在這個日益增長的市場上競爭, 比較有影響的有美國機械動力學公司(M echan ical Dy2nam ics Inc1) 的ADAM S、比利時LM S 公司的DADS以及德國航天局的S IM PACK。其中美國機械動力學公司的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。由于機械系統(tǒng)仿真提供的分析技術能夠滿足真實系統(tǒng)并行工程設計要求, 通過建立機械系統(tǒng)的模擬樣機, 使得在物理樣機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)外機械領域的重視。 ADAMS軟件該軟件己在全世界數(shù)以千計的著名大公司中得到成功的應用。國外的一些著名大學也已開設了介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國機械動力公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的最優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是世界上最具權威性的，使用范圍最廣的機械系統(tǒng)動力學分析軟件。用戶使用ADAMS軟件，可以自動生成包括機——電——液一體化在內(nèi)的、任意復雜系統(tǒng)的多體動力學數(shù)字化虛擬樣機模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設計、方案論證、詳細設計、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計算分析結果，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質量及競爭力的目的。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軟件作為機械專業(yè)學生必須了解的工具軟件。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料，ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬美元的51%份額。ADAMS一方面是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型機械系統(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，工程師通過應用ADAMS軟件會收到明顯效果:(1)分析時間由數(shù)月減少為數(shù)日；(2)降低工程制造和測試費用；(3)在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設計錯誤，完善設計方案；(4)在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機數(shù)量；(5)當進行物理樣機測試有危險、費時和成本高時，可利用虛擬樣機進行分析和仿真；(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與先進的CAD軟件 (UG, PRO/E)以及CAE軟件(ANSYS)可以通過計算機圖形交換格式文件相互交換以保持數(shù)據(jù)的一致性。ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時間和經(jīng)費。利用ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進行設計研究、試驗設計和優(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用的附加程序模塊，例如:ADAMS/Car(轎車模塊)、ADAMS/Rail(機車模塊)、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個基本解題程序模塊中，ADAMS / View提供了一個直接面向用戶的基本操作對話環(huán)境和虛擬樣機分析的前處理功能，其中包括樣機的建模和各種建模工具、樣機模型數(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、虛擬樣機分析參數(shù)的設置、各種數(shù)據(jù)的輸入和輸出、同其他應用程序的接口等。，ADAMS / View采用了Windows風格的操作界面和各種操作習J慣，使得ADAMS / 。ADAMS / Solve:是求解機械系統(tǒng)運動和動力學問題的程序。完成樣機分析的準備工作以后，ADAMS/View程序可以自動地調(diào)用ADAMS / Solver模塊，求解樣機模型的靜力學、運動學或動力學問題，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“黑匣子”，只需熟悉ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個分析過程。 ADAMS仿真分析結果的后處理，可以通過調(diào)用后處理模塊ADAMS/ Postprocessor來完成。ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當強的后處理功能，它可以回放仿真結果，也可以繪制各種分析曲線。除了可以直接繪制仿真結果曲線以外，ADAMS / Postprocessor還可以對仿真分析曲線進行一些數(shù)學和統(tǒng)計計算。可以輸入實驗數(shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結果進行比較。可以進行分析結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構的運動與力。例如可以利用ADAMS來模擬作用在輪胎上的垂直、轉向、陀螺效應、牽引與制動、力與力矩。還可應用ADAMS進行整個車輛或懸架系統(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，而且可進行線性近似。(3)可分析運動學靜定(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)對于一個或多自由度機構，ADAMS可完成某一時間上的靜力學分析或某一時間間隔內(nèi)的靜力學分析。(5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運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一起可以方便地進行機電一體化系統(tǒng)仿真。DADS與ADAMS同屬機械系統(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）機械手中所有零部件都認為是剛體。（2）零部件之間的所有連接都簡化為鉸鏈。內(nèi)部間隙不計；（2）各運動副內(nèi)的摩擦力忽略不計。由于本文所設計的手部機構難以用來建模，因此選用它的等效機構進行運動仿真。將機械手的手部抽象出來，對其進行建模。 機械手約束副圖本圖創(chuàng)建的是機械手的運動模型，夾持點到手指旋轉點的距離為100mm,通過旋轉副，直線副，固定副來約束機械手的各部件，再給活塞桿一個驅動力，可以實現(xiàn)手部直線運動帶動手抓張合運動。對于手部的運動仿真，為避免機構自鎖，應考慮活塞桿的實際運動范圍，本設計中，活塞桿的運動范圍是34mm。（a）(b)(c)對機械手的張開進行仿真后，可以用曲線的形式輸出仿真結果。在ADAMS/View中可以測量模型的任意參數(shù)，如：物體任意點的位移、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。下面分別對機械手的活塞桿進行力、速度、加速度、位移進行曲線輸出。該曲線圖是在一個恒定的驅動力的作用下，設置時間為5秒，設置時間為5秒，設置時間為5秒，以下為活塞桿的位移變化曲線圖， 本章小結通過本章，對機械手的手部進行了建模，并對結果以曲線的形式輸出仿真結果。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 結論通過此次畢業(yè)設計，使我了解了機械手的很多相關知識。使我也了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術，了解了機械手設計的一般過程，通過對機械手的結構設計作了系統(tǒng)的設計，掌握了一定的機械設計方面的基礎，也學會了使用ADAMS軟件創(chuàng)建模型，并使用ADAMS軟件對機械手進行簡單的運動仿真。為以后的工作學習創(chuàng)造了一定基礎。 本次畢業(yè)設計只是對搬運機械手的結構和驅動做了系統(tǒng)的計算設計，設計中沒有涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學習中了解和掌握。 本次設計的是輕型平動搬運機械手設計，相對于通用機械手，因此，動作固定，結構簡單，同時成本低廉，專用性比較高，可實現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運工作。采用液壓傳動，液壓出力大，臂力可達1000N以上，且可用電液伺服機構，實現(xiàn)連續(xù)控制，使機械手用途更廣，定位精度一般非常高，在1mm內(nèi)。 該機械手選擇配置二指夾持手指，抓取一般棒料。必要時可以更換手抓，抓取箱體等。 本次設計只對機械手的手部進行了運動模擬仿真，對虛擬樣機還只是處于了解階段，做的運動仿真難免有錯誤之處。 由于經(jīng)驗知識水平的局限，設計難免有不到之處，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)大學機電工程學院沈云波老師的精心指導和親切關懷。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、嚴于律己寬以待人的做人風范是作者終身學習的榜樣。另外導師們的課題組活躍的學術風氣、學術觀點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！在課題研究的整個過程中，沈云波老師一直給予了悉心的指導與幫助。在同他的合作中取得了很大的進步，同時他豐富的理論知識及實際工作經(jīng)驗、對待學術問題的科學態(tài)度令作者欽佩。在此表示由衷的感謝！ 在進行機械手機械結構設計過程當中，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機械學院老師表示感謝。最后向其他關心我支持我的老師、朋友、同班同學一并表示感謝。參考文獻 劉明保 ，, 李超，2003 陸祥生 ，, ：北京理工大學出版社,1992 , , ,2001，4 ,1999，4 金茂青，曲忠萍，,2001，2 （機械手）,1999，5 ，2004. 張軍， ,：21 濮良貴，：高等教育出版社, 王國強. 虛擬樣機技術及其在ADAM S 上的實踐[M ]. 西安: 西北工業(yè)大學出版社, 2002. 王成，2004，6 ： ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. 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