焊接機器人建模與仿真

XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY考核科目：機電系統(tǒng)仿真技術(shù)學生所在院（系）：機電工程學院學生所在學科：機械制造及其自動化考核題目：焊接機器人的建模與仿真學生姓名：賈川學生學號：1402210034學生班級：1月3日焊接機器人的建模與仿真以焊接機器人為例，介紹在ADAMS環(huán)境中進行模型建模和約束的添加，以及對建立好的模型進行仿真分析，對模型進行優(yōu)化。1模型分析焊接機器人（如圖1所示）由底座、軀干、肩構(gòu)件、手臂、手腕、機械手六部分構(gòu)成，各個構(gòu)件由旋轉(zhuǎn)副聯(lián)接。本焊接機器人有5個自由度，可以完成對復(fù)雜空間位置的工件的焊接工作。5l4i ，圖1焊接機器人模型如圖所示，機械手的位置由這些構(gòu)建間旋轉(zhuǎn)副旋轉(zhuǎn)角度決定，每個旋轉(zhuǎn)副將添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，并由電腦程序控制它們的遠動。在本章的實例中將介紹怎么在ADAMS2013中模擬焊接機器人的工作，進行運動學仿真，并測量機械手焊接點的位置變化曲線。2創(chuàng)建模型2.1啟動ADAMS并設(shè)置工作環(huán)境（1）啟動雙擊桌面上ADAMS/View的快捷圖標，打開ADAMS/View。在歡迎對話框中選擇“新建模型”，在模型名稱欄中輸入：welding_robot；在重力名稱欄中選擇“正常重力（-全局Y軸）”；在單位名稱欄中選擇偵MKSmm,kg,N,s,deg”。如圖3所示。圖3adams啟動設(shè)置界面圖 圖4網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置對話框(2)設(shè)置工作環(huán)境對于這個模型，網(wǎng)格間距需要設(shè)置成更高的精度以滿足要求。在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置下拉菜單中的工作格柵命令系統(tǒng)彈出設(shè)置工作網(wǎng)格對話框，將網(wǎng)格的尺寸(Size)中的X和Y分別設(shè)置成1000mm和1000mm，間距中的X和Y都設(shè)置成25mm。然后點擊“確定”確定。如圖4所表示。用鼠標左鍵點擊選擇(Select)圖標 ，控制面板出現(xiàn)在工具箱中。用鼠標左鍵點擊動態(tài)放大DynamicZoom)圖標*，在模型窗口中，點擊鼠標左鍵并按住不放，移動鼠標進行放大或縮小。2.2創(chuàng)建底座打開建模工具欄，單擊拉伸按鈕覲，將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成向后、長度設(shè)置成125mm，然后在圖形區(qū)依次選擇(-200,-200,0)、(200，-200,0)、(200,200,0)和4個位置，在選擇完第四個點時，單擊右鍵可創(chuàng)建一個拉伸體。在底座上單擊右鍵，在彈出的菜單【Part:PART_2】一【重命名】，在彈出的修改名稱對話框中輸入base。如圖1(a)所示。在工具欄按鈕中單擊打孔按鈕尊r將半徑設(shè)置成100，深度設(shè)置成100，然后單擊剛創(chuàng)建的拉伸體，在柵格原點附近創(chuàng)建孔，并在孔上右鍵，在彈出的菜單中選擇【HoleFeature:Hole_1】一【修改】，在對話框中，將中心坐標值設(shè)置成(0,0,0)，生成圖如1所示。圖1一底座構(gòu)件2.3創(chuàng)建軀干（1）按照第（2）步的方法，將工作柵格設(shè)置為XZ面，設(shè)置原點為底座上表面中心點。單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按鈕◎*，將選項設(shè)置成NewPart，Length設(shè)置成100，Radius設(shè)置成100，同時勾選，在圖形區(qū)單擊工作柵格的原點然后向下拖動鼠標，就可以創(chuàng)建一個圓柱體，創(chuàng)建的圓柱體更名為trunk，圖形如圖2所示。圖二軀干構(gòu)件（2）單擊幾何建模工具欄中的拉伸按鈕四，將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成圓心、長度設(shè)置成00mm，先選擇trunk件，然后在圖形區(qū)依次選擇（-25,0,0）、（-25,500，0）、（-50,500,0）、（-50,650,0）、（-25,650,0）、（-25,525,0）、（25,525,0）、（25,650,0）、（50,650,0）、(50,500,0)(25,500,0)、和(25,0,0)，在選擇最后一個點時，單擊右鍵，就可以創(chuàng)建一個拉伸體，如圖3所示。如果在選擇工作柵格的點時比較難選，可以按住鍵盤上的Ctrl鍵就會捕捉到工作柵格。圖3創(chuàng)建拉伸體單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按4,將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成200mm，半徑設(shè)置成25，在圖形區(qū)的(-100,600,0)處單擊鼠標左鍵，然后從左到右水平拖動鼠標創(chuàng)建一個圓柱體，如囹所示。單擊布爾求差按鈕i^1；，先單擊trunk件，再單擊圓柱體，就可以在圓柱體上打出一個圓孔。

圖4創(chuàng)建圓柱體2.4創(chuàng)建肩構(gòu)件⑴選取（0,600,0）為原點，單擊幾何建模工具欄中的拉伸按車戶，將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成圓心、長度設(shè)置成0,然后在圖形區(qū)依次選擇（-25,0,0）、（-25,300,0）、（-50，300,0）、（-50，400,0）、（-25,400,0）、（-25,325,0）、（25,325,0）、 （25,400,0）、 （50,400，0）、（50,300,0）、（25,300,0）、（25,0,0），在選擇完最后一個點時，單擊鼠標右鍵，就可以創(chuàng)建一個拉伸體，將新構(gòu)件的名稱更改為shoulder，如圖所二JhZ-圖5肩構(gòu)件（2） 單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按9,將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成100，半徑設(shè)置成25，先按住Ctrl鍵，在圖形區(qū)單擊（-50,0,0）和（50,50,0）兩點，創(chuàng)建一個圓柱體。然后單擊布爾求和按鈕lB，先單擊shoulder件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，將兩個構(gòu)件合為一個構(gòu)件。（3） 單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按雄，將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成200，半徑設(shè)置成12.5，在圖形區(qū)先單擊（-100，-375,0），再單擊（100,375,0），創(chuàng)建一個圓柱體，然后再單擊工具欄上的布爾求差按鈕0七先單擊shoulder件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，就在shoulder件上打出一個圓孔，最后構(gòu)件的外形如圖6所示。圖6肩構(gòu)件2.5創(chuàng)建手臂

（1）設(shè)置工作格柵原點為（0,375,0），方向為全局XY，單擊視角匚云。單擊幾何建模工具欄中的拉伸按鈕閩，將選項設(shè)置成圖7所示。然后在圖形區(qū)依次單擊（-25,-300,0）、（-25,800,0）、（25,800,0）和（25,-300,0）這四個點，然后將構(gòu)件重新命名為arm。拉"|新建部件創(chuàng)怪掄廓方云:rs拉"|新建部件創(chuàng)怪掄廓方云:rs3回閂臺圖7手臂拉伸體（2）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按心，將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成100，半徑設(shè)置成12.5,在圖形區(qū)先單擊，（-50，0,0），再單擊（50,0,0），創(chuàng)建一個圓柱體。然后單擊爾求和按鈕先單擊arm件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩個構(gòu)件合成一個件。（3）設(shè)置工作格柵，原點位置選取為（0,800,0），選項設(shè)置如圖8所示。單擊將圖形拖動到中心位置。單擊幾何建模工具欄中的拉伸按夠，將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成圓心、長度設(shè)置成0，然后在圖形區(qū)依次選擇（-10，0,0），（-10，-50,0），（10，-50,0），（10,0,0）在選擇完最后一個點時，單擊鼠標右鍵，就可以創(chuàng)建一個拉伸體。然后再單擊工具欄上的布爾求差按鈕&七，先單擊arm構(gòu)件，再單擊新創(chuàng)建的拉伸體，就在arm件上切除一個立方體。（4）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按鈕以土將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成15,半徑設(shè)置成25,在圖形區(qū)先單擊，（-25,0,0），再單擊（-10,0,0），創(chuàng)建一個圓柱體。然后單擊爾求和按鈕：酉;，先單擊arm件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩個構(gòu)件合成一個構(gòu)件。利用同樣的方法在（10,0，0），（25,0,0）創(chuàng)建圓柱體，并與arm合成一個構(gòu)件。（5）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按鈕◎土將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成100，半徑設(shè)置成12.5,在圖形區(qū)先單擊，（-50，0,0），再單擊（50,0,0），創(chuàng)建一個圓柱體。然后再單擊工具欄上的布爾求差按鈕?r先單擊arm構(gòu)件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，就在arm件上形成兩個圓孔，如圖3所示。圖8手臂聯(lián)接處的創(chuàng)建2.6創(chuàng)建手腕⑴單擊單擊幾何建模工具欄中的拉伸按非L將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成圓心、長度設(shè)置成50，然后在圖形區(qū)依次選擇（-10，-25,0）、（-10,175,0）、（10，175,0）、（10，-25,0）在選擇完最后一個點時，單擊鼠標右鍵，就可以創(chuàng)建一個拉伸體，將新創(chuàng)建的構(gòu)件重命名為wrist。

（2） 單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成50，半徑設(shè)置成12.5,在圖形區(qū)先單擊（-25,0,0），再單擊（25,0,0），創(chuàng)建一個圓柱體。然后單擊爾求和按品西L先單擊wrist，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩個構(gòu)件合成一個構(gòu)件，如圖9所示。（3） 單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按厘，將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件，長度設(shè)置成10，半徑設(shè)置成50，在圖形區(qū)先單擊（0,100,0），再單擊點（0,110,0），創(chuàng)建一個新的圓柱體，如圖13所示。然后再單擊單擊爾求和按鈕!0土先單擊wrist件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩個構(gòu)件合并為一個構(gòu)件。圖9件。圖9手腕構(gòu)件2.7創(chuàng)建機械手（1）單擊菜單設(shè)置工作格柵，在工作柵格對話框中，設(shè)置原點為0,175,0），方向為全局YZ，單擊按YZ，單擊按鈕，調(diào)整視圖方向。單擊幾何建模工具欄中的拉伸按鈕；，將選項設(shè)置成新建部件、輪廓設(shè)置成點、勾選閉合、路徑設(shè)置成圓心、長度設(shè)置頗，然后在圖形區(qū)依次選擇點（25,-30,0）、（40，-30,0）、（40，30,0）、（-40,30,0）、（-40,-30,0）、（-25,-30,0）、（-25,15,0）和（25，15,0）點，在選擇最后一個點時，單擊鼠標右鍵，就可以創(chuàng)建一個拉伸體，將新創(chuàng)建的構(gòu)件取名為hand。（2）設(shè)置工作格柵為全局XY，點擊視角方向目，單擊顯，在打孔選項中，設(shè)置半徑為5,長度為15,選擇hand構(gòu)件，點擊位置（0，-15,0），則形成一個圓孔。將視角切換到。4，點擊位置（0，-15，0），形成第二個孔。（3）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按"，將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件，長度設(shè)置成80，半徑設(shè)置成5，在圖形區(qū)先單擊（40,-15,0），再單擊點（-40,-5,0），創(chuàng)建一個新的圓柱體，如圖L3所示。然后再單擊單擊爾求和按鈕i&L先單擊wrist件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩個構(gòu)件合并為一個構(gòu)件。（4）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按應(yīng)*，將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件，長度設(shè)置成50，半徑設(shè)置成10，在圖形區(qū)先單擊（0,30,0），向上拉鼠標，創(chuàng)建一個新的圓柱體。然后再單擊單擊爾求和按鈕個構(gòu)件合并為一個構(gòu)件。鈕酉;，先單擊hand件，再單擊新創(chuàng)建的圓柱體，可以將兩體。然后再單擊單擊爾求和按鈕個構(gòu)件合并為一個構(gòu)件。（5）單擊幾何建模工具欄中的圓柱體按￡已將設(shè)置選項設(shè)置成新建部件、長度設(shè)置成150，半徑設(shè)置成3,在圖形區(qū)先單擊（0,80,0），向上拉鼠標，創(chuàng)建一個新的圓柱體。然后再單擊單擊爾求和按鈕，并為一個構(gòu)件，構(gòu)件如圖10所示。鈕應(yīng)L先單擊再單擊單擊爾求和按鈕，并為一個構(gòu)件，構(gòu)件如圖10所示。圖10機械手的創(chuàng)建3調(diào)整構(gòu)件的位置(1)點擊圖標此'，窗口顯示為YOZ面，點擊，"圖標，旋轉(zhuǎn)圖形方向，使底座朝下；單擊設(shè)置-工作格柵，選取原點為軀干與肩構(gòu)件旋轉(zhuǎn)副中心，設(shè)置工作格柵間距為圖10機械手的創(chuàng)建3調(diào)整構(gòu)件的位置(1)點擊圖標此'大小為1000*1000。按住Ctrl選擇手腕，機械手，手臂，肩構(gòu)件，點擊”圖標，將旋轉(zhuǎn)選項作如圖11中1的設(shè)置，選擇原點向外為旋轉(zhuǎn)矢量，則被選中圖形逆時針旋轉(zhuǎn)0度。單擊設(shè)置-工作格柵，選取原點為手臂與肩構(gòu)件旋轉(zhuǎn)副中心，設(shè)置工作格柵間距為25*25，大小為1000*10000按住Ctrl選擇手腕，機械手，手臂構(gòu)件，點擊，圖標，將旋轉(zhuǎn)選項作如圖11中2的設(shè)置，選擇原點向外為旋轉(zhuǎn)矢量，則被選中圖形順時針旋轉(zhuǎn)0度。最終機器人位置如圖11中3所示。

圖11構(gòu)件位置調(diào)整4添加約束(1)添加旋轉(zhuǎn)副由于創(chuàng)建的焊接機器人有五個自由度，所以需要添加五個旋轉(zhuǎn)副。選擇動態(tài)旋轉(zhuǎn)圖標將需要添加旋轉(zhuǎn)副的地方轉(zhuǎn)到合適的位置，通過選啟＞ 目調(diào)整到旋轉(zhuǎn)副視角,單擊圖標餐';，在底座、軀干、肩構(gòu)件、手臂、手腕、機械手之間分別添加旋轉(zhuǎn)副，如圖所示。

圖12在各構(gòu)件之間添加旋轉(zhuǎn)副(2)添加固定副在base和大地之間創(chuàng)建固定副。單擊工具欄中的:國;固定副按鈕，先單擊要添加固定副的兩個構(gòu)件，再單擊要添加固定副的位置，如圖13所示。圖13添加固定副添加驅(qū)動選擇視角圖標亡I0口卜把焊接機器人切換到旋轉(zhuǎn)副平面視角，點擊主工具欄圖標，在驅(qū)動選項中將速度設(shè)為選擇視角圖標亡I0口卜把焊接機器人切換到旋轉(zhuǎn)副平面視角，點擊主工具欄圖標，在驅(qū)動選項中將速度設(shè)為2,點擊joint-1到j(luò)oint-5，創(chuàng)建5個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，速度設(shè)置為5d，-2d，-2d，2d，5d,如圖14所示。圖14創(chuàng)建驅(qū)動5仿真與驗證測量每個旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動的角度選擇motion-5,右擊選擇測量，將測量選項設(shè)置為如圖15所示，再點擊確定，即可測量機械手相對手腕轉(zhuǎn)過的角度，用同樣的方法測量motion-1到motion-4。圖15 測量旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動角度選項設(shè)置(1)測量焊接點的位置單擊幾何建模工具欄中標記點按鈕4,選項設(shè)為添加到現(xiàn)有部件，方向全局

xy，在機械手焊接位置單擊，創(chuàng)建測量標記點。選擇該標記點，右擊選擇測量，分別測量xyz及幅值。選項如圖16所示。標記點|涼捫到現(xiàn)點凈件萬同I全局宜2]圖16測量焊接點設(shè)置(2)仿真驗證點擊主工具欄仿真選項圖標，結(jié)束時間設(shè)為5,步長0.02，選項設(shè)置如圖17點擊主工具欄仿真選項所示，單擊開始按鈕,進行仿真