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FW MX 2004 之 Shapes 初体验(二)
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基于Pro/E和ADAMS的少自由度并联机构运动仿真
少自由度并联机构是国际上机器人学研究的热点之一，构造出具有良好性能的少自由度并联机器人的众多构型，以便根据应用要求选择不同性能的机构，是并联机器人机构中的一项重要任务，当前众多研究人员的研究方向都集中于构建新型的少自由度并联机构。根据理论研究出来的众多的少自由度并联机构还需要检验其运动的正确性，传统的方法是通过试验样机制造实物来验证，而近年计算机技术的广泛应用提供了新的方法，那就是虚拟样机技术，这包括了三维CAD建模技术和机械系统运动学等相关技术。 大型的商用动力学仿真软件ADAMS、SIMPACT等集成了最新的多体系统动力学理论成果、各种方便的建模工具、高效的求解器、功能强大的后处理模块以及可视化界面等，用它们来建立机械系统的仿真模型，可以将注意力放在改进模型设计上，而不必关心建立方程、求解方程这些在过去要耗费大量精力的工作，从而大大提高了机械系统仿真的效率。仿真首先要做的是建立少自由度并联机构精确的三维模型，此时用动力学仿真软件就有点力不从心了，特别是对于此类少自由度并联机构，各个运动副的空间几何结构和位置都对整个机构的运动有重大的影响，需要三维建模建立准确的模型。因此，需要借助于三维建模功能很强的CAD软件来建模。 这里以PTC公司的三维建模软件Pro/E和MDI公司的动力学仿真软件ADAMS相结合建立少自由度并联机构的运动仿真模型。首先在Pro/E中建立机构的三维模型，机构的安装位置为机构运动的初始位置。然后利用两个软件的接口程序Mechanism/Pro生成刚体和基本的运动副，把三维模型导入ADAMS进行进一步的完善，添加驱动和约束，进行运动仿真。在整个过程中，需要对建立模型等前续工作进行不断的修改和完善，才能生成所要求的少自由度并联机构的仿真模型。 一、少自由度并联机构的提出 少自由度并联机构新构型的提出有着不同的理论方法，本文中采用的为利用螺旋理论来分析新型少自由度并联机构。利用运动螺旋与力螺旋的对偶关系，以及运动与约束、运动螺旋与反螺旋的对应关系，建立复杂少自由度并联机器人机构类型综合的数学模型。因为并联机器人机构是由支链、动平台和静平 在少自由度并联机构中，三自由度移动并联机构有着广泛的用途。在很多工业应用中，三个方向的移动就已经满足要求，而使用传统的六自由度机构增加了机构的复杂性和控制的难度，因此直接应用三自由度移动并联机构非常合适。此处利用螺旋理论提出一种纯移动三自由度并联机构，通过此机构来说明利用Pro/E和ADAMS完成运动仿真的过程。如图1所示，此机器人支链为三条对称的RPC支链，通过螺旋理论和空间几何分析可得此并联机构动平台应具有三个纯移动自由度。 图1 三支链并联机构模型
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