2基于Adams动态仿真的康复机器人虚拟运动学分析.pptVIP

基于Adams动态仿真的康复机器人虚拟样机设计 机电控制研究所 一、并联机器人简介 1、Steward Platform（斯图尔特平台） 1965年，英国的高级工程师Steward了解决飞行员训练问题，构思了一种具有六个分支的六自由度并联机构，提出基于该机构建造飞行训练模拟器，并对其运动学、工作空间、控制等问题进行了研究。后来，人们常把具有六个分支的六自由度并联机构称为Stewart平台或Stewart机构。 1978年 澳大利亚机构学教授Hunt 提出可以将并联机构作为机器人机构；从此，并联机器人的研制和开发工作就开始了，经过数十年的探索，并联机器人的研究已经从基础理论过渡到了实践之中，在机械业、航空业、矿山开采中的应用尤其广泛。 2、并联机器人的特点 并联 机 器 人的基本特征是安装工具的动平台由多个支路联结到固定平台，通过这些支路上的作动器(主动副)驱动动平台运动以改变动平台在空间的状态和位姿，从而实现工具相对工件(或目标)的进给运动。 二、康复机器人的虚拟样机技术 康复机器人是基于Steward Platform的一种并联机器人机构，上下平台之间由六个汽缸连接，通过控制汽缸的行程和速度来达到控制上平台空间位置和姿态，从而可以根据病人的实际情况来实施对脚部的按摩作用。 1、康复机器人的虚拟化 康复机器人的虚拟化指的是通过三维造型软件以及动力仿真软件 来建立系统模型并对系统各项动态性能指标进行分析，改进样机设计方案，可以大大简化机械设计过程，减少成本，缩短设备的研发时间。 在本次实验中，主要采用了Solidwork进行系统建模，然后导入Adams进行运动学和动力学分析的方法。 2、样机的模型的建立 （1）主要尺寸 上平台：短边对应圆心角 30 下平台：短边对应圆心角 30 长边对应圆心角 90 长边对应圆心角 90 外接圆半径125mm 外接圆半径185mm 上平台直径280mm 下平台直径400mm 汽 缸：采用SMC公司双向作用汽缸，型号为CDJ2B16-30A-C7 行程100mm （2）样机的三维建模 3、基于Adams的样机分析 虚拟样机仿真分析步骤如下： （2） 根据样机的运动特性以及性能要求，对装配体各部件 进行材料设置，并对连接的部件之间添加约束。 （3） 进行仿真前的最后检查：检查默认单位系统、重力设 置、调整坐标系、设置工作栅格等。 （4） 对装配体进行简单仿真，确定装配体各部件之间没有 相互干涉。 （5） 对各部件施加运动副或者力、力矩等，对装配体 进 行仿真，观察仿真结果，并与实验数据相比，对施加的驱动 进行优化设置，使其达到预期的实验效果。 在本项目中，运用Adams进行仿真的目的是确定上平台六 个自由度上 的运动极限。因此，本次仿真试验主要分为六个 过程，要确定的试验结果为：上平台在X、Y、Z三轴轴向上的 最大位移以及在绕X、Y、Z轴的最大转角。各个过程的优化仿 真结果如下： A、上平台在Z轴方向的最大位移（脚部的上下活动极限） B、上平台绕Z轴的最大转角（脚部的旋转） C、上平台沿Y轴负方向的最大移动距离（脚部的前进） D、上平台沿Y轴正方向的最大移动距离（脚部的后退） E、上平台绕Y轴的最大转角（脚部的侧转） F、上平台沿X轴方向的最大移动距离（脚部的侧向移动） G、上平台绕X轴的最大转角－1（脚部的翘起） H：上平台绕X轴的最大转角-2(脚部的背屈) 经过上述的优化仿真试验，可得实验结果如下 （单位：mm） 三、结论 通过运用虚拟样机技术，完成了对六自由度康复机器人机构的运动分析。由以上分析可以得到上平台达到六自由度上最大极限位置过程中六个汽缸的行程曲线，从而可以对汽缸进行控制以达到对上平台预期的位置控制。虚拟样机的应用，简化了机械设计过程，减少了实验成本，缩短了设备的研发时间。 * * 系 统 刚 度 重量比大