基于Pro_E与ADAMS管道机器人设计仿真

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1、基于Pro/E 与ADAMS 管道机器人设计仿真*张美艳1韩小秋2(1沈阳工业大学机械工程学院,沈阳110870(2哈尔滨工业大学(威海机械工程系,威海264209Design &simulation of a piping robot based on Pro/E and ADAMSZHANG Mei-yan 1,HAN Xiao-qiu 2(1College of Mechanical Engineering ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110870,China (2Department of Mechanical Engine

2、ering ,Harbin Institute of Technology at Weihai ,Weihai 264209,China 文章编号:1001-3997(201107-0022-03【摘要】针对ADAMS 分析能力强大、建模功能弱的特点,运用Pro/E 创建机器人虚拟样机,基于Pro/E 与ADAMS 对机器人进行联合仿真。主要介绍了联合仿真技术,指出样机导入过程中需要注意的关键问题,利用接口模块Mechanism/Pro 对管道机器人进行了联合仿真,研究分析了机器人在管道内的运动特性,并对弹簧预紧力与样机驱动轮直径进行了优化。仿真结果表明,所设计的管道机器人能够满足设计指标要求

3、,其结论可作为研制管道机器人物理样机的理论依据。关键词:虚拟样机;联合仿真;管道机器人;ADAMS ;优化【Abstract 】In view of the powerful analyzing yet weak modeling features of ADAMS ,a virtual proto -type was established by applying Pro/E and a simulation,which is based on Pro/E and ADAMS ,was done to the proposed robot.The co-simulation technolo

4、gy was introduced and the key problems during the process of virtual prototype being guiding into the ADAMS to be paid attention were pointed out.By applying an in -terface module Mechanism/Pro ,a co-simulation of the piping robot is carried out ,then the motion charac -teristics of the piping robot

5、 in pipeline is researched &analyzed and optimization on the spring preload and the driving wheel diameter of the prototype is done as well ,which results show that the designed piping robot can meet the design requirements ,thus its conclusions obtained could be regarded as the theoretical basis fo

6、r the development of physical prototype.Key words :Virtual prototype ;Co-simulation ;Piping robot ;ADAMS ;Optimize中图分类号:TH12,TP242.3文献标识码:A*来稿日期:2010-09-04*基金项目:机器人技术与系统国家重点实验室开放基金资助(SKLRS2009MS071引言随着计算机技术的发展及多体系统动力学理论的日臻成熟,尤其是人们对于机械产品设计短周期、低成本的要求,使得虚拟样机技术得到高速发展并获得广泛应用。虚拟样机技术以进行机械系统运动学和动力学分析为核心,集成了

7、多体系统动力学理论成果、参数化的建模工具、功能强大的后处理模块及可视化界面,极大地提高了仿真分析的效率1-2。虚拟样机技术的应用,可减少试验样机的数量,缩短产品开发周期,降低开发成本,提高产品市场竞争力,满足人们在物理样机前的虚拟设计与分析要求。Pro/E 具有强大的三维造型设计功能,而ADAMS 是专门进行动力学分析的软件,利用接口模块Mechanism/Pro ,将Pro/E 与ADAMS 结合来开发复杂机械系统的虚拟样机,是当前较实用的仿真方案3-4。基于Pro/E 与ADAMS ,对管道机器人进行联合仿真分析,研究其在管道内运行特性,为物理样机的研制提供理论依据。2Pro/E 与ADA

8、MS 联合仿真技术Mechanism/Pro 是某公司为ADAMS 开发的Pro/E 专用接口模块,作为一个子菜单挂接在Pro/E 环境中,可实现两者间的无缝联接5。用户可在熟悉的Pro/E 环境下,利用Mechanism/Pro 模块设置定义装配完的三维模型,添加完简单约束后即可导入到ADAMS 环境。3机器人虚拟样机建模及简化机器人驱动系统主要由电机控制单元、行走单元、预紧变径单元及弹簧缓冲单元组成,其结构组成示意图,如图1所示。其中,预紧变径单元主要是为了实现机器人对管径的自适应性,而弹簧缓冲单元除了实现机器人的柔性变径,避免刚性联接带来的冲击外,还可适应管径微小变化,提高机器人在管内运

9、行平顺性。机器人在管内行走时,各行走单元行走轮由于预紧变径单元预紧作用而紧紧压在管道内壁上。受到各驱动电机驱动,行走轮将与管道内壁发生相对滑动,产生与机器人行进方向一致的摩擦力,机器人正是靠这一摩擦力实现在管道内的行走。ADAMS/View 中的零件库只能创建形状简单的物体,三维实体建模并不是ADAMS 的强项,所以选择在Pro/E 环境下建立管道机器人零部件并在其装配模块完成机器人虚拟样机的装配,然后通过接口软件MECHANISM/Pro 设置定义后导入到ADAMS 环境中对虚拟样机进行仿真分析,以便真实地预测物理样机的工作性能。在虚拟样机建模过程中,要包含零件所有信息是没必要的,Machi

10、nery Design &Manufacture机械设计与制造第7期2011年7月22常对虚拟样机进行简化,忽略一些次要的零件及因素,而保留关键零件及基本运动约束参数6。在Pro/E下建立机器人零件图并装配,简化后的虚拟样机,如图2所示。12345图1驱动系统结构组成示意图1.预紧变径单元2.驱动轮3.同步带4.行走驱动单元5.管道内壁6.机器人本体7.丝杠螺母8.压力传感器4样机设置及导入4.1定义刚体样机导入ADAMS之前,必须先将零件定义为刚体。定义刚体时,为简化计算可以将模型中相对静止的零件定义为一个刚体,以减少约束副个数,提高样机仿真速度和仿真质量7。在Mechanism/ Pro环