余锋[1]2003年在《基于虚拟样机技术的专用机器人动力学研究》文中研究说明首先本文简要地介绍了焊接机器人及计算机仿真技术的发展及现状，并对多体系统动力学的发展作了扼要的论述。 然后利用旋量理论推导了水轮机修复机器人六自由度手臂的动力学方程，并对此专用机器人动力学进行分析。可知机器人各关节所受的力矩与机器人的自由度之间有着密切的关系。为后面的基于机械系统动力学软件ADAMS的仿真分析提供了理论基础。 基于叁维参数化软件Pro／E建立了水轮机修复机器人的简化实体模型，然后通过ADAMS软件的接口，将虚拟样机输入到ADAMS中去。这样就在ADAMS中建立仿真模型，分别模拟两种不同工况下的受力情况。 为了真实再现机器人工作时的情况，首先，通过动力学仿真，使得机械手在作业时以匀速度通过一条最具有普遍意义的轨迹线。从而求得机器人关节空间中各关节的运动轨迹。并以此为基础建立关节空间各关节的运动轨迹函数。然后，分两种不同工况分别进行一系列动力学仿真，求出机器人各关节的所受的力和力矩。并在对打磨模型的仿真结果进行数据分析后，验证此焊接机器人不仅可以用于焊接作业，而且还可以进行打磨作业，消除了人们原来的疑虑。最后，对影响机器人关节力矩较大的因素，也就是机械手各杆件质心进行敏感性分析，为优化机器人的设计提供确实可信的数据。
李坤[2]2007年在《钻机减速器箱体专用焊接机器人的研究与仿真》文中研究指明从21世纪先进制造技术发展来看,焊接自动化生产己是必然趋势。在焊接生产中采用机器人技术,可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化。采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。本文主要针对减速器箱体类零件结构类似、尺寸各异,焊缝长、单条焊缝宽等特点,进行了专门针对减速器箱体焊接的专用焊接机器人的方案设计,设计的专用机器人采用模块化设计,具有通用性强,经济性好等特点,而后针对设计方案分别采用D-H法和拉格朗日方法,对机器人的运动学和动力学进行分析,建立了机器人整体结构的运动学、动力学模型,使用Pro/E软件建立了机器人的实体模型,利用接口软件MECHANISM/Pro将实体模型导入机械系统动力学软件ADAMS中,通过添加约束、驱动等形成机器人的仿真模型,按照设定的末端焊枪运动轨迹,对焊接过程进行运动学、动力学仿真,并研究了机器人的运动学和动力学指标在仿真过程中的变化情况。通过仿真,验证了机器人结构设计方案的合理性以及运动学、动力学方程的规范性和正确性,为以后进一步对机器人的本体结构设计、稳定性的研究、轨迹规划及控制系统的设计等提供了真实有效的仿真实验数据。利用虚拟样机技术,为物理样机的研制提供了充分的数据,达到了降低设计费用、缩短设计周期,提高设计质量的目的。
肖家栋[3]2009年在《欠驱动机器人虚拟样机建立及实时仿真系统研究》文中指出本文分析总结国内外机械系统设计及控制仿真技术方面的发展,结合实际欠驱动机器人原型机开发的要求,自主开发机器人实时仿真系统,并将虚拟样机技术引入到欠驱动机器人动力学建模中。软件编写采用模块化方法,整体采用多学科软件融合的方法来达到功能要求,多学科软件融合的价值在于大大地拓广了系统的数字分析的能力。系统平台开发采用ADAMS软件设计虚拟样机动力学模型,利用Matlab软件设计仿真控制器,对硬件的驱动控制及系统操作平台在VC++软件中设计完成。利用Matlab计算引擎技术和VC++与Matlab混合编程技术开发人机界面及连接各模块的接口,这样不仅降低了编程难度,而且将多个学科的软件充分集成。实际应用过程中,系统主要实现对实体机器人的控制调试,设计实时控制算法;软件能够与Matlab相连,从而实现欠驱动双足机器人理论步态仿真、控制方法开发以及实验研究;联合仿真在理论分析与原型机开发之间建立充分的联系,能够有效支持机械结构和控制算法设计。本文完成了欠驱动步行机器人开放式通用实时仿真系统的开发,能完成硬件系统控制、仿真分析、实验测试等功能,对欠驱动双足机器人仿真、控制算法的开发以及实验研究具有重要的应用价值。
刘静[4]2005年在《挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究》文中研究表明针对挖掘机高效、节能和智能化的发展趋势,结合我国传统挖掘机行业新产品开发周期长、成本高、对挖掘机产品的评价和设计手段落后等现状,本文以863项目“非结构环境移动机器人的集成化智能控制关键技术研究(编号:2001AA422130)”和国家自然科学基金重点项目“机械广义优化设计理论、方法、技术及其实现和应用(编号:59635150)”为依托,首次运用虚拟样机这一近年来得到快速发展的先进技术开展挖掘机的高效、节能和智能控制技术的研究。重点研究开发一个集成多领域系统模型的挖掘机虚拟样机环境,作为挖掘机综合性能仿真评估平台,用于挖掘机节能和智能化策略的分析及优化,提高挖掘机的作业效率、节能效果和自动化水平。主要研究内容和特色如下: 1、针对挖掘机器人机、电、液和信息一体化的发展特点,提出挖掘机器人虚拟样机的建模策略和框架。根据抽象建模的需要将挖掘机器人分为有机关联的单学科系统级模型,即:动力学、机械、液压和控制四个子系统模型,为了得到一个综合的性能仿真平台,提出动力学、机械、液压、控制一体化建模技术。基于各个子系统的功能确定系统之间的参数传递关系,通过子系统模型的参数关联集成,以及数据接口设置,将各个子系统模型在ADAMS环境中实现集成,构成挖掘机器人的虚拟性能测试平台,以能够在此平台上对挖掘机器人的动力学、液压、控制系统进行仿真分析。 2、分别利用D-H方法和Newton-Euler方法推导了挖掘机器人运动学和动力学理论模型,在此基础上利用动力学分析软件ADAMS建立挖掘机器人的参数化机构仿真模型,利用叁维造型软件Pro/E建立了挖掘机器人的机械部件模型并与ADAMS参数化机构模型进行集成,构成机械系统模型,在此模型上可以进行运动学和动力学可视化仿真分析。 3、针对现有挖掘机液压系统模型中液压缸子模型未能考虑因挖掘机不同位姿变化带来的质量分布以及外负载参数的变化,从而造成液压系统仿真模型误差较大的问题,提出了基于虚拟样机动力学解算的液压系统仿真模型的建模方法。由此得到的液压系统模型由于关联了系统动力学响应及外负载的变化,液压系统的状态参量与机构动作同步变化,可以更加真实精确地模拟挖掘机的工作状态。在此基础上建立了挖掘机器人节能控制和伺服控制系统模型,并在ADAMS中实现与液压系统模型的参数关联集成。 4、对数字化虚拟样机的精确性进行了研究和评估。针对挖掘机器人虚拟样机模型系统的复杂性,提出了定性分析和定量验证相结合的方法。定性分析主要是看仿真结果是否明显与基本物理定律矛盾,或与边界条件约束冲突。在定性分析的基础上进行定量验证,通过对模型中机构尺寸和约束进行验证保证了机构动力学模型的精确性。在此基础上验证液压系统和控制系统模型的精确性,分空载和加载两种工况分别设计单关节动作试验方案,在保证模型与实际系统初始运动姿态以及输入信号相同的条件下,测量关节运动位移、
潘新安[5]2007年在《大型喷浆机器人的动力学分析研究》文中认为本论文主要对山东科技大学机器人中心研制的大型喷浆机器人的动力学分析方面的问题进行了探讨。该机器人具有八个自由度，是一种具有冗余自由度的机器人。本文探讨了叁维造型软件UG的特点，针对动力学仿真分析和有限元分析使用的目的总结了若干建模技巧，建立了大型喷浆机器人的叁维几何模型。结合D-H方法及牛顿—欧拉方法建立了机器人的动力学模型，为机器人的控制及仿真等工作提供准确了理论分析模型。把UG建立的几何模型导入机械系统动力学仿真分析软件MSC.ADAMS中，进一步建立了机器人的虚拟样机模型，在仿真过程中探讨了由操作空间到关节空间再到驱动空间的映射问题，并借助ADAMS软件实现了这一过程，导出了虚拟样机分析的结果，得到了一系列感兴趣的关节的力，并输出了Nastran格式的有限元动态载荷。探讨了有限单元法的基本原理及进行有限元建模的原则及技巧，给出了机器人基臂和伸臂部分的有限元模型，进行了静力分析，直观地得出了这两个部件在最恶劣工况下的应力分布情况，为改进强度设计提供了依据。进行模态分析，得出了基臂和伸臂的前十阶模态，直观地了解了结构的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况，分析了两种接近固有频率的振动源，并对伸臂的壳体单元部分作了优化设计，为以后的改进设计和相关实验提供了依据，为后续的动力分析提供了基础。
张锦荣[6]2007年在《基于虚拟样机技术的四足机器人仿真研究》文中研究指明四足机器人有很强的环境适应性和运动灵活性，可广泛运用于抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等领域，因此，对四足机器人的研究已成为机器人研究领域的重要课题。但是四足机器人的结构复杂，在用传统的机械系统实物试验研究方法设计四足机器人时，不仅周期长，成本大，而且设计过程中计算量巨大，直观性较差，为了提高四足机器人设计的效率和可靠性，本文采用虚拟样机技术对四足机器人进行仿真研究。论文的主要内容包括： 1．简要分析了虚拟样机技术和四足机器人国内外发展的现状和趋势。提出并阐述了一种四足机器人的设计方案及其研究意义。 2．建立了该机器人的运动坐标体系，及其等效简化结构的多刚体动力学模型，对上述模型进行了运动学和动力学分析，给出了该机器人的运动学、逆运动学方程和雅可比矩阵，并导出了其简化结构多刚体系统的第二类Lagrange动力学方程组。为后面的基于虚拟样机的仿真分析提供了理论基础。 3．参照四足机器人实际的几何参数、物理特性，借助Solidworks软件建立了叁维实体模型，并通过专用的接口模块ADAMS／Exchange将该模型导入ADAMS平台，施加约束，建立虚拟四足机器人的仿真模型。 4．进行四足机器人仿真。采用规划好的四足机器人步态，在ADAMS环境下，对虚拟的四足机器人进行仿真，获取一系列重要的结果，验证了方案和结构设计的合理性，也为提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息。
于文彬[7]2009年在《基于虚拟样机技术的危险区域探测机器人运动学及动力学分析》文中研究说明近年来,煤矿安全生产问题引起了社会的广泛关注,我国政府更是加大力度对各级煤矿进行整顿和规范。除了规范管理之外,还要采用先进的技术和设备用于矿难的救护工作。在煤炭事故发生后,急需一种能够代替救护队员第一时间进入灾区完成现场探测的设备,将现场的环境参数检测出来并将数据传回指挥中心,以减少救护队员因到未知地区进行探测而造成伤亡。作为煤矿救灾机器人的研究,本课题研究的目的,就是要研究一种能遥控进入人员不宜进入的危险场所,侦察现场情况的探测机器人。本文介绍了山东大学自主研发的SDU-LURKER系列危险区域探测机器人。首先介绍了研发LURKER课题的来源、背景、意义及国内外研究的现状。了使大家对机器人平台有直观的认识,介绍了机器人的机械结构和内部驱动结构。同时,介绍了课题设计的方案及指标。本论文构建了危险区域探测机器人运动学和动力学模型,并基于运动学模型提出了机器人水平直线运动和水平转弯运动的轨迹控制;基于动力学模型可以使实现一套应对不同障碍物如斜坡、楼梯、陡直障碍等的越障或避障策略。文中给出了较为详细的运动学和动力学的分析、推导,并将结果实现成算法并应用于机器人实体上。文章还利用近年来比较热门的虚拟样机技术,在ADAMS(机械系统动力学自动分析)平台上分析机器人的运动学和动力学方程,并将一些算法进行仿真,得到大量仿真数据,以判断是否适合机器人本体环境。最后将研究的算法应用于机器人实体上进行实验,得出机器人实体的实验数据,真正实现了从理论到实践的过渡。在文章的最后,根据理论计算、软件仿真和机器人实体的实验结果进行总结,评价该算法在机器人样机的优缺点及改进思路。
田娟[8]2012年在《基于虚拟样机技术的移动机器人越障性能研究》文中研究说明本论文首先对移动机器人的分类进行了简单介绍，分别指出了轮式（单轮式、双轮式、四轮式）、腿式、复合式（轮腿复合式、轮腿履复合式）等各种不同构型的移动机器人的优缺点，进而介绍了各种移动机器人在国内外的发展状况、研究成果以及应用前景；较系统地对虚拟样机技术的概念，以及其在产品开发中的优越性进行了阐述，并对虚拟样机应用软件中的ADAMS进行了详细的分析介绍，说明了它在机械系统动力学仿真技术中的广泛应用能力。然后完成了移动机器人的总体方案设计和机械本体设计。通过分析、比较国内外各种移动机器人的移动方案，本论文提出了一种轮腿结合、独立驱动的移动机构方案。该机器人结构设计系统能够满足预期的设计要求，并初步实现了预期所要具备的功能。可应用于室内结构环境和室外非结构环境中，如侦察、探测、反恐、排爆等危险作业。通过UG叁维建模软件对该机器人进行叁维实体结构建模，运用虚拟样机软件ADAMS，采用牛顿欧拉法，对处于几种典型路况下的移动机器人建立了动力学模型。针对抽象出的含有特殊障碍的不同地形，对机器人平地行走、爬坡、跨沟、翻越凸台等越障运动进行了仿真，并分别进行了机器人爬坡、越沟等多种障碍路况的仿真试验。通过对机器人越障能力与驱动力的数据分析对比，找到二者之间的关系；通过对机器人主要运行状态和运动稳定性的分析，找到了机器人爬坡时的最佳运动模式；通过分析机器人在其他障碍路况的运行情况，说明该轮腿复合式移动机器人具有一定的越障能力，从而验证了该机器人的结构设计满足课题要求的设计目标，能够实现预期的基本越障功能，同时也为进一步分析机器人在其他不同路况运动的动态特性提供了理论依据。
卢衷正[9]2015年在《基于虚拟样机技术的四足除草机器人结构设计和仿真》文中认为目前,化学除草作为主要的除草方法之一,虽然取得了比较显着的成效,但由于除草剂的广泛使用,也带来了很多问题。首先,大量除草剂的使用,造成了杂草的抗药性。其次,使用除草剂也会导致环境污染。针对这些问题,提出了除草机器人的除草方式。国内外对除草机器人的研究,大多数都是轮式和履带式除草机器人。轮式机器人在快速性、稳定性和易控性等方面拥有较大的优势,但缺点是必须在平整、连续的地面环境中移动。履带式机器人能在复杂地面行走,但是它的快速性和操控性不是很理想。而四足机器人集轮式和履带式机器人的优点于一身,不仅可以在复杂崎岖的地面行走,还可以跨越障碍,灵活性和环境适应能力很好,因此具备很高的研究价值。本文根据四足机器人在非规则农作物耕地进行机械除草的优势,采用虚拟样机技术设计符合农田除草要求的四足机器人结构,并进行模拟仿真。主要研究内容和成果如下：1.叙述了国内外除草机器人的研究进展；介绍了国内外农业机器人及除草机器人的现状；介绍了四足除草机器人的研究进展。2.四足除草机器人的结构设计：用Soildworks叁维软件设计一种适合在田间地面上行走的四足除草机器人。根据田间地面的情况,设计好机器人每个零件后,进入装配环节,对四足除草机器人所有的零件进行完整的装配。3.对四足除草机器人进行运动学和动力学分析：对机器人进行运动学和动力学分析,得出了机器人的正运动学,逆运动学方程和雅可比矩阵,并导出了其简化结构多刚体系统的第二类Lagrange动力学方程组。为后面的基于虚拟样机的仿真分析提供了理论基础。4.对四足除草机器人进行ADAMS仿真：在ADAMS中,需要对导入的简化后的四足除草机器人进行各个零部件编辑,让虚拟样机与物理样机具有相同或者是相近的物理特性,从而更好的进行实际模拟仿真。定义每个零部件的颜色、材料、质量和初始位置等相关属性。5.对四足除草机器人采用ADAMS联合Matlab进行仿真模拟：ADAMS负责完成联合仿真系统所需的机械模型,Matlab/Simulink用来建立联合仿具系统的控制部分。两者之间通过ADAMs/Controls(控制模块)连接起来,最后利用Matlab/Simulink的控制输出回到ADAMS中驱动机械模型,完成仿真。6.根据对四足除草机器人的运动学分析和动力学分析得到的数据以及ADAMS和Matlab中得到的数据进行分析,最后进行物理样机的研制。通过对四足除草机器人在ADAMS中运动过程的仿真,可以直接观察到四足除草机器人的实际的位姿情况,仿真过程和仿真结果图也能清楚的反映四足除草机器人运动曲线的变化情况,从而为将来实时控制提供数据依据。联合Matlab将复杂的控制添加到四足除草机器人的样机模型中,对整个四足除草机器人系统进行联合仿真。
宁芊[10]2006年在《机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究》文中指出机械工程与电子计算机、自动控制的协同集成，组成了种类多样的机电一体化(Mechatronics)产品或系统。这类产品在开发过程中常常会涉及到多个学科领域专家的协作，虚拟样机技术正是解决多专家协同设计的有效途径，同时，基于虚拟样机的设计思路也是解决机电一体化产品前期概念设计需求的有效方法。 本文在分析机电一体化产品设计对虚拟样机技术需求的基础上，论述了虚拟样机设计原理、关键使能技术，进行了机电产品虚拟样机协同仿真支撑环境体系结构及其实施技术方法的探讨，着重研究了广义执行机构子系统动力学建模与仿真的原理及应用，机械-控制协同工作机制，仿真模型库组织结构及构建方法，以及机电一体化产品分布式协同仿真的基本原理和实现框架。论文的主要研究成果与特色如下： (1) 在分析机电一体化产品的组成与特点的基础上，阐述虚拟样机在机电一体化产品设计中的应用，包括设计方法、设计流程、机电虚拟样机的构成及特点等；并提出了一种基于虚拟样机技术的机电一体化产品设计闭环模型。 (2) 在分析机电一体化产品功能模型基础上，提出了一种将机电一体化产品按功能组成划分为广义执行机构与控制子系统的两子系统论，这样划分突出了机电一体化产品广义执行机构与控制的协同、集成特性；并对产品虚拟开发的过程模型进行描述，在此基础上，提出了一种面向机电一体化产品设计需要的虚拟样机支撑环境体系结构。 (3) 作为动力学特性建模与仿真分析的基础，分析了广义执行机构中驱
参考文献：
[1]. 基于虚拟样机技术的专用机器人动力学研究[D]. 余锋. 兰州理工大学. 2003
[2]. 钻机减速器箱体专用焊接机器人的研究与仿真[D]. 李坤. 华中科技大学. 2007
[3]. 欠驱动机器人虚拟样机建立及实时仿真系统研究[D]. 肖家栋. 吉林大学. 2009
[4]. 挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D]. 刘静. 浙江大学. 2005
[5]. 大型喷浆机器人的动力学分析研究[D]. 潘新安. 山东科技大学. 2007
[6]. 基于虚拟样机技术的四足机器人仿真研究[D]. 张锦荣. 西北工业大学. 2007
[7]. 基于虚拟样机技术的危险区域探测机器人运动学及动力学分析[D]. 于文彬. 山东大学. 2009
[8]. 基于虚拟样机技术的移动机器人越障性能研究[D]. 田娟. 内蒙古科技大学. 2012
[9]. 基于虚拟样机技术的四足除草机器人结构设计和仿真[D]. 卢衷正. 昆明理工大学. 2015
[10]. 机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究[D]. 宁芊. 四川大学. 2006
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