基于ADAMS的爬杆机器人动力学仿真研究

摘要

爬杆机器人，不仅能够在各种危险的工作环境下替代人工作业，而且工作效率高、运行成本低，具有安全可靠等优势，其发展前景非常广阔。因此，爬行类机器人已经成为近年来研究的热门话题之一。本文所研究的爬杆机器人是在无障碍的杆表面进行快速爬行，通过相应传感设备能在杆上进行作业维修操作的新型机器人。
　　本课题选择以爬杆机器人作为研究对象，以现代机械设计理论为基础，通过对爬杆机器人各种工况的分析，合理设计其总体方案与结构;利用三维参数化软件PRO/E建立爬杆机器人的三维实体模型，在ANSYS环境下对其进行了模态分析，确定其固有频率值。并对其进行静力分析，通过观察受力云图发现该爬杆机器人的强度符合使用要求。再运用ADAMS软件建立该爬杆机器人的动力学仿真模型并进行仿真，获得了受力和速度的曲线图。研究结果表明，该机器人接触部分存在振动，但振动较小，对其运动不会产生太大影响;通过杆与摩擦轮受力分析，得出了该机器人的动载荷系数。
　　根据对参数的分析结果最终确定参数值，以避免机器人在研究开发过程中因需要频繁地改变设计而进行大量的实验所带来的高昂成本问题，进而提高机器人的设计质量和缩短了制造生产的周期，因此具有理论研究和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究背景

1．2 国内外机器人的研究现状

1．2．1 国外机器人的研究与应用现状

1．2．2 国内机器人的研究与应用现状

1．3 本课题研究内容与意义

1．3．1 本课题的主要研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

1．3．3 本课题的研究意义

1．4 本章小结

第2章 爬杆机器人总体方案设计

2．1 机器人总体方案

2．1．1 爬杆机器人的动力系统方案分析

2．1．2 选择电机

2．1．3 爬杆机器人的主体结构材料

2．2 机器人运动方案

2．2．1 爬杆机器人的常见运动方案对比

2．2．2 爬杆机器人的滚动爬行方案分析

2．2．3 爬杆机器人重量的确定

2．2．4 机器人爬行力学模型

2．2．5 摩擦轮与杆表面的贴合系数

2．3 本章小结

第3章 爬杆机器人关键部件有限元分析

3．1 爬杆机器人的工况分析

3．2 导向轮的模态分析

3．2．1 模态分析的基本理论

3．2．2 基于ANSYS的导向轮自由模态分析

3．2．3 基于ANSYS的导向轮约束模态分析

3．3 摩擦轮在ANSYS下的静力学分析

3．3．1 摩擦轮静态有限元的模型处理

3．3．2 摩擦轮系统的材料设置

3．3．3 模型的网格划分

3．3．4 模型添加约束和载荷加载

3．3．5 静态接触特性分析

3．4 本章小结

第4章 虚拟样机技术

4．1 虚拟样机技术的含义

4．2 虚拟样机技术的应用领域

4．3 ADAMS软件简介

4．4 多刚体系统动力学基本算法

4．4．1 多刚体动力学建模方法简介

4．4．2 ADAMS动力学建模方法

4．4．3 多刚体系统动力学方程

4．5 本章小结

第5章 爬杆机器人仿真及其分析

5．1 爬杆机器人的动力学模型建立

5．1．1 爬杆机器人几何模型的建立与装配

5．1．2 爬杆机器人组装结构的干涉情况分析

5．1．3 施加约束副

5．1．4 施加接触力及IMPACT函数参数的确定

5．1．5 设置地面

5．1．6 样机设置正确性检验

5．2 仿真结果与后处理分析

5．2．1 接触部分运动情况

5．2．2 滑块受力情况分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果