“产品设计与虚拟样机”结课报告样本

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1、北京航空航天大学研究生课程考核记录2008－2009学年第一学期学号SY0807204姓名湛超越成绩课程名称：《产品设计与虚拟样机》论文题目：尺蠖的虚拟样机仿真任课教师评语：任课教师签字：考核日期：年月日22《产品设计与虚拟样机》课题：尺蠖的虚拟样机仿真姓名：湛超越学号：SY0807204班级：SY08072指导教师：郭卫东教授2009年2月15日22尺蠖的虚拟样机仿真摘要实验室在研究爬壁蠕虫机器人的时候曾提出要建立爬壁蠕虫机器人的虚拟样机，以期实现机器人的仿真运动及运动分析、动力学分析。由此我想到可以利用ADAMS软件对爬壁蠕

2、虫机器人进行建立虚拟样机和进行虚拟仿真。但是建立爬壁蠕虫机器人的虚拟样机比较困难，因为爬壁蠕虫机器人结构复杂，属于多关节机器人，其运动步态多种多样，从实验和理论上分析其步态都不是一件容易的事情，加之本人接触ADAMS时间较短，对ADAMS的了解还属于入门阶段。为此本文从简化问题和对所学知识实践两方面来考虑，把爬壁蠕虫机器人有多关节简化到尺蠖形态的三关节简单机器虫，目的是建立一个简单的虚拟样机使其可以虚拟尺蠖在虚拟的壁面上爬行。关键词：尺蠖、虚拟样机、ADAMS应用、仿真22目录1问题的分析42尺蠖虚拟样机建模52.1设置工作环境

3、52.2吸盘的建模与验证62.2.1接触（Contact）的仿真验证72.2.2吸盘压紧壁面产生吸附力的仿真验证92.2.3吸盘的简化模型112.3尺蠖机器人的简化建模122.3.1尺蠖机器人的简化模型122.3.2尺蠖的步态分析及关节函数143.3.3吸盘吸附力函数163尺蠖壁面爬行仿真分析17课程总结21参考文献22221问题的分析本问题来源于本科时的毕业设计。北京航空航天大学机器人所ARMS实验室在研制微小型爬壁蠕虫机器人的时候遇到了一些较难解决的问题。如在进行蠕虫机器人的一些验证实验的时候，由于未考虑到或者是未预测到蠕虫

4、在爬行的时候自由度会随着各个吸盘吸附、放气形成的闭链和开链而变化，从而因驱动误差导致了闭链情况下的冗余驱动，使得在吸盘处产生了较大的侧滑力，这种冗余驱动严重时会破坏吸盘的真空状态，阻碍了爬壁、爬行的持续进行。因此希望能通过理论推导或者虚拟仿真等多种方法来找到引起较大侧滑力的原因，以及找到合适的解决方法。既然要建立爬壁蠕虫机器人的虚拟样机，那么就要从简单的虚拟样机入手，比如建立一个尺蠖机器人的虚拟样机，通过简单的尺蠖虚拟样机来获取经验，然后在进一步建立完整的尺蠖机器人虚拟样机。本文正是以建立一个简单的尺蠖虫机器人虚拟样机为基础的。

5、要建立一个尺蠖虚拟样机有以下几个要求：1、该虚拟样机应该具有三个关节；2、该虚拟样机应该具有吸附机构，以模拟尺蠖吸附壁面等动作；3、该虚拟样机能虚拟尺蠖的爬行方式，即模拟尺蠖的步态；4、该虚拟样机能虚拟尺蠖爬行垂直墙壁的行为。如果能够完成以上4个要求，则说明所建立的简单尺蠖虚拟样机是比较符合实际的。然而在建立虚拟样机的时候，我们碰到一些困难，比如实验室所制作的蠕虫机器人或尺蠖机器人是采用吸盘来吸附壁面的，那么我们在虚拟环境中如何建立吸盘的模型呢？我们知道在ADAMS环境中建立柔性体是比较困难的，特别是形状复杂的柔性体，再者，即使

6、能够建立复杂的柔性体，但是ADAMS中如何实现吸盘吸附壁面所产生的真空行为呢？建立了吸盘的虚拟模型之后，如何使其吸附在壁面上呢？是真空所引起大气压的压力还是吸盘与壁面所产生的摩擦力或者两者都有呢？如何模拟这些力呢？还有如何设计尺蠖的步态，记尺蠖应该如何爬行呢？等等这些问题我们都会在后面一一思考和解决。222尺蠖虚拟样机建模新建一个ADAMS模型，将其命名为chihuo。2.1设置工作环境在建立虚拟样机之前，一般都需要进行必要的工作环境设置，如选择坐标系、单位、工作栅格、重力方向等。1.设置坐标系通过选择菜单【Setting】/【

7、CoordinateSystem】命令，在弹出如图2.1所示的设置坐标系对话框中选择笛卡尔（Cartesian）坐标系、相对于刚体坐标系（BodyFixed）以及313旋转序列。2.设置工作栅格工作栅格可以让我们很好的捕捉屏幕中的点，设置工作栅格是很有必要的。可通过选择菜单【Setting】/【WorkingGrid】命令来设置，具体设置如图2.2所示。图2.1设置坐标系图2.2设置工作栅格3.设置单位通过【Setting】/【Units】命令来设置单位，具体设置如图2.3所示。22图2.3设置单位图2.4设置重力加速度4.设置

8、重力加速度ADAMS允许用户随意设置重力加速度的方向大小以及有无等情况，这为我们提供了诸多方便，比如我们可以只建立一个模型就可以仿真水平面（-Y方向）以及壁面的爬行情况（-X方向）。可通过【Setting】/【Gravity】命令来设置重力加速度，如图2.4所示