基于adams的某球形机器人运动分析

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1、第10卷第15期2010年5月科学技术与工程Vo1．10No．15May20101671—1815(2010)15—3599—03ScienceTechnologyandEngineering⑥2010Sci．Tech．Engng．计算机技术基于ADAMS的某球形机器人运动分析孙琪张越(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要研究了一种转向和驱动行走两种运动分开的全方位运动球形机器人，对其模型进行简化建立了ADAMS虚拟样机模型。基于ADAMS仿真软件对模型进行了运动仿真分析，分析了球形机器人的直线运动速度变化规律，以及摆长、摆速等因素对球体运动速度的影响，得出

2、配重和摆速是影响球体速度的主要因素。关键词ADAMS球形机器人虚拟样机运动仿真中图分类法号TP242．3；文献标志码A球形机器人是一种以滚动运动为主的球形运动1系统结构体。运动动力是依靠内驱动装置改变自身重心位置和外界摩擦力提供。例如Mukherjeel】等制作了一种以大多数球形机器人的主要结构是由改变球体配重改变重心位置的球形机器人。球形机器人具有运重心位置的驱动机构及转向机构组成的，球体内除动效率高，适应环境能力增强，转向灵活，机构自由度配重和摆杆之外其它所有构件的质量集中于球心少，驱动简单等特点。球形机器人已成为一个全新处，这样有利于保持球形机器人的姿态稳定。的研

3、究领域，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有本文所用球形机器人转向和驱动行走运动相着广泛的应用前景，在反恐、军事及其他尖端领域具有互独立，并且一般不同时进行，这样便于控制。图1重大的应有价值。特别在军事方面如果在球形机器人中驱动步进电动机4带动配重1、摆杆2，转轴3绕的球壳里装入炸药，通过控制就很容易让它进人敌人电机轴转动，由于配重的运动使球形机器人重心位的领地，这样球形机器人就相当于一个智能炸弹。同置改变，从而实现直线运动。转向电动机6启动时，样，也可以在球形机器人上面加装侦查装置和通信装带动1、2、3、4同时绕轴5转动，从而实现了球形机置，用于军事侦察和通信。器人

4、0半径转弯，机器人在低速前进时可以同时启球形机器人平面运动系统为一个欠驱动系统，动转向步进电动机1完成机器人在运动中转弯，但同时又是一个非完整系统。非完整系统可以用较此时拐弯过程比较难精确控制，本文主要研究其直小的驱动机构控制较多的自由度，有利于降低机器线运动。球形机器人结构简图如图1所示。人的重量，但是也会导致轨迹规划变得复杂J。ADAMS软件是最广泛使用的动力学多体系统仿真软件，本文主要是利用ADAMS软件对球形机器人进行运动仿真，并且分析摆长、配重、摩擦系数等因素对运动状态影响。2010年3月4日收到图1球形机器人结构简图第一作者简介：孙琪(1986一)，男，山东

5、烟台人，南京理工大学硕士在虚拟样机分析过程中我们对样机进行了结研究生，研究方向：计算机辅助技术。E—mail：sunqibandao@126．tom。构简化，这样既可以减小因为模型从其他三维软件36oo科学技术与工程10卷导入而带来的误差，同时仿真的精度也大大提高。3,5球形机器人虚拟样机机构及连接副如表1所示，虚1,5勺拟样机模型如图2所示。0．0越世_1．5—3．5O．O5．010．0】5．0时间／s(c)摆杆摆角图3球形机器人的速度、与地面摩擦力、摆杆摆角3各种因素对球体运动速度的影响1一球壳，2一长轴，3一摆杆，4～摆锤，5一平面图2球形机器人虚拟样机模型为了研

6、究配重质量m、摆长z、摆速∞、动摩擦系数对球形机器人运动速度的影响，分别以以上因素2球形机器人直线运动分析建立ADAMS变量，仿真得到的速度曲线与图4所示。由图(a)可以看出在较小摆速下，随着配重质当驱动步进电动机4带动摆杆以角速度,rr／4量(1__5kg)的增加球形机器人的最大运动速度和(rad／s)做匀速圆周运动时，球体的速度、球体与地加速度增加，平均速度基本不变，配重质量较小时，面间的摩擦力、摆杆摆角(摆杆与竖直方向的夹角)速度变化比较慢，配重质量较大时，速度变化比较曲线如图3所示。快，也就是说配重对球形机器人的加速度有影响。可以看出机器人先加速运动，摩擦力瞬间

7、由静摩由图(b)可以看出摆长[(60—100)mm]的变化对球擦变为动摩擦，然后速度稳定在一定的范围内，速度成形机器人的平均速度基本没有影响，对加速度有一正弦规律变化。加速时，摆角大于0，球体重心偏前，摩定的影响。由图(c)可以看出随着摆速(p一pi擦力大于0。减速时，摆角小于0，球体重心偏后，摩擦rad／s)的增加，球形机器人平均速度及最大速度都力小于0，球体与地面间为纯滚动摩擦。增加，因此摆速是影响球形机器人速度的主要因素。由图(d)可以看出动摩擦系数(0．1．3)的变化对球形机器人的速度基本没有影响。总结以上分析得到表1所示结论，对