基于ADAMS七自由度飞机装配机器人的运动学分析与仿真研究

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1、自动化装配装备及其应用APPLICATIONOFAUTOMATICASSEMBLYEQUIPMENT基于ADAMS七自由度飞机装配机器人的运动学分析与仿真研究ResearchonKinematicsAnalysisandSimulationof7-DOFAircraftAssemblyRobotBasedonADAMS中航工业北京航空制造工程研究所王　健　邹　方　张书生[6][摘要]以D-H矩阵为基础对机器人建立起机器器人进行分析，可大大简化工作，机器人各个运动学人运动学模型及机器人运动学方程

2、；基于ADAMS对和动力学可通过仿真动画和数据图直观地体现。机器人构建虚拟样机模型并进行仿真，得出了机器人末端位移、速度、加速度随时间的数据变化曲线并进行分1　机器人运动学模型析和研究。仿真结果表明：机器人可按预期轨迹平稳运1.1　机器人机械结构动，无突变、干涉现象，验证了机构设计和轨迹规划的合机器人机械结构包含移动底座、翻转立柱、移动滑理性，为物理样机制造提供依据并奠定了运动控制的基枕、及摆动框架等部分组成，包含3个移动关节和4个础。转动关节共7个关节，通过驱动各个运动组件实现末端关键词：机器

3、人　运动学　ADAMS　仿真产品的空间姿态调整，实现产品的定位装配功能。机器[ABSTRACT]Therobotmodeofkinematicsand人机械结构图如图1所示。theequationofkinematicsarebuiltbasedontheD-Hma-trix.ThemodelofvirtualprototypeisconstructedbasedonADMASandthesimulationisdone,thedisplacement,velocityandaccelerati

4、onofrobotenddatacurveschangedwithtimearegivenout,analysesandstudyaredone.Thesimulationresultsshowthattherobotcanmovesmoothlyaccordingtoprospectivetrackwithoutimpactandinter-vene,whichconfirmsthereasonablenessofstructuraldesignandtrackplan,andprovides

5、thebasisforthemanu-factureofphysicalprototypeandmotioncontrol.Keywords:RobotKinematicsADAMSSimula-tion由于近年来机器人技术的迅猛发展，加之投资降低，自动化程度高，工作性能稳定，可达性好等优势，在[1]航空制造过程中正得到越来越多的应用。但由于传统机器人受到本身特点的影响，使得传统的机器人在飞图1　机器人机械机构图[2]机装配上的应用水平低。为提高飞机装配效率和装Fig.1　Mechanicald

6、iagramofrobot配质量，本研究开发了一种新型多自由度机器人用于飞机大尺寸薄壁件的装配，由于机器人由多个连杆和关节1.2　机器人运动学模型组成，具有多个输入和输出，存在着错综复杂的耦合关根据机器人的机械结构进行机构简化，获得了机器[3-5]系和严重的非线性。因此借助虚拟样机技术建立虚人的运动机构简图，该简图主要由一系列连接在一起的拟样机模型，对机器人进行运动学分析十分必要，借助连杆表示，每个连杆上固连有一个笛卡尔坐标系，相邻目前应用比较广泛的虚拟样机技术软件ADAMS对机两个杆件之间可以

7、用4个参数来描述，即连杆长度ai，2013年第20期·航空制造技术95自动化装配装备及其应用APPLICATIONOFAUTOMATICASSEMBLYEQUIPMENTz6y6末端的相对于参考坐标系位姿矩阵为：x　。（2）6z4y4将（1）式代入到（2）式求得末端薄壁件相对于参x考坐标系的位姿矩阵，如（3）式所示，将表1中的机器4x7人各个杆件参数代入到（3）式中，可求得机器人末端位y姿的运动学方程：z70y0y5x5zx73xz50y3　，（3）z3z1其中，[px1，py1，pz1]

8、为位置矩阵，为姿态x2y1矩阵，nx1=-c12c3c4-s12s4，ox1=c12c3s4-s12c4，ax1=-c12s3，ny1=-y2x1z2s3c4，oy1=s3s4，ay1=c3，nz1=-s12c3c4+c12s4，oz1=s12c3s4+c12c4，az1=-s12s3，px1=-100c12+s1d3，py1=-d2，pz1=-100s12-c1d3+d1，图2　机器人笛卡尔坐标系Fig.2　Cartesiancoordinatesystemofrobotsi表示sin（θi+