E和ADAMS的轮式移动机器人转向机构动态仿真分析.pdf

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1、轻工科技2014年2月第2期(总枭183期)LIGHTINDUSTRYScENcEANDTEcHNoLoGY计算机与信息技术基于Pro／E和ADAMS的轮式移动机器人转向机构动态仿真分析尹强，虞国军，林蓉。，左久林，孙魁元2(1．武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430023；2．湖北三江航天红林探控有限公司，湖北孝感432000)【摘要】为解决Pro／E与ADAMS联合仿真数据转换接口不一致、信息丢失等问题，引用接口程序Mech／Pro(Mechanism／Pro)实现二者的无缝连接；为实现数据

2、双向流动，将三维模型与虚拟样机模型参数全相关，进行干涉区动态仿真分析；引入有限元分析软件ANSYS定义柔性体文件，构建刚柔耦合动力学模型，分析关键构件弹性变形与振动形态对机械系统性能的影响，并以轮式移动机器人转向机构为例，验证该方法的可行性和有效性。【关键词】Mech／Pro；参数全相关；干涉区；柔性体；转向机构【中图分类号】TP242【文献识别码】A【文章编号12095—3518(2014)02—74—031引言轮式移动机器人转向机构由于在实际行驶中受路面摩擦力、自身重量等因素的制约其转弯性能较

3、差卅，因此未能得到广泛的应用。目前，国内外应用CAD／CAE512程软件对转向机构进行一体化设计的研究相对较多，如韩军等基于偏转轮转向和铰图1转向机构偏转2O。三维模型接转向各自的优势，提出了摆动式复合转向机构，依托ADAMS为提高仿真效率，应在满足分析需求的前提下简化、修正模对其平顺性、滑移特性、对称性进行仿真分析；赵静一，程晓峰等型，减少零部件数量。在组件环境下，通过Mech／Pro接口程序，基于三维设计软件与ADAMS软件建立虚拟样机模型，解析空根据分析的目的合理定义刚体、添加标记点(Mak

4、ers)、定义刚体间运动轨迹及性能状态，寻求结构最优方案；高勇伟等-s借助之间的简易运动副、设定数据交换接口(输出类型、转换精度ADAMS软件建立汽车样机模型，分析不同载荷工况下汽车的运等)、保存样机模型(*．mpr)；将模型导入ADAMS／View中，补充动性能；解本铭，彭婧等一。。基于多体动力学和有限元方法构建了添加运动副、添加驱动(旋转、滑移)、添加载荷(重力、力、力矩机构的刚柔耦合动力学仿真模型，通过刚柔模型对比分析，证明等)、设定仿真分析类型、时间、步长等、运行分析，并将上述操作刚柔耦合

5、建模可以更真实地反映出机构的动力学特性。尽管现录制到一个宏命令文件(macro)中；在ADAMS／Postprocessor中有的研究取得了一定的应用，但是也存在一些问题：观察结果，并与物理样机实际结果进行对比分析，分析流程如图(1)完全依托ADAMS软件建模难度大；2所示。通过样机模型(．mpr)与宏命令文件实现Pro／E与AD．(2)CAD软件与CAE软件数据交换接口不一致；AMS之间数据的双向传递。(3)单向数据流，无法实现参数全相关。本文将以三维建模软件Pro／E、动力学仿真软件ADAMS

6、、有限元分析软件ANSYS为平台，通过Mech／Pro实现Pro／E和AD．AMS软件的双向连接，借助ANSYS参数化设计语言(APDL)定义全参数化的柔性体文件；以一种空间四连杆转向机构为研究对象，塞笠Il至垫堡望皇对模型进行干涉区动态检查，考虑构件的弹性变形和振动形态，分丽丽聂厂__i丽析柔性体对系统性能的影响，为改进和优化结构提供依据。匝巫亟圃亟圃[巫2转向机构刚性动力学仿真分析丽丽厂而i2．1建立虚拟样机模型在深入分析轮式移动机器人转向性能需求的基础上，提出Adams／Postprooes

7、sor观察结果了一种空间四连杆机构，使其转向时车轮绕一个瞬时转动中心行驶，即要求内、外车轮偏转角满足阿克曼定理。机器人采取后、、跫／轮双边驱动，前轮通过电动推杆带动连杆机构实现转向。在Pro／E中建立各零部件的三维实体模型并进行装配，统一设定零部件单位(mmKs)及材质。对推杆进行挠性化建模，根据连杆与曲柄图2虚拟样机仿真分析流程角度自动调整推杆绕铰支点旋转角度以及推杆伸出或缩进长2·2整体工况分析度，其三维模型如图1所示。在后轮驱动行驶中，模拟完整的转向流程：右转20。一右转【第一作者】尹强(1

8、978一)，男，湖北宜都人，高级工程师，博士，研究领域：机电一体化系统工程、智能设计与优化设计、特种机器人等。741^5例，对干涉区进行动态仿真分析，拟合推杆位移与车轮转角之间10的关系曲线；以关键构件连杆为对象，提取多阶扩展模态，定义105柔性体MNF文件，进行刚柔耦合体动力学分析，结果表明柔性i体的引入更能真实的反应实际应用情况。该方法的提出和应用将为复杂机械系统的动力学分析提供参考依据。8。7570参考文献[1】周兵，林金木．汽车转向轮转向过程中的运动分析Ⅱ1．专用汽车，19