基于Adams動(dòng)態(tài)仿真的康復(fù)機(jī)器人虛擬運(yùn)動(dòng)學(xué)分析PPT課件

1、一、并聯(lián)機(jī)器人簡介 1 1、Steward PlatformSteward Platform（斯圖爾特平臺）（斯圖爾特平臺） 1965年，英國的高級工程師Steward了解決飛行員訓(xùn)練問題，構(gòu)思了一種具有六個(gè)分支的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，提出基于該機(jī)構(gòu)建造飛行訓(xùn)練模擬器，并對其運(yùn)動(dòng)學(xué)、工作空間、控制等問題進(jìn)行了研究。后來，人們常把具有六個(gè)分支的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)稱為Stewart平臺或Stewart機(jī)構(gòu)。第1頁/共22頁 1978年 澳大利亞機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt 提出可以將并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)；從此，并聯(lián)機(jī)器人的研制和開發(fā)工作就開始了，經(jīng)過數(shù)十年的探索，并聯(lián)機(jī)器人的研究已經(jīng)從基礎(chǔ)理論過渡到了實(shí)踐之中，

2、在機(jī)械業(yè)、航空業(yè)、礦山開采中的應(yīng)用尤其廣泛。 2 2、并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)、并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn) 并聯(lián) 機(jī) 器 人的基本特征是安裝工具的動(dòng)平臺由多個(gè)支路聯(lián)結(jié)到固定平臺，通過這些支路上的作動(dòng)器(主動(dòng)副)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)以改變動(dòng)平臺在空間的狀態(tài)和位姿，從而實(shí)現(xiàn)工具相對工件(或目標(biāo))的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。系 統(tǒng) 剛 度重量比大響應(yīng)速度快環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)機(jī)械本體的體積精度較高優(yōu)點(diǎn)第2頁/共22頁第3頁/共22頁 二、康復(fù)機(jī)器人的虛擬樣機(jī)技術(shù) 康復(fù)機(jī)器人是基于Steward Platform的一種并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，上下平臺之間由六個(gè)汽缸連接，通過控制汽缸的行程和速度來達(dá)到控制上平臺空間位置和姿態(tài)，從而可以根據(jù)病人的實(shí)際情況來實(shí)施

3、對腳部的按摩作用。 第4頁/共22頁 1 1、康復(fù)機(jī)器人的虛擬化、康復(fù)機(jī)器人的虛擬化 康復(fù)機(jī)器人的虛擬化指的是通過三維造型軟件以及動(dòng)力仿真軟件 來建立系統(tǒng)模型并對系統(tǒng)各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行分析，改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，可以大大簡化機(jī)械設(shè)計(jì)過程，減少成本，縮短設(shè)備的研發(fā)時(shí)間。 在本次實(shí)驗(yàn)中，主要采用了Solidwork進(jìn)行系統(tǒng)建模，然后導(dǎo)入Adams進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的方法。 2 2、樣機(jī)的模型的建立、樣機(jī)的模型的建立 （1）主要尺寸 上平臺：短邊對應(yīng)圓心角 30 下平臺：短邊對應(yīng)圓心角 30 長邊對應(yīng)圓心角 90 長邊對應(yīng)圓心角 90 外接圓半徑125mm 外接圓半徑185mm 上平臺直徑280m

4、m 下平臺直徑400mm 汽 缸：采用SMC公司雙向作用汽缸，型號為CDJ2B16-30A-C7 行程100mm第5頁/共22頁第6頁/共22頁 （2）樣機(jī)的三維建模 在上圖中，樣機(jī)的裝配高度為300mm， 其中汽缸處于零行程狀態(tài)。第7頁/共22頁 3 3、基于、基于AdamsAdams的樣機(jī)分析的樣機(jī)分析 虛擬樣機(jī)仿真分析步驟如下： 重復(fù)仿真分析精制機(jī)械系統(tǒng)模型與結(jié)果一致？驗(yàn)證仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析仿真分析機(jī)械系統(tǒng)建模機(jī)械系統(tǒng)優(yōu)化分析否是第8頁/共22頁在本項(xiàng)目中，運(yùn)用在本項(xiàng)目中，運(yùn)用AdamsAdams進(jìn)行分析的主要步驟如下：進(jìn)行分析的主要步驟如下： （1）將用三維制圖軟件（Solidwor

5、k）裝配好的六自由度動(dòng)感平臺以parasolid格式（.xmt_txt）導(dǎo)入Adams/view模塊。 第9頁/共22頁（2） 根據(jù)樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性以及性能要求，對裝配體各部件進(jìn)行材料設(shè)置，并對連接的部件之間添加約束。（3） 進(jìn)行仿真前的最后檢查：檢查默認(rèn)單位系統(tǒng)、重力設(shè)置、調(diào)整坐標(biāo)系、設(shè)置工作柵格等。（4） 對裝配體進(jìn)行簡單仿真，確定裝配體各部件之間沒有相互干涉。（5） 對各部件施加運(yùn)動(dòng)副或者力、力矩等，對裝配體 進(jìn)行仿真，觀察仿真結(jié)果，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，對施加的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，使其達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。第10頁/共22頁 在本項(xiàng)目中，運(yùn)用Adams進(jìn)行仿真的目的是確定上平臺六個(gè)自由度上 的運(yùn)

6、動(dòng)極限。因此，本次仿真試驗(yàn)主要分為六個(gè)過程，要確定的試驗(yàn)結(jié)果為：上平臺在X、Y、Z三軸軸向上的最大位移以及在繞X、Y、Z軸的最大轉(zhuǎn)角。各個(gè)過程的優(yōu)化仿真結(jié)果如下： 第11頁/共22頁 A A、上平臺在、上平臺在Z Z軸方向的最大位移（腳部的上下活動(dòng)極軸方向的最大位移（腳部的上下活動(dòng)極限）限）第12頁/共22頁 B、上平臺繞Z軸的最大轉(zhuǎn)角（腳部的旋轉(zhuǎn)）第13頁/共22頁 C、上平臺沿Y軸負(fù)方向的最大移動(dòng)距離（腳部的前進(jìn)）第14頁/共22頁 D D、上平臺沿、上平臺沿Y Y軸正方向的最大移動(dòng)距離（腳部的后軸正方向的最大移動(dòng)距離（腳部的后退）退）第15頁/共22頁E E、上平臺繞、上平臺繞Y Y軸的

7、最大轉(zhuǎn)角（腳部的側(cè)轉(zhuǎn)）軸的最大轉(zhuǎn)角（腳部的側(cè)轉(zhuǎn)）第16頁/共22頁 F F、上平臺沿、上平臺沿X X軸方向的最大移動(dòng)距離（腳部的側(cè)向移軸方向的最大移動(dòng)距離（腳部的側(cè)向移動(dòng)）動(dòng)）第17頁/共22頁G G、上平臺繞、上平臺繞X X軸的最大轉(zhuǎn)角軸的最大轉(zhuǎn)角1 1（腳部的翹起）（腳部的翹起）第18頁/共22頁H H：上平臺繞：上平臺繞X X軸的最大轉(zhuǎn)角軸的最大轉(zhuǎn)角-2(-2(腳部的背屈腳部的背屈) )第19頁/共22頁 經(jīng)過上述的優(yōu)化仿真試驗(yàn)，可得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下（單位：mm）DOF正向反向X170170Y162169Z1040繞X旋轉(zhuǎn)29.6度33.4度繞Y旋轉(zhuǎn)25.68度25.68度繞Z旋轉(zhuǎn)93.42度93.42度第20頁/共22頁三、結(jié)論 通過運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，完成了對六自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。由以上分析可以得到上平臺達(dá)