基于Adams和Matlab的机器人手臂运动控制联合仿真研究.pdf

本文研究的主要内容是关于如何通过使用Adams和Matlab软件联合仿真来提高机器人手臂的设计效率和缩短研发周期。作者提出了一种新的设计方法，通过三维设计软件Solidworks建立机器人手臂的三维模型，并进一步将模型导入到运动学和动力学分析软件Adams中，以进行运动学分析和验证虚拟样机模型约束的正确性。随后，利用Matlab软件中的Adams/Controls接口模块将虚拟样机导入Matlab环境，并通过Matlab/Simulink模块搭建控制系统，导入的虚拟样机作为联合仿真控制系统的机械系统部分。控制方法上，采用了基于计算力矩法的系统控制律动态控制关节的力矩，仿真结果显示，机器人手臂关节具有良好的动态响应和准确的轨迹跟踪能力，为实物样机的设计开发提供了有效的参考。 在研究的过程中，首先详细描述了传统的机电系统设计方法中机械系统和控制系统设计的独立性，这种方式不仅耗时而且效率低下，难以有效提升最终产品的性能。通过举例说明了机械系统和控制系统分别由各自专业的工程师独立设计、调试和实验，再进行联合调试和实验的流程，以及在调试过程中发现问题后需要返回各自模型中进行修改，重新进行设计、调试和实验的繁琐过程。 接着文章介绍了使用Adams和Matlab联合仿真的优势，通过三维建模软件Solidworks构建机器人手臂的三维模型，然后利用Adams软件进行运动学分析，Adams能够模拟出机器人手臂在各种运动状态下的表现，帮助工程师提前发现和解决设计中的问题。Adams/Controls接口允许虚拟样机模型被导入Matlab的Simulink模块中，通过Matlab/Simulink搭建的控制系统实现对机器人手臂的动态仿真。 此外，仿真过程中采用了基于计算力矩法的控制策略，这种控制方法的原理是利用系统模型和期望的运动轨迹来计算出需要施加的力矩，以实现对机器人关节力矩的精确控制。通过这种控制方法，可以有效地提升机器人手臂的动态性能和轨迹跟踪的准确性。 文章的仿真结果证明了联合仿真方法的优越性。仿真实验表明，采用联合仿真技术后，机器人手臂关节的动态响应和轨迹跟踪能力均得到了显著提高，这表明联合仿真为机器人手臂的设计和开发提供了强大的支持，有效地缩短了研发周期并提高了设计效率。 对于关键词的解释，本研究中的关键词包括“机器人手臂”，表明研究对象是机器人的执行部分；“Adams软件”，是指用于建立和分析机械系统的仿真软件；“Matlab/Simulink模块”，指的是用于构建控制系统模型和仿真的集成环境；“联合仿真”，强调了研究方法是将机械系统和控制系统整合在同一仿真环境中的方法。通过这些关键词，可以准确把握本研究的重点和研究方法。