基于ADAMS的并联机床运动学和动力学仿真.pdf

·现代设计与制造·郭旭伟王知行基于!"!#$的并联机床运动学和动力学仿真
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基于!"!#$的并联机床运动学和动力学仿真

郭旭伟，王知行

（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨%&’’’%）

摘要：以$()*+,(型并联机床为研究对象，应用!"!#$软件建立了由定平台、动平台、传动杆和工
作台等构成的并联机床虚拟样机模型，包括详细的模型简化方法、模型的!"!#$描述及参数化、
仿真过程控制，并利用该模型对并联机床的运动学和动力学进行了仿真，实现了在计算机上仿真分
析并联机床的运动和动力性能，为并联机床工程设计提供了一套有效的分析方法。

关键词：并联机床；!"!#$；运动学；动力学；仿真
中图分类号：!"#$；!%&’()*+文献标识码：,文章编号：%-./0%-%-（/’’1）’.0’%%20’3

在并联机床的研究中，理想的仿真应能满足以下要机构分解为!"!#$的基本元素。而确定系统模型就
求：建模简单快速、模型逼真、三维动画和便于调整仿真是根据所研究的问题来进行合理的简化，这对仿真结果

参数。另外，并联机床运动学和动力学的计算也十分重的正确性和有效性有重要的影响。下面以并联机床-
要，包括正解和逆解的计算。利用!"!#$软件能将这根传动杆为例，介绍在!"!#$软件中实现对并联机床
几项工作有机地结合起来，并且非常简便和直观，可以建模的过程。
大大地提高工作效率。!"!#$是由美国#"4公司开()(传动杆的建模
发的一套功能十分强大的机械系统动力学分析软件，用
!"!#$／56)*是!"!#$系列产品的核心模块之
户利用该软件可以快速、方便地创建复杂系统的多体动一，提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力／力矩
力学虚拟样机模型。然后，在几何模型上施加力／力矩
库，采用7+,+89:6;作为实体建模的核，并且支持布尔运
和运动激励。最后执行一组与实际状况十分接近的运算，具有界面友好、操作方便的特点。在建模过程中，
动仿真测试。过去需要数星期、数月才能完成的建造和
!"!#$自动将相邻的实体赋予不同的颜色，以便区分，
测试物理样机的工作，现在利用!"!#$软件仅需几个色彩渲染效果逼真。模型的缺省材料为钢，而且各部分
小时就可以完成，并能远在物理样机建造前，就可以知
实体重心缺省位置在其形心，实体转动惯量由!"!#$
道各种设计方案的样机是如何工作的［%］。现结合哈尔根据实体尺寸以钢为缺省材料算出，上述属性均可由用
滨工业大学研制的$()*+,(型并联机床，利用!"!#$户根据实际情况修改，用户甚至可以改变重力加速度的
软件，实现对并联机床虚拟样机的参数化建模和运动大小和方向［/］。
学、动力学仿真。
并联机床传动杆的简化模型如图%所示。假设整
个传动杆为刚体，电机功率满足驱动力矩需要，且为理
(并联机床仿真模型的建立想驱动器，忽略关节摩擦。电机与大杆的联结设定为刚
在最初的仿真分析建模时，不必过分追求构件几何性连接，因此在电机和大杆上端的对应位置用固定铰链
形体的细节部分同实际构件完全一致，因为这往往需要连接。电机带动丝杠的运动用一个转动副和一个附加
花费大量的几何建模时间，而此时的关键是能够顺利地运动代替。丝杠简化为一实心圆柱体，与小杆之间定义
进行仿真并获得初步结果，从程序的求解原理来看，只一个螺旋副，同时在小杆和大杆之间定义一个移动副，
要仿真构件几何形体的质量、质心位置、惯性矩和惯性以实现丝杠与小杆相对转动、小杆与大杆相对移动的相
积同实际构件相同，仿真结果是等价的。待获得满意的互约束的运动关系。
仿真分析结果以后，再完善构件几何形体的细节部分和简化后的-根传动杆分别通过/自由度的虎克铰
视觉效果。这就存在着一个模型简化的过程，即将现实（定义两个相互垂直的转动副）和1自由度球铰（定义一

收稿日期：/’’10’&0%3
作者简介：郭旭伟（%2-20），男，黑龙江鹤岗人，哈尔滨工业大学博士研究生，主要从事数控系统软件开发和
<!"／<!#等方面的研究工作。
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"44.年5月中国制造业信息化第."卷第5期
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在#$#%&／’()*中定义+个设计变量，建立设计变量与
模型对象的关系。例如，可以在模型中定义一个名为
的设计变量，然后将定平台铰点分布圆半径
$’,-!"
用该变量表示。如果要修改定平台铰点分布圆半径，只
需修改设计变量$’,-的值。通过使用表格编辑对话
框，#$#%&／’()*为设计变量提供了一种方便的管理
方式。在表格编辑对话框中，可以非