基于ADAMS的新型三臂轮式巡检机器人运动学仿真

0 引言

由于工作环境的特殊性对高压线巡检机器人机械结构提出了更高的要求。采用ADAMS动力学仿真软件对巡检机器人跨越并避让悬垂线夹这种典型任务进行仿真验证其机械结构设计是否合理,功能能否实现和动力学分析的特征下的具体行动规划。首先在SolidWorks中建立机器人简化模型和高压线模型;将高压线模型导入到ADAMS中并固定,再导人机器人模型对各个关节施加与之对应的移动副或转动副等。采用STEP函数进行拟合,仿真观察机器人运动过程以及仿真曲线,调试模型。

1 简化模型

图1为研究的新型三臂巡检机器人其结构和功能不再赘述。在考虑机器人的质心和质量的情况下将模型简化,去除螺钉、轴承、齿轮等小型复杂零件重新建立起机器人模型如图2所示。

2 STEP函数与运动仿真规划

针对本机器人运动仿真规划采用STEP函数进行运动函数拟合。

表1为机器人运动步骤对机器人的运动过程做大致的规划不拘泥于具体的时间及角度的过程规划过程如图3所示,前臂、中间臂、后臂依次越障。
基于ADAMS的新型三臂轮式巡检机器人运动学仿真

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3 仿真结果

经以上规划分析通过软件具体操作现得机器人越障过程图4为ADAMS环境下的机器人直线步骤图5为ADAMS环境下的机器人转折线步骤。
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图6为四个轮质心X、Y、Z轴方向位移分量-时间曲线;实线代表X轴方向位移分量粗点划线代表Y轴方向位移分量,细点划线代表Z轴方向位移分量。由此可看出轮质心在X轴方向上逐渐右移,坐标变化相对平稳在Y轴和Z轴方向上变化不大是因为机器人机械臂在Z轴方向上要升降,所以出现了波动。图6说明机器人越障过程基本平稳越障规划是合理的。
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图7为四个轮质心在X、Y、Z三个方向上的速度特性曲线。

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粗实线代表轮质心在x方向的速度特性曲线,粗点划线代表轮质心在Y方向上的速度特性曲线,细点划线代表质心在Z方向上的速度特性曲线。轮的速度特性曲线说明了轮的速度只是振动让曲线有波形。

4 结论

在虚拟样机技术的基础上利用ADAMS对高压线巡检机器人进行动力学仿真。仿真机器人跨越悬垂线夹模拟其越障动作,并验证了机器人直线和转折线越障过程四个轮质心在X、Y、Z方向的位移时间以及速度特性曲线共同证实了机器人的平稳性。仿真结果表明:结构设计合理,可以在高压线上稳定地行走并能较好跨越带有转折线的悬垂线夹验证其具有较好的越障能力,为机器人样机的制造提供有利的参考,也为巡检机器人的越障问题提供了新的思路和设计方法。

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