ADAMS环境下并联坐标测量机运动分析与仿真

    0　引言

    并联运动机构具有刚度重量比大、运行速度高、末端执行器位姿灵活、误差不叠加、结构简单、易于模块化设计等优点,因而在许多领域都得到了广泛的应用。但由于并联机构工作空间复杂,末端执行器运动过程难以想象。目前对基于并联机构的虚拟轴坐标测量机的运动学分析主要集中在数值法和解析法上,很难直观快速地反映出并联坐标测量机的运动学特征,因此建立并联坐标测量机的虚拟样机模型并对其运动特性进行仿真分析是非常必要的[1-2]。

    虚拟样机技术(Virtual Prototyping Technology,VPT)是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术揉和在一起,在计算机上建造出整体模型,并针对产品投入使用后的各种情况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计,提高产品性能的一项新技术。它涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现,是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综合应用技术。是随着CAD技术、计算机仿真技术和虚拟现实技术的发展而迅速发展起来的一种新的产品样机开发方法,是虚拟现实技术在工程设计与制造领域中的一种典型应用。与传统样机开发过程相比,虚拟样机开发不消耗物质资源和能源,可以使产品投产之前对其实现方案进行评估与优化,因此可降低产品的开发成本,简化物理测试实验过程,缩短产品上市周期,进而提高产品的市场竞争力。

    机械系统动力学分析软件ADAMS(Automatic Dy-namicAnalysis ofMechanical System)可以快速方便的创建复杂系统的多体动力学虚拟样机模型并对其进行运动学、静力学和动力学分析,以便对虚拟样机性能进行综合测试。ADAMS软件主要由三个核心功能模块ADAMS/View、ADAMS/Solver、ADAMS/Postprocessor以及若干辅助功能模块组成。

    本文以6-SPS型六自由度并联坐标测量机为研究对象,首先采用ADAMS软件建立该并联坐标测量机的虚拟样机模型,然后依托该样机模型对所研究坐标测量机的运动学性能进行仿真分析。在此基础上,对运动约束及干涉现象进行初步检验。

    1　并联坐标测量机结构及工作原理

    图1所示为本文所研究的六自由度(6-DOF)并联坐标测量机的结构示意图。

    六自由度并联坐标测量机由基座、动平台、测头和6个可独立伸缩的并联驱动杆组成。每个驱动杆包含一个移动副(Prismatic Joints)和2个球形副(SphericalJoints)。移动副作为驱动关节,由液压缸和活塞构成;2个球形副分别位于驱动关节的两端并与基平台和运动平台相连,驱动杆可在一定的约束范围内做轴向伸缩运动。测头及测量杆安装在运动平台的几何中心点位置,并使测杆轴线方向与动平台的法线方向保持平行。