基于Solidworks装弹机器人的虚拟设计及其运动仿真

0 引言

    火炮在战场上既是作战的主要火力武器，也是敌方致力对付的重要目标。因此，在现代条件下作战，传统的人工操作，必然会使炮兵及火炮的战场生存面临着非常严重的威胁。然而，在现代战争中，战场目标的机动性能不断提高，要求火炮实现发射过程的自动化或半自动化，以提高发射速度。所以，随着人工智能技术在军事上的广泛运用，一些国家相继开始研究人工智能炮兵武器系统。而我们所研究的就是设计一种装弹机器人，使其能轻松抓起40公斤左右重的炮弹，把炮弹放在自动输弹盘上，这样就能显著提高作战效率。本文主要以进行装弹机器人的虚拟样机设计，并通过Motion插件进行运动仿真，得出了机器人在实际工作中的运动轨迹图以及机器人末端执行器的位移和速度的分析曲线。

1 装弹机器人的建模及装配

    1.1 机器人三维模型的建立

    装弹机器人采用进行三维建模，其模型如图1所示。该机器人采用的是五自由度关节型结构，主要包括机座（即底部和腰部的固定支撑）结构及腰部关节转动装置、大臂（即大臂支撑架）结构及大臂关节转动装置、小臂（即小臂支撑架）结构及小臂关节转动装置、手腕（即手腕支撑架）结构及手腕关节转动和俯仰装置和末端执行器（即手抓部分）的设计。

图1 机器人的三维模型

    1.2 机器人虚拟样机的建模

    1)添加约束

    在对机器人的虚拟装配过程中，要对机器人的各个零部件间的运动关系进行分析，得出每个运动副的约束形式，主要用到同轴、重合、平行等配合关系。例如机器人的各个关节都是以铰接配合，从而实现腰部回转、大臂和小臂的转动以及手腕的俯仰等动作。

    2)干涉检查

    首先在模型状态下选择移动或旋转各个零件，检查各个零部件的自由度是否正确，然后在评估中选择干涉检查，系统会自动检测是否会发生干涉，如果机器人的结构设计不合理，则机器人就无法完成预想的动作。

2 运动仿真

    虚拟设计完成后，利用已经建立的三维实体模型和cosmostlon插件进行机器人的运动仿真。Cosmos/motion可以自动识别装配体各个零件间的约束副，而本机器人中主要是旋转副，通过完善机器人的约束类型，完成整个装配体的约束关系，然后通过设定驱动的类型以及位置来完成机器人的运动仿真。