焊接机器人的虚拟样机设计与仿真.pdf

第25卷第4期机械设计V01．25NO．4

200OFMACHINEDESIGN2008

8年4月JOURNALApr．

焊接机器人的虚拟样机设计与仿真’

卞向娟1，龚友平2，陈国金2

(1．浙江教育学院计算机系，浙江杭州310032；2．杭州电子科技大学机械学院，浙江杭州310018)

摘要：随着机器人技术和人工智能理论的发展和应用，在焊接机器人设计过程中还有许多值得研究的问题。文中首

先利用ADAMS／View建立了焊接机器人的虚拟样机，然后在分析多体力学理论的基础上建立了焊接机器人多体动力学

模型，并进行了相关理论求解，最后实现了焊接机器人的运动仿真。在仿真过程中，得到了机械手的运动仿真数据及工

作空间，并对机构在运动过程中关键部位力学性能作了研究和分析，为后续焊接机器人的设计和制造提供了依据。

关键词：虚拟样机；ADAMS；多体运动；焊接机器人

中图分类号：TH391．72文献标识码：A文章编号：1001—2354(2008)04—0027—02

随着科技的发展，计算机辅助技术越来越广泛地被应用于

各个设计领域，现在已经突破了二维图纸电子化的框架，发展2焊接机器人虚拟样机建模

了以三维实体建模、动力学仿真和有限元为主的虚拟样机技

术。所谓的虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中，将分散焊接机器人是由底座、躯干、肩、手臂、手腕和机械手6部

的零部件设计和分析技术糅合在一起，在计算机上建造出产品分构成，各种CAD经销商提供的实体建模器是零部件概念设计

的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真阶段采用的普通建模工具，而ADAMS在此基础上完善了实体

分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能建模器，使用户在此阶段能够产生整个机械系统的虚拟样机，

的一种新技术。我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”图1为在ADAMS环境下建立的焊接机器人虚拟样机模型。

科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制

造技术、控制系统硬件和软件设计技术，生产了部分机器人关

键元器件，开发出喷漆、弧焊、装配、搬运等机器人…。弧焊机

器人已应用在汽车制造厂的焊接线上，但总的看来，我国的焊

接机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的距

离，如：可靠性低于国外产品，控制精度低，最后不能保证焊接

质量。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性

(b)

技术的研究，从机器人发展趋势看，焊接机器人和其它工业机

圈l焊接机器人虚拟样机建模

器人一样，都在不断向智能化和多样化的方向发展，通过仿真

设计的应用，实现焊接机器人操作机构的优化设计【2J。

3多体动力学理论及焊接机器人

1ADAMS简介多体动力学模型的建立及求解

ofMechanical

ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisSystems，

多体动力学是在欧拉、拉格朗日等人奠基的经典刚体动力

机械系统动力学自动化分析软件包)是由美国机械动力公司开

学基础上发展起来的一个新的力学分支。它包括多刚体系统动

发的。该软件使用交互式的图形环境和零件库、约束库、力库，

力学和多柔体系统