基于Pro/E和ADAMS的3-PRS并联机构动力学仿真

2015-01-28山西中北大学机械与动力工程学院郝亮亮屈淑维

河北农机 2015年12期

山西中北大学机械与动力工程学院郝亮亮屈淑维

引言

目前，大多学者采用解析法对并联机构运动学和动力学进行分析。但由于其动平台空间位置的运动关系复杂，故十分有必要对其建立实体模型并进行仿真研究。游世明等[1]应用动力学仿真分析ADAMS软件，建立了Stewart型并联机构模型，并利用该样机模型对并联机器人进行运动学和动力学分析。贾小刚等[2]，罗建国等[3]，王南等[4]分别利用Pro/E软件建立了虚拟样机模型，通过接口程序将实体模型导入到ADAMS环境下，实现了3-RPC型、4自由度串并联机器人机构的运动学与动力学性能仿真分析。

本文利用Pro/E软件建立3-PRS并联机构的实体模型，然后利用ADAMS软件对3-PRS空间并联机构的动力学进行了研究分析及仿真，在对末端执行器上无外力和施加恒力时，得到三个驱动电机的功率消耗。

1 3-PRS并联机构描述与实体建模

图13 -PRS机构简图

3-PRS并联机构由静平台A1A2A3、动平台R1R2R3以及3条PRS支链组成，如图1所示。静、动平台中心为正三角形，中心 O1、O2与端点 Ri距离为 r。滑块 Pi安装在导轨上，动平台由等长连杆Li连接，滑块与连杆通过球铰副Si连接，静平台与连杆通过旋转副Ri连接。中心O2坐标作为输出；滑块Pi与zi为输入。在Pro/E软件中建立3-PRS并联机构的实体模型如图2所示。

2 应用ADAMS/View建立仿真模型

将在Pro/E软件中建立的3-PRS并联机构的实体模型导入到ADAMS/View中，对各个部件的各个关节处添加约束，对模型的重要参数：质量、质心、材料、颜色等和仿真环境进行设置。添加3-PRS并联机构相互构件之间的运动关系：静平台与地之间通过固定副约束，静平台和滑块之间通过移动副约束，滑块与杆件之间用转动副约束，球铰链与动平台之间通过球副约束。这样就得到3-PRS并联机构虚拟样机如图2所示。

图23 -PRS机构虚拟样机图

3 仿真分析

虚拟样机模型建立完毕，验证结果显示模型的自由度为3，各个构件之间的约束符合要求，没有冗余约束。当给定3-PRS并联机构额定外载作用和约束条件时，利用仿真软件ADAMS中自带的动力学仿真模块对其仿真，测得各个驱动电机的功率消耗，预测其变化规律，对该机构的设计有较大的指导意义。下面规定末端输出轨迹为螺旋曲线，其函数具体如下：x=5*sin(pi*time)，y=5*cos(pi*time)，z=8*time。

设置仿真时间为5s，步数为100，在末端无恒定外载荷和恒定外载荷为100N时，其三个驱动电机功率消耗曲线如图3、4所示。