隨著機器人研究的深人和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，機器人仿真系統(tǒng)作為機器人設(shè)計和研究的安全可靠、靈活方便的上具，發(fā)揮著重要的作用，是機器人研究領(lǐng)域的一項很重要的內(nèi)容。仿真利用計算機模擬機器人的動態(tài)特性，幫助研究人員了解機器人工作空間的形態(tài)及極限，揭不機構(gòu)合理的運動方案和控制算法，從而解決在機器人設(shè)計、制造和運行過程中的問題，避免了直接操作實體可能造成的事故和不必要的損失。
   
    由于計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機圖形技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了許多計算機三維動態(tài)仿真軟件，如美國MDI公司的ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學白動分析軟件;SolidWorks公司的Designer/Dynamic Motion動力學仿真軟件等。本文采用SolidWorks作為建模軟件，選用其自帶的Designer/Dvnamic Motion(以下簡稱Motion、作為動力學仿真軟件對機器人運動過程進行動態(tài)仿真本文論述的專用重型桶裝物品堆垛機器人是為了滿足某冶煉廠生產(chǎn)實際需求，要將輥道輸送線,的桶裝砒酸(108公斤/桶)不損壞油漆及開啟銷定位搬至包裝箱堆垛并打捆，以待裝集裝箱。
   
    1機器人的三維裝配體建模
   
    在進行機器人的三維動態(tài)仿真之前，必須對機器人進行建模，也就是機器人裝配設(shè)計。在裝配中，首先必須進行部件的裝配。本文論述的機器人部件包括撥盤部件、槽輪部件、立柱部件、手臂部件等為r動態(tài)仿真的需要，進行總裝配之前，首先必須知道零件中哪些為不動件.哪些為可動件將不動零件裝配在一起形成撥盤部件。在總裝配時，首先確定撥盤為基部件.即為其它部件裝配時的參考體〔其它部件為子部件，如槽輪部件、手臂部件等。然后，將子部件和其他零件利用裝配約束關(guān)系在基部件上裝配.
   

    2機器人的動態(tài)仿真
   
    在機器人裝配完成后，我們就可以對機器人進行動態(tài)仿真分析在SolidWorks工具菜單中選擇插件，彈出對話框，選擇COSMOS/Motion單擊確定，進人Motion界面，就可以進行動態(tài)仿真。
   
    (1)零部件分類和添加約束
   
    在仿真之前，必須在零部件中確定運動部件和固定部件，將固定部件拖動到Ground Parts目錄下，余下的就是運動部件，它們放在Moving Parts 目錄下。在機器人仿真中， Ground Parts有撥盤部件等，Moving Parts包括槽輪部件、立柱部件、手臂部件等。也可以在進入Motion時，選擇自動零部件分類，計算機按照裝配時的裝配關(guān)系決定哪些是運動部件，哪些是固定部件.
   
    在Motion中，添加約束的步驟是:首先，打開添加約束對話框;其次，選擇零件，可以在管理樹中也可以在顯示窗門中選擇;然后，確定約束的位置;最后.確定約束的方向。
   
    在機器人系統(tǒng)巾，添加的約束有四十多個，其中鉸鏈約束、圓柱副約束最多。機器人的約束類型取決于機器人裝配時的約束關(guān)系，如同軸關(guān)系在約束中就添加為圓柱副約束。在機器人中，撥盤和撥盤軸、槽輪和工作臺之間的約束均為圓柱副約束。
   
    (2)載荷的添加
   
    動力學仿真中載荷的添加是一個重要的環(huán)節(jié)。Motion中載荷主要分為二類，即外界作用力、相互作用力和重力。在添加載荷之前，必須了解載荷的以卜幾個方面:①載荷的種類，該載荷是力還是力矩;②該載荷作用在哪個或哪些零件上;③載荷作用點;④載荷的大小和方向:
   
    在機器人中，機器人是通過電機帶動槽輪機構(gòu)從而實現(xiàn)運動的。因此，載荷實際上是一個力矩，而且是一個隨時間而變化的力矩。
   
    (3)材料的選擇
   
    在Motion中，提供了一個材料數(shù)據(jù)庫，可以從中選擇材料賦給所需要的零件。當零件材料比較特殊時，Motion提供了材料的添加功能，可以根據(jù)所需材料的屬性定義將一個新材料添加到材料庫中，屬性包括密度、比熱、剛度、彈性等。
   
    在機器人中，給每一個零件都根據(jù)實際定義了材料屬性。撥盤軸、槽輪軸、滑輪軸是45號鋼，工作臺轉(zhuǎn)盤是ZG35，撥盤、滑輪、滑輪架、槽輪是HT20-400。
   
    (4)運動的獲得
   
    通過定義系統(tǒng)遵循一定的規(guī)律進行運動，一方面可以對系統(tǒng)的某些自由度進行約束;另一方面可以進行運動仿真。
   
    在Motion中，定義一個系統(tǒng)的運動是靠定義一個約束的運動來獲得。在約束中，如果不是固定約束，總有一個或幾個自由度沒有約束，而在這些自由度上就可以添加運動來約束自由度。
   
    在機器人中，機器人的動力是通過電機獲得的電機的運動帶動撥盤抽的轉(zhuǎn)動，而撥盤軸是用鍵跟撥盤固定在一起，因此，給予撥盤軸的轉(zhuǎn)動就等于給予撥盤的運動。
   
    (5)動態(tài)仿真
   
    在動態(tài)仿真之前，必須劉機械系統(tǒng)完成添加約束、載荷，給零件賦予材料，添加運動等。
   
    在動態(tài)仿真時，為了獲得理想的效果，必須對仿真進行設(shè)定，動畫仿真的實質(zhì)是靜態(tài)的圖片利用視覺的暫留現(xiàn)象一幀一幀的連續(xù)播放。因此，必須設(shè)定仿真的時間.仿真的起始幀畫、結(jié)束幀畫，前一幅幀畫到后一副幀畫的間隔時間。
   
    在機器人的動態(tài)仿真中，設(shè)置的仿真時間是10秒，設(shè)置的動畫幀數(shù)是500幅，如圖1所示。在仿真控制板中，可以對仿真進行操作，如對仿真時間的修改等。
   
    3仿真結(jié)果處理
   
    任何一個動畫仿真都是為了獲得仿真后的結(jié)果，對結(jié)果進行分析，根據(jù)結(jié)果對參數(shù)進行修改，如此反復(fù)，直到得到最優(yōu)的結(jié)果為止。
   
    在Motion中，對仿真結(jié)果顯示和分析的方法主要有:
   
    ①將結(jié)果用動畫的形式，即將動態(tài)仿真用AVI動畫播放;
    ②將結(jié)果以坐標曲線的圖形表示，在SolidWorks界面中動態(tài)仿真后，我們就可以查看曲線圖，得到所需的結(jié)果;
    ③仿真結(jié)果以Excel表格數(shù)據(jù)或Text文檔形式輸出，從表格數(shù)據(jù)和文檔中直接讀出數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析
   
    本文主要研究第一方面內(nèi)容，即將結(jié)果用動畫的形式表示出來，得到機器人仿真的視覺效果，即機器人是如何運動的，以何種方式運動，從而獲得一個感性的認識。
   
    當運動仿真完成后，點擊Motion菜單中的Export Resalts子菜單中的To AVI Movie,就可以將仿真以動畫的形式播放出來。
   
    如圖2所示，機器人的AVI動畫在RealPlayer中的一個片段，在動畫中，設(shè)置的播放時間是10秒。從動畫中可以看到撥盤帶動槽輪運動，機器人手臂左右擺動，符合本文設(shè)計要求。
   

    4小結(jié)
   
    對于機器人的設(shè)計來說，根據(jù)仿真分析，可以有以下用途:
   
    ①檢查機器人各零部件能否裝配成總體以及機器人運動時零部件之問有無碰撞、干涉現(xiàn)象發(fā)生;
    ②分析系統(tǒng)的運動特性，得出系統(tǒng)運動規(guī)律，檢查是否符合要求;
    ③提高設(shè)計效率，簡化設(shè)計開發(fā)過程，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和制造成本;
    ④提高產(chǎn)品的系統(tǒng)性能和產(chǎn)品質(zhì)量，獲得最優(yōu)化和最創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品。