基于ADAMS和Simulink并联机床联合仿真.pdf

第 8期 2 0 1 3年 8月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c hi n e To o l＆ Aut oma t i c M a n uf a c t u r i n g Te c hni que NO． 8 Au g．2 01 3 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 3 0 8 0 0 3 9 0 4 基于 A D A M S 和 S i m u l i n k并联机床联合仿真 杨 辉 ， 赵 恒华 ， 付 红栓 ， 高兴 军 辽 宁石 油化工 大 学 机 械 工程 学 院 ， 辽 宁 抚 顺 1 1 3 0 0 1 摘 要 通 过 以 3 - T P T并联 机床 作 为研 究 对 象 ， 建 立该 并联 机 构 的 运 动 学 逆 解 方程 。 然后 在 A D MA S ／ V i e w环 境 中 ， 构 建该 并联 机构 的虚 拟样 机 ， 然后 在 S i m u l i n k环境 中建 立该 虚拟 样机 的控 制 系统模 型 ， 从 而 实现 对其 的联 合仿 真 ， 得到 驱 动 力 以及 刀具 位 移 变化 曲线 。通 过 对 比驱 动 杆 杆 长 变化 曲线 ， 从 而验证 了运动 学逆解 方程 的 准确性 。 同时也 说 明该 并联机 构 在 空 间运 动 时 ， 具有 良好 的平稳 性 。 除 此之 外 ， 利 用虚 拟 样机联 合 仿真技 术 对 并联机 床 运动 学进 行研 究 ， 避 免 了复 杂 的数 学建模 与推 导 ， 从 而 大大缩 减 了运 动 学分析 工作 量 。 关键 词 并联机 构 ； 虚拟 样 机 ； 控 制 系统 ； 平稳 性 中图分 类 号 T Hl 2 2 文 献标 识码 A Co - s i m ul at i o n o f Par a l l e l M a c h i ne To o l Ba s e d o n ADAM S a nd Si m ul i nk YANG Hu i ，Z HA0 He n g h u a ，F U Ho n g - s h u a n，G AO Xi n g j u n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y ，F u s h u n L i a o n i n g 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t 3一 TP T pa r a l l e l ma c h i ne t o o l f o r t h e s t u d y，t h e n e g a t i v e s o l u t i o n s o f i t s ki n e ma t i c s e q u a t i o ns we r e e s t a b l i s h e d． Th e n t he p a r a l l e l me c h a n i s m v i r t u a l p r o t o t y p e wa s e s t a b l i s he d i n ADAM S ／Vi e w e n vi r o n me n t ，a n d t he c o n t r o l s y s t e m o f t h e v i r t ua l p r o t o t y p e wa s b u i l t b y u s i n g Si mu l i n k，i n o r d e r t o t h e C O s i mu l a t i on c o ul d b e a c hi e v e d． F i n a l l y，t r o u g h s i mul a t i on，t he c u r v e s o f d r i v i n g f o r c e s a n d c u t t i ng t o o l mo ve me n t c o u l d b e g o t ．By c ompa r i n g wi t h t h e l e ng t h c ur v e s o f r o ds ，t h e n e g a t i v e s o l u t i o n s o f t h e k i n e m a t i c s e qu a t i o ns a r e pr ov e d b e r i g h t ．An d i t a l s o i n di c a t e s t h a t t h e s t a t i o n a r i t y i s we l l wh e n t h e me c h a n i s m mo v e s i n s pa c e ．I n a d d i t i o n，c ompl e x m a t h e ma t i c a l mo de l i n g a n d d e r i va t i o n c o u l d b e a v o i d e d b y U s i n g vi r t u a l p r o t o t y pi n g C O s i mu l a t i o n t e c hn o l o g y t o s t u dy t he p a r a l l e l ma c hi ne t o o l ki n e ma t i c s ．Th u s t h e wo r k l oa d o f t h e k i n e ma t i c a n a l y s i s i s r e d u c e d g r e a t l y． Ke y wo r dspa r a l l e l i n s t i t u t i on；v i r t ua l pr o t o t y p e；c o n t r ol s y s t e m ；s t a t i on a r i t y 0 引 言 并 联机 床 是根 据 S t e w a r t 平 台原理 开发 的 ， 是 新一代 的数控机床 ， 其较传统机床 在刚性、 灵巧性等 方面均有较大 的优势。然 而并联机床发展至今 ， 在 某些方面 的研 究 水平 尚处 落后 。利用 虚 拟样 机技 术 ， 可 以 大 大减 少 研 发 成 本 ， 缩 短设 计 周 期 ， 提 高 设 计 质 量 。 目前 ， 较 为 常 用 的 机 械 动 力 学 分 析 软 件 为 A D A MS ， 它 可 以对 复杂 的机 械 系统 进 行运 动学 、 静力 学 以及动 力 学分 析 。本 文 以 3 - T P T并 联机 床 为 研 究 对 象 ， 首 先在 A D A MS环境 中建 立 该并 联 机床 虚 拟样 机 的模型 ， 然后建立该模型的 3个输入量及 3个 输 出量 ， 最后 将变 化 量 导人 到 M A T L A B ／ S i mu l i n k中 ， 并 在 其 中建 立 该 并 联 机 床 的 控 制 系 统 模 型 ， 对 并 联 机床的虚拟样机进行联合仿 真。由仿 真结 果可知 ， 该并联机床具有 良好 的可操作性及稳定性 ， 且证 明 其运动学逆解 方程的准确性 ， 这为并 联机床 的结构 设 计及 最 终做 出物 理样 机打 下 了基础 。 1 并联机床运动学方程 的建 立 将并 联机 构上 下 平 台 的各 虎克 铰 中心 点按 等边 三角形 布 置 ， 对 应 边分 别 平 行 ， 两 平 台在 运 动过 程 中 总是保 持平 行 ， 且 在 姿态 上 没 有变 化 。首 先 ， 将 基 础坐 标 系 0 ． Y b Z 建立 在 固定平 台 中心点 上 ， 其 中 z 轴垂 直 向下 ， 轴 过 三 角形 顶点 日 ， 轴 正 向与 边 B B 相 交 ； 然 后 ， 在 运 动 平 台 的 中心 点 上 建 立 移 动坐标系 O p - X p Z ， 其中z 轴垂直向下， l ，p 轴过三 角形 顶点 A ， 。 轴正 向与边 A 相 交 。其空 间坐 标系如图 1 所示。 设 固定平 台的外 界 圆半 径 为 R， 运 动平 台 的外接 圆半 径 为 r ， 且 R ； 设 三 根驱 动杆 A 曰 、 A B 、 A ， 曰 ， 收稿 日期 2 0 1 21 20 2 基金项 目 辽宁省 自然科学基金项 目 2 0 0 5 2 2 1 1 作者简介 杨辉 1 9 8 7 一 ， 男 ， 辽宁锦州人 ， 辽 宁石油化工大学研究生 ， 主要从事并联机器人机床研究 ， E