1、 基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计基于 ADAMS 的机器人吸尘器设计工学院 07 级机制 07 班指导教师 李老师2010 年 4 月 4 日基于 ADAMS 的机器人吸尘器的动态仿真设计基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计一、设计意义与原理现在市面上有各种不同类型尺寸、不同原理构造的吸尘器，但是这些吸尘器一个普遍的缺点是都需要人工进行辅助操作，相对来讲比较费时费力。经常看新闻听报导我们会发现，现在各种不同类别构造、不同原理功用的机器人也是层出不穷、屡见不鲜。于是，很自然的，我们不妨把机器人与吸尘器相结合起来，利用机器人代替人的劳动，同时也实现吸尘器的功能。 （注：本设计中的
2、机器人并非真正意义上的智能机器人，而是模拟吸尘器外部工作原理的一个载体）此种机器人吸尘器的原理非常简单，即利用普通吸尘器的的吸尘原理，在机器人吸尘器主体部分内部驱动电机转动形成真空（此机构略去，本设计主要对吸尘器外部工作进行仿真） ，大气压作用下即可将粉尘吸入。本装置特殊之处在于，机器人主体可以四个方向转向并移动，从而吸收各个方向的粉尘。具体为，机器人主体每转动一个方向，即停止几秒时间，进行一次吸尘操作，操作完成后在转动，并可向前移动，如此循环操作下去即可完成多个方向的吸尘操作。在制作成市面产品之前，我们不妨用 Adams 软件对其进行动态虚拟仿真，预先对各动态系统进行仿真和分析，按照实际的需
3、求修改更进，有效地提高设计的效率和质量，用仿真模型代替物理模型进行试验，降低产品的设计开发成本。二、建立模型构件装置由机器人主体（其内部包含吸收粉尘的空间） 、吸尘通道、粉尘模型构件及移动轴等四部分构成，下面依次进行建模：1、创建机器人主体结构（1）启动 ADAMS/View，选择新建模型，并将系统的长度单位设置为m。（2）设置工作栅格。单击菜单【Settings】【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，将 Size 设置为 X（20） ，Y（20） ，Spacing 设置为基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计（0.2） ， （0.2） 。如右图所示：（3）设置图标
4、。单击菜单【Setting】【Icon】 ，弹出图标设置对话框，在 New Size 输入框中输入 0.5。（4）打开坐标窗口。按下 F4 键，打开坐标窗口，当鼠标在图形区移动时，在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位置的坐标值。（5）绘制圆柱体。单击工具栏中的绘制圆柱体按钮 ，并在工具栏下端的输入框中将 Length 和 Radius 勾选中，并分别设置为 6 和 2，然后在图形区移动鼠标，并向上拖动，当鼠标的坐标值显示为 X=0，Y= -7，Z=0 并且位于竖直方向时，单击鼠标左键，就创建了圆柱体 cylinder1。单击工具栏中的 按钮，设置 Thickness 为 1m，选择 cylinde
5、r1，根据下方命令提示，选择圆柱体的上端面，然后单击鼠标右键即可对 cylinder1 完成抽壳操作，将其命名为 body。如下图基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计（6）设置坐标网格。单击菜单【Settings】【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，点击最下方 Set location 下拉菜单，选择 pick，然后将鼠标光标移动到视图中直到选择到圆柱体中心时单击鼠标左键，即可将网格移动到圆柱体中心面上。如下图：（7）绘制机器人主体头部。单击绘制长方体按钮 ，并在工具栏下端的输入框中，将 Geometry box 设置为 New Part，勾选中 Length、
6、width 和 depth 并基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计分别设置为 2，2，2；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为 X=-1，Y= -1，Z=0 时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成 box1的创建，将其 rename 为 head。单击绘制圆环按钮 ，将 Geometry torus 设置为 New Part，并在工具栏下端的输入框中将 minor radius 设置为 0.2,major radius设置为 0.4，当鼠标的坐标值显示为 X=0.982，Y= 0.403，Z=0.6 时，单击鼠标左键，即可完成头部一只眼睛的创建，用同样方法可完成另一只眼
7、睛的创建。单击按钮 和 ，可完成对头部鼻子和嘴的创建。单击倒圆按钮 ，将其radius 设置为 0.5，选择头部顶面两侧的两条边，单击鼠标左键完成倒圆操作。至此，头部创作即完成。（8）在圆柱体身上打洞。单击打洞按钮 ，将洞的 radius 设置为0.5，depth 的值设置为 1。然后单击主菜单上的侧面视图按钮 ，当鼠标的坐标值显示为 X=-3.2，Y= -2.6，Z=0 时，单击鼠标左键，即可在此处打穿一洞。2.创建吸尘通道机构。（1）创建横梁圆柱体。单击绘制圆柱体按钮 ，将其 Radius 设置为0.5，length 设置为 2。当鼠标的坐标值显示为 X=1，Y= -2.6，Z=0 时，单
8、击鼠标左键，并水平向右拖动即可完成横梁圆柱体 cylinder2 的创建。（2）创建斜置圆柱体。单击绘制圆柱体按钮 ，将其 Radius 设置为0.5， 。当鼠标的坐标值显示为 X=2.8，Y= -2.6，Z=0 时，单击鼠标左键，并斜向下拖动，当圆柱体另一端刚好触及地板时单击鼠标左键，即可完成斜置圆柱体cylinder3 的创建。（3）创建接收粉尘铲子。单击绘制长方体按钮 ，并在工具栏下端的输入框中将 Length、Height 和 Depth 勾选中，分别设置为 1、1 和 4，当鼠标的坐标值显示为 X=9.4，Y=-8，Z=0 时，单击鼠标左键，就创建了长方体 box2,将其rename
9、 为 chanzi。（4）连接各部分为一体并抽壳。鼠标单击 Boolean 键 ，根据下方提示语分别点击 cylinder2、cylinder3 和 chanzi，然后右键即可将两圆柱体及 chanzi基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计连接成一个整体，将此整体重命名为 xichenguan。单击工具栏中的抽壳按钮，设置 Thickness 为 0.1m，选择物体 xichenguan，根据下方命令提示，选择chanzi 的地板一侧端面，单击鼠标右键，即可对物体 xichenguan 进行抽壳。（5）加洞打通 xichenguan 整体。右键单击 cylinder1，选择 Hide。单击
10、主菜单中旋转方向按钮 ，将 xichenguan 整体移动到合适位置，单击打洞按钮，将洞的 radius 设置为 0.4，depth 的值设置为 0.1，按照操作命令提示选择xichenguan 整体上端面方向朝外，单击鼠标左键，即可打通 xichenguan 整体。（6）恢复隐藏部件。单击菜单【Settings】【Edit 】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，单击右下角“+”键，显示如下图所示，选择需要恢复显示的构建 body，再点击 ok 按钮又弹出如下对话框，在基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计在 visibility 选项处选择 on，点击 apply 即可恢复显示。（7）将
11、head、body 与 xichenguan 合并。鼠标单击 Boolean 键 ，根据下方提示语分别点击 head、body 和 xichenguan，右键单击即可将其合并成一个整体。将其重命名为 bodyxichen3、创建粉尘模型和移动轴。（1）创建移动轴。单击绘制圆柱体按钮 ，并在工具栏下端的输入框中将 Length 和 Radius 勾选中，分别设置为 1.8、和 1.6，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为 X=0，Y=-7 ，Z=0 时，单击鼠标左键，并竖直向下拖动，就创建了圆柱体 cylinder4，将其重命名为 yidongzhou。（2）创建粉尘模型。单击绘制球体按钮
12、 ，并在工具栏下端的输入框中将 radius 勾选中，并将其设置为 0.2，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为 X=11，Y=-7.6，Z=0 时，单击鼠标左键，创建粉尘模型 1。用相同的参数当鼠标的坐标值显示为 X=12.2，Y=-7.6 ，Z=0 时再绘制粉尘模型 2。按照上述方法，当鼠标的坐标值显示为 X=-11.8，Y=-7.6，Z=0 时，单击鼠标左键，创建粉尘模型 3。单击菜单【Settings】【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，点击最下方 Set Orientation 下拉菜单，选择 global XY。如下图：基于 ADAMS 的机器人吸尘
13、器的仿真设计再点击侧面按钮 ，在视图内移动鼠标，选择 X 和 Y 方向，即可将网格转动 90。在此方向内的网格中，按照同样的方法分别创建模型 5、6、7、8。粉尘模型即创建完毕。（3）创建地板。单击绘制长方体按钮 ，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height 和 Depth 勾选中，分别设置为 50、 2 和 50，然后在图形区移动鼠标，当其正好贴合移动轴下方时单击鼠标左键，将其重命名为 blanket，完成地板创建。三添加驱动1.固定地板。鼠标单击工具栏中的 键，根据屏幕下方的命令提示，先后点击 ground 与 blanket，即可将地板固定在地面上。2.添加机器人主体转动副及驱
14、动。单击绘制转动副按钮 ，并在工具栏下端将 Revolute Joint 改为 pick geometry feature，分别点击 yidongzhou 和xichenzhou 另个物体，然后选择竖直向上的方向。基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计单击鼠标左键，即可加上转动副 joint4。然后点击转动驱动按钮 ，在joint4 围着处点击鼠标左键即可创建上转动驱动。为了实现机器人主体每转动90停止 3s 的运动，必须对转动驱动添加函数进行控制，经分析，可用 step 函数实现这一运动。如下图所示编辑函数：基于 ADAMS 的机器人吸尘器的仿真设计函数具体参数如下：STEP( time
15、 ,3,0 , 4, 1.58 )+STEP( time , 7, 0 , 8, 1.577)+STEP( time , 11 , 0 ,12, 1.574 )+STEP( time , 15 , 0 , 16 , 1.568 )+STEP( time , 21 ,0 , 22, 1.56 )+STEP( time , 24 , 0 , 25 , 1.56 )+STEP( time , 28 , 0 , 29 , 1.56 )+STEP( time , 32 , 0 , 33 , 1.56 )，其中前面四个 step 函数即可实现对上述过程的控制，后面四个函数为这一过程的重复。3.添加移动轴移
16、动副。物体 yidongzhou 与 ground 时相对移动关系，故单击工具栏移动副按钮 ，然后再视图中分别单击 yidongzhou 与 ground 即可完成移动副的添加。4.添加头部与机器人主体的转动副。为了固定住 head，将 head 与 body 之间添加转动副，鼠标单击绘制转动副按钮 ，并在工具栏下端将 Revolute Joint 改为 pick geometry feature，分别点击 yidongzhou 和 xichenzhou 另个物体，然后选择竖直向上的方向。单击鼠标左键，即可加上转动副。5.添加粉尘模型的驱动力。点击单向力按钮，如图所示，然后在视图中点击粉尘模型 cylinder1，选择方向为朝向机器人主体的水平方向，添加力完成 ，
