内容发布更新时间 : 2025/7/19 7:08:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

2.1.2 动力学分析

（1） 创建机械臂模型。按照2.1.1节的（1）~（6）步创建同样的机械臂，并添加运动副约束。

（2） 添加驱动。与运动分析不同，动力学分析添加的驱动为单分量力矩。单击工具栏上的单分量力矩选项

，将选项设置为Space Fixed、Normal to Grid

和Constant，然后勾选Torque项并输入4000，然后在图形区单击关节1，再在其上单击任何一点。用同样的方法添加关节2的驱动，并将其值设置为-100，如图2.11所示。

2.11 添加单分量力矩

（3）运动学计算仿真。单击菜单【Simulate】→【Iteractive Controls】，打开交互式仿真控制对话框，在对话框中将仿真时间End Time设置为2，仿真步数Steps设置为500，仿真类型Type设置为Dynamic，单击仿真计算按钮，观看仿真动画，模型将在重力和驱动力矩作用下运动。

（4）绘制运动轨迹。单击菜单【Review】→【Create Trace Spline】，然后选择关节2右端点Marker4，再选择关节1与大地的铰接点，鼠标移动到Joint1处，单击鼠标右键，在弹出对话框中选择ground，单击OK创建运动轨迹，如图2.12所示。

2.12 机械臂末端运动轨迹

（5）结果后处理。在后处理模块，通过菜单【View】→【Load Animation】可以载入动画。单击播放按钮后开始播放动画，在播放同时按下记录按钮

，

将动画保存到动画文件中。

在后处理模块中，通过菜单【View】→【Load Plot】，通过选择相应的选项，绘制出相应的结果曲线。如果2.13、2.14所示，分别绘制出机械臂末端点的速度曲线和加速度曲线。

2.13 机械臂末端速度曲线

2.14 机械臂末端加速度曲线

2.1.3 轨迹规划

本例将建立在ADAMS/View中用Contros Toolkits建立控制系统，通过PID环节进行控制，控制对象是作用在每个关节单分量力矩，使机械臂的末端运动轨迹为圆。

因为关节1的一端与大地（Ground）原点铰接，因此将圆的方程设为（x-550）222

+y=50，用参数形式表示就是x=550+50*cos（t），y=50*sin（t），要使关节2的末端运动轨迹按指定的轨迹运动，这时需要通过轨迹方程计算出两个关节的关节变量，然后将这两个关节变量作为控制系统模型的关节输入。用MATLAB编程，计算两关节变量，用到的函数是求解非线性方程组的函数fsolve，设?1 ，?2分别为关节1和关节2的角位移，l1，l2为两关节的长度，非线性方程组为

?x?l1*cos(?1)?l2*cos(?2)，MATLAB程序计算代码如下： ??y?l1*sin(?1)?l2*sin(?2)global x1 y1 %命令文件 t=0: pi/200:2*pi； x=550+50*cos（t）； y=50*sin（t）； temp=[0，0]'； for n=1:401 x1=x（n）； y1=y（n）；

Q=fsolve（'myfunfun'，temp，optimset（'Display'，'off'））； temp=Q；

q1（n）=Q（1）； q2（n）=Q（2）； end

function q=myfunfun（p） %调用的函数文件 global x1 y1 qq1=p（1）； qq2=p（2）；

q（1）=300*cos（qq1）+300*cos（qq1+qq2）-x1； q（2）=300*sin（qq1）+300*sin（qq1+qq2）-y1； 计算完成后，矩阵q1里面保存的是关节1的角位移，矩阵q2里面保存的是关节2的角位移，然后再将这两个关节变量以SPLINE的形式输入到ADAMS中，作为模型的关节输入。

建立控制系统具体步骤如下：

（1） 建立机械臂的模型，在两个关节处分别添加单分量力矩，然后将数值设为0。

（2） 将MATLAB计算出的数据以Spline形式导入ADAMS。建立文本文档保存在ADAMS工作目录下，文档中的存有两列数据：第一列为时间，第二列为q1矩阵。单击菜单【File】→【Import】→【Test Data】后，选中Create Splines，然后在File To Read输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Browse】在弹出的对话框中选择相应的文本文件，在Independent Column Index中输入1，

表示默认第一列为时间，然后单击OK按钮创建了SPLINE。如图2.15所示。然后用同样的方法导入关节2的数据。

2.16 导入数据文件建立SPLINES

（3） 建立控制系统的输入环节。单击菜单【Build】→【Controls Toolkit】→【Standard Control Blocks】后，弹出创建控制环节工具包，在其中单击输入环节按钮

，将Name输入框中的名称修改为.Control_PID.joint1_input，单击

，，弹出函数构造器，在其函数下拉表中选Spline项，

function输入框后的按钮

然后单击Assist按钮，弹出函数辅助对话框，在First Independent Variable中输入

1，然后在Spline Name中单击鼠标右键，在弹出快捷菜单中选择【Spline】→【Guesses】→【Spline1】，单击OK按钮，如图2.16所示，然后单击OK按钮。

2.16 建立输入环节

用同样的方法再建立输入环节，将名称改为.Control_PID.joint1.angl，在弹出的函数构造器中选择Displacement项，然后在其下面的函数列表中，单击Angle about z，单击Assist按钮，弹出函数辅助对话框，To Maker输入框中单击鼠标右键，在菜单中选择【Marker】→【Pick】项，然后单击与旋转副相关联的PART_2.MARKER_3，用同样方法为From Marker输入框市区旋转副相关联的ground.MARKER_4，单击OK按钮。

（4） 创建比较环节。单击控制环节工具包中的比较环节按钮

，将Name

输入框中的名字改为.Control_PID.sum1，在Input 1输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【controls_input】→【Guesses】→【Joint1_input】，在Input 2输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【controls_input】→【Guesses】→【Joint1_angl】，其他选项默认。用同样的方法建立关节2的比较环节.Control_PID.sum2。

（5） 创建PID环节。单击控制环节工具包中的PID按钮，在Input输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【controls_sum】→【Guesses】→【sum_1】，在Input 2输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【controls_input】→【Guesses】→【Joint1_angl】，其他选项默认，如图2.17所示。用同样的方法建立关节2的PID控制环节。

2.17 创建PID环节

（6） 将单分量力矩参数化。在图形区双击单分量力矩的图标，在弹出的编辑对话框中，单击Function输入框后的函数构造器按钮，在Getting Object Data下拉菜单中选择Measures，然后在输入框中单击鼠标右键，选择【Runtme_Measure】→【Guesses】→【pid_1】，然后在单击Insert Object Name按钮，单击OK，如图2.18所示。用同样的方法将关节2的单分量力矩与pid_2相关联。