基于ADAMS的3P_Delta并聯機器人的PPO運動仿真

郭江東，李宏杰，郭振魁

（1.太原科技大學電子信息工程學院，太原 030024；2.太原重型機械裝備協同創新中心，太原 030024）

機器人的運動仿真是驗證機器人運動是否可行的前提，國內外許多學者對運動仿真進行了深入的研究，大多采用基于VC++6.0的OpenGL、利用MATLAB軟件編程求解運動學模型、利用Pro/E設計模型，Adams進行仿真的方法，可以得到機器人模型的運動仿真，但是這些方法需要大量的計算機編程語言或者大量的數學計算。

針對上述問題，本文提出了一種以Adams仿真軟件為輔助工具，借助簡單的數學函數，對3P_Delta并聯機器人進行運動仿真。

1 3P_Delta并聯機器人結構

3P_Delta并聯機器人由靜平臺A1A2A3、動平臺B1B2B3以及連接兩個平臺的支鏈L1、L2、L3組成，結構示意圖（見圖1），三組支鏈結構完全一樣，依靠滑塊（P1、P2、P3）在垂直桿上下運動，使得動平臺B1B2B3只有平動而沒有轉動，自由度為3。

圖1 3P_Delta并聯機器人示意圖

2 ADAMS簡介

虛擬樣機仿真分析軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是對機械系統的動力學與運動學進行仿真計算的商業軟件。

3 3P_Delta并聯機器人正解

所謂機器人的正解，就是已知滑塊的位置，計算出機器人末端的空間位置。對3P_Delta并聯機器人進行運動仿真，就是求解機器人末端軌跡的過程，因此必須求得機械手末端的位置。

以第一個滑塊位置推理為例：

（1）O為ΔA1A2A3的中心，則有OA1=OA2=OA3=R，其中，R為靜平臺半徑，可以得到A1、A2、A3的坐標：

A1：（0，R，0）

A2：（-R（sin（60）），-R（cos（60）），0）

A3：（R（sin（60）），-R（cos（60）），0）

（2）A點（x，y，z）為末端機械手的位置，見圖2.2，則

綜上所述，可以得到：

同理可以得到已知其他2個滑塊位置時的關系：

式中，L為支鏈長度；xE1為第一個滑塊建立關系時底面E點的X軸坐標；yE1為第一個滑塊建立關系時底面E點的Y軸坐標；z1為第一個滑塊建立關系時滑塊的Z軸坐標，其他同理即可求得末端A點的位置。

4 基于ADAMS的3P_Delta并聯機器人建模

運用ADAMS-View軟件將模型按照實際尺寸搭建，并在構件間添加約束和驅動，如固定副、轉動副、球副和移動副。

5 基于ADAMS的3P_Delta并聯機器人模型試驗

5.1 模型驗證

5.2 3P_Delta并聯機器人的運動仿真實驗

此模型中，機器人執行的是在O-XYZ坐標中以（50，0，-100）為起點，（-50，0，-100）為終點，80*100*80mm的PPO任務，具體過程如下：在（50，0，-100）起點處，沿Z軸上升80mm，再沿-X軸平移100mm，最后沿Z軸下降80mm，模擬實際作業中將一個物料從一個位置搬移到另一個位置。

6 結束語

根據3P_Delta并聯機器人特殊的空間位置關系以及運動約束條件，對3P_Delta機器人的正解過程推導，利用ADAMS軟件對3P_Delta并聯機器人進行建模，通過驅動函數控制機器人按照一定的軌跡進行運動，仿真過程清晰、簡便，為機器人的研究與生產提供了一定的理論依據，加速了對機器人的認識。