MATLAB與ADAMS聯合仿真在平縫機中的應用

陸武慧

關鍵詞：平縫機;MATLAB/Simulink;ADAMS;聯合仿真

隨著縫制設備的需求不斷擴增，我國已成為最大的縫制設備銷售市場，我國縫制機械行業作為服裝生產行業的上游產業，通過不斷的創新和發展，已成為我國最具競爭力的產業之一，國內外市場不斷增加的需求量為平縫機的市場帶來了更大的機會，提供了新的活力。工業平縫機是最常用的縫制設備之一，完成縫制品的大部分縫紉動作，因此，對平縫機的生產制造對順應紡織、繡花等勞動密集型產業的不斷發展有至關重要的作用。

傳統的產品設計周期長，通過設計、加工、制造、裝配等工序完成后，才能得到一個產品物理樣機，然后物理樣機是否合格，還需進行進一步的實驗檢測，然后存在不斷修改和返工再制造的情況，這樣會造成浪費和生產效率低的結果。通過仿真的方式，可以提前進行樣機的實驗，縮短產品生產周期，由于平縫機的構成零件多，整機模型較為復雜，采用三維建模軟件建立模型，然后利用MATLAB和ADAMS軟件進行聯合仿真，找尋平縫機成縫機構的最佳運動性能。

1平縫機組成和工作原理

1.1平縫機組成

平縫機是一種典型的機電一體化產品，由多種零部件構成，是一個復雜的裝配體。一臺平縫機主要包括殼體、驅動部分，成縫機構和輔助組件等部分。平縫機的殼體主要是機頭外殼和臺板兩個部分，驅動部分可以由多種方式驅動，有傳統的腳踏板或者皮帶輪，也有目前應用較多的電機驅動，成縫機構包括實現縫紉動作的四大主要機構，分別是刺布機構，挑線機構，旋梭機構和送布機構，互相配合，共同完成縫紉操作。在縫紉機工作的過程中，除了主要成縫機構外，還有相關的輔助組件，例如完成倒縫動作的倒縫組件，調節針距的調節組件，還有縫紉機工作過程中實現潤滑的系統組件，輔助配合縫紉機機構，實現常見的縫紉操作，且在操作過程中保證平縫機能夠正常運轉。其中，各種成縫機構和輔助組件又具體是由多種零件組成，例如，刺布機構是由刺布曲柄、刺布連桿、滑塊、導軌、縫針等零件組成。

1.2工作原理

要完成縫紉的動作，必須要求平縫機的刺布機構、挑線機構、旋梭機構和送布機構以及其他輔助機構相互配合。在平縫機中，通過傳送帶將原動力傳遞給平縫機上軸，上軸驅動刺布挑線機構運動，上軸通過皮帶傳動或者齒輪嚙合將運動傳遞到平縫機的下軸，抬牙連桿組和送布連桿組將運動傳遞到抬牙軸和送布軸，共同構成抬牙送布機構，配合旋梭機構和刺布挑線機構，輔助機構實現調節針距、倒縫等動作，共同按照固有節拍，完成送布縫紉動作。平縫機工作過程傳動路線如右圖2所示。

2 MATLAB與ADAMS聯合仿真方案設計

ADAMS是一款虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是可以進行虛擬樣機分析的常用軟件，用戶可以運用ADAMS軟件便捷地對機械系統的虛擬樣機進行運動學和動力學分析。另一方面，ADAMS作為虛擬樣機開發工具，它擁有開放的程序結構和程序接口，可以用于虛擬樣機分析的二次開發平臺，進行產品進一步研發。

Simulink是MATLAB軟件的重要組成部分，它能提供集動態系統建模和仿真分析為一體的集成環境，是一種可視化的仿真工具，基于MATLAB的框圖設計環境，來實現系統建模仿真和分析的一個軟件包，廣泛應用于線性/非線性系統、數字控制及信號處理的建模及仿真中，Simulink提供了建立方塊圖的圖形用戶接口，通過單擊和鼠標拖動即可實現，因此，具有快捷，簡單的特點，且用戶可以直接看到仿真結果。

ADAMS與MATLAB的聯合仿真過程，使仿真效果更加接近物理樣機，仿真過程主要包括機械系統模型創建、參數設置、建立MATLAB控制模型以及仿真結果處理四個環節。仿真過程前兩步可以導出一個在MATLAB軟件Simulink中使用的模塊，這個模塊包含了所建立ADAMS模型的信息參數，并有輸入輸出接口。利用Simulink模塊在MATLAB中建立控制系統，就可以控制ADAMS模型，在仿真運行結束后，將聯合仿真的結果，進行數據后處理和分析。

3平縫機聯合仿真模型建立

平縫機的聯合仿真模型建立過程包括三維模型建立，ADAMS動力學仿真模型建立和MATLAB控制模型建立三個過程，三個部分共同配合，完成聯合仿真模型的建立。

3.1平縫機的三維建模

目前，三維建模的軟件有很多，例如Proe、SolidWorks、CATIA、UG、3ds Max等三維建模軟件。在平縫機進行三維建模前，對比每種三維建模軟件的優缺點，選擇適合平縫機零件表達的SolidWorks軟件進行建模。建模的過程中，按照其組成分類，將平縫機的構成部分進行模塊化劃分，先構建刺布機構、挑線機構、旋梭機構和送布機構四大關鍵成縫機構的三維模型，然后建立臺板和機頭外殼的模型，其次是建立電機、壓料、電磁鐵等輔助部件的模型，由于模塊式驅動平縫機的零件多，因此裝配的過程中先組裝成部件，然后按照模塊組裝，由小模塊組裝成大模塊，最后完成整機模型建立。

3.2動力學模型建立

在進行虛擬樣機動力學模型建立時，將三維軟件中建立好的模型導入到ADAMS中，然后添加相應的約束類型，使其能夠真實反映物理樣機，在建立動力學模型時，可以考慮到模型中的主要運動機構部分，考慮到計算機和軟件的計算分析能力等因素，可以對平縫機組成部分進行合理簡化，去掉與機構運動相關性小的元素，只留下主要部分，這樣可以較快速地構建平縫機的動力學模型，在ADAMS軟件中可以仿真計算出機構運動的相關曲線。

3.3控制模型建立

在平縫機的動力學模型建立好后，用MATLAB打開AD-AMS存放文件的文件夾，在Simulink仿真模塊中，建立連接，然后設置控制模型參數，在這個過程中，需要明確系統的輸入、輸出、控制元件和對應程序，例如建立好刺布機構的Sim-ulink控制模型，以刺布機構中刺布曲柄的角速度作為已知輸入，運行仿真模型，可以得到平縫機刺布機構中各運動部件的運動學和動力學曲線，從而分析該聯合仿真模型建立的正確性，且在此過程中，可以不斷優化和改進，得到最優的設計方案。

4結論

本文從平縫機的組成和工作原理、MATLAB和ADAMS聯合仿真方案設計，平縫機聯合仿真模型建立三個方面出發，闡述了平縫機虛擬樣機模型建立的過程和方法，并通過聯合仿真的方式，可以得到平縫機運動學和動力學仿真結果，驗證平縫機模型建立的正確性，為工程實際平縫機物理樣機提供了依據，也提供了機械產品進行虛擬仿真的方法和思路。