[发明专利]基于SolidWorks、ADAMS环境的球形机器人综合仿真方法

摘要

本发明提供一种基于SolidWorks、ADAMS环境的球形机器人综合仿真方法，可以准确的反映机器人在行走时的稳定性，还可以为机器人原型机的电机选择提供参考，更可以为原型机PID控制等提供相关重要参数。具体包括基于SolidWorks两栖球形机器人整体模型、基于ADAMS的两栖球形机器人简化模型、基于ADAMS的两栖球形机器人动力学模型、基于ADAMS的两栖球形机器人运动学模型。

主权项

一种基于SolidWorks、ADAMS环境的球形机器人综合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在SolidWorks环境中建立两栖球形机器人模型，并在SolidWorks中建立机器人的整体结构；步骤二、建立机器人的机身坐标系和相关的运动参数，以机器人中间平板的中心作为全局坐标系(Xb，Yb，Zb)的中心Ob，重力方向为Zb轴的负方向，Yb轴的方向为机器人的运动方向，以机器人髋关节旋转轴作为局部中心点O0,建立局部坐标系(X0，Y0，Z0),其方向和机器人的全局坐标系相同，设定机器人髋关节的摆动方向为水平面逆时针方向,L1为髋关节力臂，θ1为髋关节转动角度；以机器人膝关节旋转轴作为局部中心点O2,在机器人膝关节处建立局部坐标系(X2，Y2，Z2)，Y2轴负方向为机器人重力方向，X2轴正方向为机器人前进方向，膝关节在垂直平面上进行摆动；L2为髋关节与膝关节旋转轴的垂直距离，L3为膝关节力臂，θ2为膝关节的旋转角度；设定足端地面接触点为局部坐标系(X3，Y3，Z3)的中心点03，L4为膝关节旋转轴与足端接触点的垂直距离；步骤三、假定右前腿髋关节的位置向量为{x,y,z}，根据齐次矩阵变换的计算公式，对两栖球形机器人的足端位姿矩阵进行分析，得到右腿足端的位置以及两器球形机器人的雅克比矩阵；步骤四、根据四足机器人的正向运动学，设机器人电机的位置用相对坐标位置向量P＝{px，py，pz}T表示，则两栖球形机器人各个关节的角度表示为θ1＝arctan(‑py/px)  (4)θ2=arctan2(±1-t2,t)-arctan2(pz,k)---(5):]]>t＝(r‑l1)2+pz2+l42‑l32/2l4，由于机器人四条腿的运动机理基本相同，所以其他三条腿的正运动学也可以用同样的方法得到；步骤五、将SolidWorks中模型进行简化，即删除对运动学没有影响的复杂特征，然后将简化模型保存为*.XT格式，导入到ADAMS动力学仿真环境中，首先设定环境参数，刚体几何尺寸、材料类型或密度或质量参数；然后在ADAMS中导入真实地面作为机器人的行走环境，同时设定机器人足端与地面的接触，设定各刚体之间关节自由度数及关节类型，并在ADAMS中设定足端与地面刚体之间碰撞类型、摩擦约束及相关参数设定，最后根据实际要求，对机器人的膝关节和髋关节设定旋转副，并添加相应的驱动函数。