基于ADAMS的悬挂输送机仿真研究

王雷 宁祎 李显 蔡倩倩

摘要:悬挂输送机在制造加工中起着重要的作用,尤其在喷涂生产车间是不可缺少的重要机电设备。在实际应用中悬挂输送机设备的组装和调试,以及喷涂机器人的空间轨迹的确定等,工序烦琐且调试周期相对长。使用ADAMS软件对悬挂输送机和工业机器人进行计算机仿真分析研究,能够及时发现问题并且改进,通过ADAMS与Matlb的联合仿真,使得机械部分和控制部分有了一个较好的衔接,为实际应用带来可靠的数据支撑。

关键词:悬挂输送机;喷涂;轨迹;计算机仿真

中图分类号:TH692.9 文献标志码:B 文章编号:1009-3044(2018)21-0280-02

Abstract: Suspension conveyors play an important role in the manufacture and processing, especially in the spraying production workshops are indispensable important electromechanical equipment. In actual application, the assembly and debugging of the suspension conveyor equipment and the determination of the space trajectory of the painting robot are complicated and the debugging period is relatively long. Using ADAMS software to simulate the suspension conveyor and industrial robots, the problem can be found and corrected in time. Through the joint simulation of ADAMS and Matlb of the motor spindle, the mechanical part and the control part have a good connection. Practical application brings reliable data support.

Key words: suspended conveyor; spraying paint; track; computer simulation

1 背景

懸挂输送机在工件加工、喷涂和组装等各个方面的应用非常广泛。如今随着智能制造等的提出,更是对制造业提出了更高的要求。悬挂输送机作为在生产制造过程中的重要机电设备,尤其是在喷涂过程中起着非常重要的作用,如何协同喷涂机器人实现在指定喷涂工位喷涂,以及确定喷涂机器人的执行末端位置是较为关键的。利用ADAMS软件,能够实现多刚体的运动学和动力学仿真,既可以准确地得到仿真结果,又减少了实际调试的周期,并且为实际的研究提供技术依据。

2 悬挂输送机的分析与建模

2.1 悬挂输送机的主要组成

悬挂输送机的组成如图1所示,其中驱动部分由三相卧式异步电机提供动力输出,通过减速机和传动链条来驱动悬挂输送机的驱动链,驱动链上的卡槽通过与轨道中的输送链条垂直轮的轮轴啮合,从而使得整套悬挂输送系统得到动力。

输送链条是由垂直轮和水平轮相互连接而成的,如图2所示。吊具是挂在垂直轮的轴上,水平轮在悬挂线中提供转向辅助支撑的作用。根据输送链的型号不同,通常单点的悬挂可承载15至100公斤,根据悬挂点位的个数来确定可承载质量。

2.2 悬挂输送机的建模

ADAMS作为一款专业的仿真分析软件,有着强大的计算求解功能,但是目前在机械建模方面存在一些不足,因此需要使用主流的三维建模软件作为辅助,可以提高建模的效率。首先使用SolidWorks进行主体建模,整体结构和传动装置的局部放大图如图3所示,建立了机架、电机、减速器等悬挂输送机的主要设备和部件[1]。

而对于驱动装置中使用到的链轮、链条和带轮等传动部件,使用ADAMS中的Machinery模块要更加便捷,只需把带轮、链轮、皮带与链条的相关参数设定为所需即可。对于输送链条和悬挂吊具这种批量的构件,可以使用ADAMS中命令流与参数化结合的方法,减少了建模的工作量,同时也可以提高建模的效率和正确性,并且也方便了对模型后期的修改。整体建模后的在ADAMS中的效果图如图4所示,这种联合建模的方法,极大地缩短了建模的时间。

3 悬挂输送机与喷涂机器人的仿真研究

3.1 驱动装置速度特性选择

悬挂输送机运行的平稳性是该系统的重要要求,因此驱动装置作为动力来源,使用ADAMS仿真找到启动加速阶段最佳的输出速度曲线是非常必要的[2]。如图5所示,通过模拟驱动链的几种启动加速情况,可以得到实际驱动链的速度波动情况,选择速度波动小的加速曲线,能够提高运输的平稳性。A、C和E是理想状况下速度与时间函数图像,B、D和F是在上述情况下驱动链模拟的实际速度波动情况,虽然B曲线的波动最小,但是要达到既定运行速度,需要时间较长,而F曲线的速度波动量过大,会导致传动的不平稳,因此选择C为悬挂输送系统的理想驱动速度曲线较为合适。

3.2 ADAMS与Matlab联合仿真

目前单纯的机械仿真已经无法满足要求,若能根据上述速度输出曲线,找到电机的输出转速,在现场中对电机的驱动调试具有指导意义。因此开展机电一体的设计仿真是非常必要的,通过ADAMS与Matlab的联合仿真[3],能够有效地把机械系统和控制系统结合起来,具体的实现方法如图6所示。关键点是状态变量与模型的关联,以及创建系统变量的输入输出,在ADAMS Controls模块中设置控制参数,做好与Matlab软件对接的准备[4]。

在Maltab中通过adams_sys命令实现两个软件的互通,在Simulink窗口中创建实现PID控制的各个模块关系,如图7所示。其中adams_sub中包含了非线性方程及相关变量,在该模块的MSC Software中设置数据交换的参数和计算方式[5]。

最后确定Simulation Parameters中的仿真时间和类型,即可开始联合仿真。如图8所示即为驱动电机输出的转速与时间的关系,仿真结果對于电机参数设置及现场调试具有参考意义。

3.3 喷涂机器人的工作过程仿真

使用ADAMS软件对喷涂机器人进行仿真,可以确定工业机器人的工作范围。并且通过仿真分析,能够确定喷涂机器人的工作路径[6]。首先建立机器人与喷涂工件的相对位置关系,并创建工业机器人每个轴之间的连接约束和驱动,使用STEP( x , x0 , h0 , x1 , h1 )函数来引导机器人的工作路径,其中x设置为时间,h定义为位置距离。如图9所示,即为喷涂时第六轴上喷枪的位置高度随时间变化曲线。通过该图像可以掌握机器人在仿真过程中喷枪的实时位置,对于现场中机器人的安装,喷涂工件的悬挂高度等提供了相关参考,减少了实际安装调试的时间。

4 结束语

相对于传统的设计方法,这种机电一体的联合设计、调试和仿真的方法,极大地提高了设计效率,提升了模型的可靠性,缩短了开发周期。并且为后期的实际工程带来可靠的数据支撑,具有较高的参考价值。

参考文献:

[1] 刘琦, 贺建平, 孙立三, 等. 涂装生产线前期设计步骤[J]. 现代涂料与涂装, 2016, 19(9): 44-47.

[2] 高照森. SG50型悬挂输送机运行机构设计与稳定性能研究[D]. 长春: 吉林大学, 2007.

[3] 吴艳, 岳玉娜, 齐志会. 基于ADAMS和MATLAB的模块化建模方法与实现[J]. 导弹与航天运载技术, 2017(2): 66-71.

[4] 马如奇, 郝双晖, 郑伟峰, 等. 基于MATLAB与ADAMS的机械臂联合仿真研究[J]. 机械设计与制造, 2010(4): 93-95.

[5] HUANG Guang-bin, ZHU Qin-yu, SIEW C K. Extreme learning machine: theory and application[J].Neurocomputing, 2006, 70(13): 489-501.

[6] 胡蕴博. 基于ADAMS和MATLAB的机器人联合运动仿真[J]. 机电技术, 2015(2): 23-27.

【通联编辑:谢媛媛】

《基于ADAMS的悬挂输送机仿真研究》转载自《电脑知识与技术》学术期刊,2018年21期 ,作者:王雷,宁祎,李显,蔡倩倩。

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