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ADAMS模拟軟件,精準評估上海交大救援機器人運動行為

2019-08-19
關鍵詞: 模拟軟件

  “六爪章魚”機器人是由上海交通大學研發的具有完全自主知識産權的救援型機器人,具備深入極端複雜危險環境的能力,可在核輻射、水下和火災等極端環境下完成搬運、搜索、探測和救援作業等多種任務。

  面 臨 挑 戰

  與輪式機器人相比,由于有腿機器人需要更加複雜的機械原理和控制策略來保持平衡、方位、效率及速度,因此設計難度更大。上海交通大學的研究人員面臨着以盡量低的成本在新機器人上提供高水平的速度、有效負載、耐用性及其他參數的挑戰。設計師必須了解他們的設計方案能夠承受多大的負載,在各種任務中的表現如何,以及施加到機器人各個關節上的作用力有多大,以便優化設計并交付具有競争力的産品。

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  解 決 / 驗 證

  實驗室的潘博士使用 Adams 多體動力學軟件創建了完整的機器人及其所執行任務的工作樣機,例如攜帶重載或轉動閥門。潘博士采用SolidWorks 計算機輔助設計(CAD)軟件開發了針對機器人設計方案的幾何體,并編寫了Adams/View 命令語言腳本,将幾何體轉換成Adams 模型,例如添加關節、軸承及電機。潘博士表示:“Adams/View 命令語言在機器人參數化建模方面表現良好,這是因為我可以通過編程創建單個文件來生成機器人設計,然後隻需更改命令語言文件中的數字就可以生成新的設計變量。”

  Adams 能夠在設計過程的最初階段,将設計概念作為一個整體系統來評估動态性能。與通過樣機實驗獲得同樣的信息相比,借助 Adams 在設計過程初期就能以更短的時間、更低的成本對衆多不同機器人設計方案的瞬态動态行為進行評估。他還可以加大機器人的速度和負載,同時确保機器人能夠穿越各類不同的表面。

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  在确定章魚機器人中所采用的 UP 和 UPS 組合所能得到最佳結果之後,設計人員嘗試了衆多不同的關節尺寸,這些工作隻需更改 Adams/ View 命令語言腳本中的變量即可實現。他對機器人執行動作的各向同性能力進行了評估, 即能夠以相同的速度、沿任何要求的方向移動給定的有效負載。他們還使用仿真對設計方案中有可能導緻機器人停止移動的特殊條件進行了評估。

  在進行了大量的設計疊代之後,研究人員确定了可滿足其所有目标的設計。此時,該團隊以大約 100,000 元的成本對建造的樣機進行調試。

  結 果

  上海交通大學的研究人員在大量條件下對樣機進行了測試,例如轉動閥門和開關、運送重達 500 千克的載荷,以評估其與預期任務的符合情況。實物實驗表明,樣機的性能與 Adams 預測非常吻合。潘博士表示:“如果在建造樣機之前沒有使用 Adams 對設計進行優化,我們或許還需要另外五台樣機,每台需要支付 100,000 元才能得到正确設計。借助 Adams,第一台樣機就能完全按照預期工作,我們甚至無需進行任何改動。”