[发明专利]一种压铸模取件机械手联合仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于压铸模取件机械手制造优化技术领域，尤其涉及一种压铸模取件机械手联合仿真方法。

背景技术

在压铸生产过程中，为了节约成本，提高生产效率，实现自动化生产，企业对各种机械手的需求越来越大。机械手是一个机电液混合的复杂系统，传统的机械设计手段在结构设计和控制系统设计等方面还无法满足要求。

文献“七自由度机械臂的ADAMS/MATLAB联合仿真研究”(陈罡，周奇才，吴菁，严楠。系统仿真学报，2017，29(1):99-106)对7自由度机械臂进行了基于ADAMS与MATLAB的联合仿真研究，通过虚拟样机的系统分析，得到了机械臂的动态响应特性。文献“机械臂自适应神经网络控制虚拟实现”(陈水金，吴玉香。组合机床与自动化加工技术，2012(3):50-53)采用ADAMS和MATLAB的虚拟样机联合仿真的方法建立了三自由度机械臂的模型，并进行仿真，上述都无法实现机械手的轨迹跟踪不够精确，机械手整体的振动对取件精度的影响比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种压铸模取件机械手联合仿真方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种压铸模取件机械手联合仿真方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立机械手结构简化模型；

(2)机械动力学仿真：定义机械手各个部件的材料属性、转动惯量属性，设置机械手相应的运动副和运动驱动函数，采用Adams进行机械动力学仿真；

(3)仿真结果与预期一致，进行控制动力学协同仿真；

(4)将Adams中机械手的动力学模型导入到Matlab的SIMULINK模块中，并作为控制系统的机械子模型，并建立联合仿真模型；

(5)ADAMS建立联合仿真系统的机械模型并添加外部载荷及约束，MATLAB/Simulink建立联合仿真系统的控制部分。ADAMS/Controls将两者连接起来，利用MATLAB/Simulink的控制输出来驱动机械模型，并将ADAMS中机械模型的位移、速度输出反馈给控制模型，实现在控制系统软件环境下进行交互式仿真。

优选的，上述步骤(4)中机械子模型的建立：通过Adams中的control模块，建立20个状态变量，其中包括4个转矩变量，1个驱动力变量，10个角位移变量，5个角速度变量；设置状态变量时要根据注意区别变量的属性，20个状态变量中，输入变量与输出变量各10个。在状态变量设置完成以后，就会生成adams_sys文件，控制系统中就会显示出设置好的输入变量和输出变量，最终生成的联合仿真系统的机械子模型。

优选的，上述步骤(5)中，在联合仿真的过程中应将其传化成线性多变量系统，采用PD控制器进行控制，通过控制各个关节的运动，实现对机械手整体的的精确控制。具体是对机械手采用PD控制，控制在ADAMS中实现，实际运动的规划在SIMULINK中进行，控制律如下：

其中x_d，θ_d，为Simulink中规划的各个关节部件的位置与速度矩阵，作为系统的驱动输入；x_m，θ_d，为ADAMS中实际要测量的各个关节部件的位置与速度矩阵，跟踪系统的输入信号，并将两个末端机械爪的质量降为其真实质量的10％。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明将运动动力学仿真和控制系统仿真联合实现机械手的联合仿真，建立的控制器参数进行了仿真优化，并将仿真优化后的控制器参数，运用到机械手的运动控制器中，证明了仿真优化后的控制器参数使得机械手系统有较好的轨迹跟踪特性和快速响应特性，为后期机械手轨迹的精确控制提供了基础。

附图说明

图1为机械手结构图；

图2为末端执行装置的运动特性曲线图；

图3为机械子模型图；

图4为adams_sub子模型图；

图5为控制系统图；

图6为滑块的位移图；

图7为上爪角位移图；

图8为大臂角位移图；

图9为旋转帽角位移图；

图10为滑块受力图；

图11为上爪的扭矩图；

图12为大臂的扭矩图；

图13为旋转帽的扭矩图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例：一种压铸模取件机械手联合仿真方法，该方法包括以下步骤：