II法蘭管切割機(jī)器人的可視化動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)證分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16426法蘭管切割機(jī)器人的可視化動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)證分析案例 1230421.1simulink仿真模型整合 146281.2切割機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真 31.1simulink仿真模型整合以上各個(gè)章節(jié)分別獨(dú)立的構(gòu)建了操作臂本體模型部分、運(yùn)動(dòng)控制器算法仿真以及相貫線軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)。本章的仿真內(nèi)容將以上部分整合，在simulink可視化仿真平臺中搭建完整的工作仿真模型并驗(yàn)證工作情況，也就是搭建各關(guān)節(jié)軸的隨動(dòng)控制系統(tǒng)，具體的仿真流程如下圖所示。圖1.圖1.STYLEREF1\s0.SEQ圖\*ARABIC\s11仿真流程圖根據(jù)以上大體思路，在simulink中搭建的仿真框圖如下：圖1.圖1.STYLEREF1\s0.SEQ圖\*ARABIC\s12simulink仿真框圖在MATLAB/simulink中設(shè)置仿真參數(shù)，在simulation中的modelconfigurationparameters里設(shè)定仿真步長為Variable-step，數(shù)值求解方法為Auto(automaticsolversolution)，最大仿真步長為0.001s，總仿真時(shí)長為161.7s，其余的參數(shù)為默認(rèn)值。在軌跡求解方面與第四章相同，利用M函數(shù)編制分段函數(shù)并在simulink中調(diào)用用戶自定義的MATLABfunction模塊得到隨時(shí)間的變化值。M函數(shù)五次多項(xiàng)式規(guī)劃的輸出值作為下一步自適應(yīng)模糊PID控制器的輸入值對機(jī)械臂的四個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行隨動(dòng)控制。四個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)量均設(shè)定為位置控制providedbyinput，輸入力矩為automaticcomputed。被測量輸出量為positon、velocity、acceleration以及actuatorforce。在關(guān)節(jié)輸入量的前置PS-Simulinkconverter中按照各個(gè)輸入量的單位進(jìn)行設(shè)定。在實(shí)際工程中設(shè)定被切割通體表面距離切割槍轉(zhuǎn)軸的距離為100mm，因此通過調(diào)用rigidtransform模塊進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到變位機(jī)圓盤坐標(biāo)系下的設(shè)計(jì)仿真曲線軌跡。相對位置關(guān)系的測量利用simscapeMultibody中的TransformSensor模塊給出，輸出的位置信息經(jīng)過PS-Simulinkconverter后傳送給simulink中的Toworkspace模塊，以將位置信息導(dǎo)入到MATLAB的工作空間中。在輸出格式中要注意報(bào)三組輸出變量設(shè)定為Structurewithtime的格式。其中在工作空間中記錄機(jī)械臂末端軌跡部分的模塊如下圖所示。圖1.圖1.STYLEREF1\s0.SEQ圖\*ARABIC\s13simulink仿真框圖中的末端執(zhí)行器軌跡測量部分在完成上述仿真模型的搭建后就可以開始進(jìn)行支管相貫線切割的運(yùn)動(dòng)仿真。由于使用了simulink中的simMechanics工具箱，因此仿真結(jié)束后可以通過可視化插件看到直觀的運(yùn)動(dòng)仿真情況。1.2切割機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真現(xiàn)在進(jìn)行最后的相貫線切割仿真過程，在執(zhí)行完程序后可以得到圖1.4-圖1.7的位置隨動(dòng)曲線。圖1.圖1.STYLEREF1\s0.SEQ圖\*ARABIC\s14切割機(jī)器人關(guān)節(jié)1規(guī)劃軌跡和仿真軌跡圖1.圖1.5切割機(jī)器人關(guān)節(jié)2規(guī)劃軌跡和仿真軌跡圖1.圖1.6切割機(jī)器人關(guān)節(jié)3規(guī)劃軌跡和仿真軌跡圖1.圖1.7切割機(jī)器人關(guān)節(jié)4規(guī)劃軌跡和仿真軌跡以上一組圖像中的關(guān)節(jié)1-4分別代表線位移/角位移Xa、X接下來研究各關(guān)節(jié)的速度變化情況，在圖1.8-圖1.11中分別展示了上述四軸的角速度/線速度變化曲線。圖1.圖1.8關(guān)節(jié)1的角速度曲線圖1.圖1.9關(guān)節(jié)2的線速度曲線圖1.圖1.10關(guān)節(jié)3的線速度曲線圖1.圖1.11關(guān)節(jié)4的角速度曲線以上一組四幅圖像分別展現(xiàn)了四個(gè)關(guān)節(jié)軸Xa、X接下來研究各關(guān)節(jié)的速度變化情況，在圖1.12-圖1.15中分別展示了上述四軸的角速度/線加速度變化曲線。圖1.圖1.12關(guān)節(jié)1的角加速度曲線圖1.圖1.13關(guān)節(jié)2的線加速度曲線圖1.圖1.14關(guān)節(jié)3的線加速度曲線圖1.圖1.15關(guān)節(jié)4的角加速度曲線從以上一組四幅圖的角加速度變化曲線可以看出，加速度軌跡變化平滑無“突跳”，與事先規(guī)劃的值大概相同，因此，綜合位移、速度和加速度曲線可知，在仿真環(huán)境中的相貫線切割機(jī)器人伺服控制滿足本課題預(yù)想的要求；接下來，在圖1.16-1.19展示了各關(guān)節(jié)所受力或力矩的變化曲線圖像。圖1.圖1.16關(guān)節(jié)1所受驅(qū)動(dòng)力矩圖1.圖1.17關(guān)節(jié)2所受驅(qū)動(dòng)力圖1.圖1.18關(guān)節(jié)3所受驅(qū)動(dòng)力情況圖1.圖1.19關(guān)節(jié)4所受驅(qū)動(dòng)力矩從四個(gè)軸的力矩變化曲線仍能看出四個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)力變化曲線平滑，同時(shí)通過各個(gè)關(guān)節(jié)的受力情況可以得知負(fù)載受力情況。除了以上的仿真曲線之外，基于simscapeMultibody的多體動(dòng)力學(xué)仿真可以借助MechanicsExploers觀察直觀的可視化仿真圖像。從仿真圖像中直觀可以看出切割軌跡與理想相貫線軌跡重合。圖1.圖1.20MechanicsExp