動力學(xué)是高速碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題，但要建立機(jī)器人精確的動力學(xué)模型比較困難。通過Solidworks 建立機(jī)器人實(shí)體模型，并將其導(dǎo)入Matlab 中，在仿真環(huán)境中調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，得到機(jī)器人的動力學(xué)仿真模型，再利用Simulink 添加控制模塊、驅(qū)動模塊(Joint Actuator)和檢測模塊(Joint Sensor)建立完整的仿真模型，通過兩者的結(jié)合進(jìn)行機(jī)器人動力學(xué)仿真分析。結(jié)果表明，運(yùn)用Solidworks 與Matlab 聯(lián)合仿真，可以縮短設(shè)計(jì)周期、形象直觀的模擬機(jī)器人的三維運(yùn)動情況，有效的獲取其動力學(xué)特性參數(shù)。

　　引言

　　碼垛機(jī)器人是一種專業(yè)化、集成化的工業(yè)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、操作方便、適用性強(qiáng)、編組方式靈活等特點(diǎn)，能滿足食品、化工、醫(yī)藥包裝等行業(yè)對各種形狀成品進(jìn)行裝箱和碼垛的要求，在物流自動化技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人通常作為包裝線的后續(xù)設(shè)備，將包裝袋按照預(yù)定的編組方式、逐個(gè)逐層碼放在托盤或箱體內(nèi)，提高生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

　　對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析時(shí)，傳統(tǒng)的分析軟件(如ADAMS) 能輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線，還可以用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載荷，仿真精度和可靠性都很高，但是其在幾何建模、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上明顯不足。

　　文章利用Solidworks 軟件強(qiáng)大的建模功能建立三維實(shí)體模型，轉(zhuǎn)化成XML 格式文件導(dǎo)入MATLAB 中并結(jié)合MATLAB 對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的Simulink 軟件包，根據(jù)工作要求合理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)、靈活編寫各種控制程序，預(yù)先對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，從而在形成實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)之前能適時(shí)修正，以減少系統(tǒng)反復(fù)修改的時(shí)間實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)的目的。

　　本文以沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)的四自由度關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人為研究對象，運(yùn)用Solidworks 軟件建立碼垛機(jī)器人的三維實(shí)體模型，利用Solidworks 和Matlab 的軟件接口將簡化后的機(jī)器人模型導(dǎo)入Matlab 中，并進(jìn)行動力學(xué)聯(lián)合仿真，即可獲得機(jī)器人按預(yù)定加速度、速度沿預(yù)定軌跡運(yùn)動時(shí)各關(guān)節(jié)的動力學(xué)特性參數(shù)，據(jù)此來分析機(jī)器人的靜、動態(tài)特性，為后續(xù)的運(yùn)動控制、動態(tài)性能提高以及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力理論依據(jù)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

1、搭建Solidworks 與Matlab 聯(lián)合仿真平臺

　　進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用Solidworks 軟件強(qiáng)大的建模功能建立三維實(shí)體模型，轉(zhuǎn)換成XML 格式并導(dǎo)入Matlab 中進(jìn)行整理，利用Matlab 對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的Simulink 軟件包預(yù)先對動態(tài)系統(tǒng)仿真，從而在形成實(shí)際機(jī)構(gòu)之前進(jìn)行適時(shí)的修正，以減少系統(tǒng)反復(fù)修改的時(shí)間實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)的目的。

　　為實(shí)現(xiàn)Solidworks 與Matlab 的聯(lián)合仿真，需要在Solidworks 軟件中安裝Simmechanics link 插件，以建立Matlab 仿真接口。搭建仿真平臺的操作步驟如下:

　　(1) 根據(jù)計(jì)算機(jī)的性能參數(shù)和Matlab 版本，從MathWorks 公司的官方網(wǎng)站上下載合適install addon.m 以及smlink. r2010b. win32 壓縮文件;

　　(2) 根據(jù)smlink. r2010b. win32 壓縮包的安裝路徑，設(shè)置與之對應(yīng)的install addon ( 'D: \ software \Smlink \smlink. r2010b. win32. zip')，同時(shí)在Matlab 的workspace 中運(yùn)行該命令，即可完成在Matlab 里安裝Simmechanics link;

　　(3) 使Matlab 成為自動服務(wù)器。在Matlab 的workspace 運(yùn)行:regmatlabserver。為了檢查自動服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，可使用命令enable service( 'AutomationServer'，true);

　　(4) 安裝Solidworks 插件: 在Matlab 的workspace里運(yùn)行命令:smlink_linksw;

　　(5) 在Solidwork 里建立三維模型，注意勾選“選項(xiàng)-插件-SimMechanics Link”(如圖1 所示)。待建模完成并保存* . SLDASM 后，另存為. xml 格式文件。

　　(6) 向Matlab 中導(dǎo)入Solidworks 三維模型:mech_import ('Robot. xml')，運(yùn)行該命令即完成Matlab 建模過程，通過添加Simulink 模塊實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的控制、仿真分析等。

圖1 添加插件圖

4、結(jié)論

　　用Solidworks 與ADAMS 仿真時(shí)，由于兩者均采用Parasolid 核心實(shí)體造型技術(shù)，用Parasolid 格式導(dǎo)入ADAMS 的相對效果最好，零件保留其屬性顏色，與實(shí)物效果較接近，基本上可以滿足虛擬樣機(jī)的需要，但會使特征顏色以及面顏色丟失且表面質(zhì)量稍有下降。Solidworks /COSMOS Motion 用于建立運(yùn)動機(jī)構(gòu)模型，跟蹤零件的運(yùn)動軌跡，分析構(gòu)件中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用動畫、圖形、表格等多種形式輸出結(jié)果，其分析結(jié)果可指導(dǎo)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或調(diào)整零件的材料，但受加載控制信號限制而不能靈活控制其運(yùn)動軌跡。在機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，合理運(yùn)用Solidworks 與Matlab 的聯(lián)合仿真可快速建立虛擬樣機(jī)模型，根據(jù)工況需要靈活地規(guī)劃其運(yùn)動軌跡以進(jìn)行動力學(xué)分析，縮短設(shè)計(jì)周期、形象直觀的模擬機(jī)器人的三維運(yùn)動。