Adams专题板块 | Adams Machinery cable绳索模块 | 四轮悬挂式机器人建模步骤

本文详细介绍了如何在Adams软件中使用Machinery的cable绳索模块,通过创建和移动标记点,构建双绳索轨道和四轮悬挂机器人的模型,包括标记点操作、绳索轨道的建立以及与机器人主体的连接。适合对机械仿真感兴趣的读者。

Adams专题板块 | Adams Machinery cable绳索模块 | 双绳索轨道下四轮悬挂式机器人建模步骤,最终效果如图1所示。
在这里插入图片描述图1 最终效果

1: 双绳索轨道下四轮悬挂式机器人建模基础

绳索轨道四轮悬挂式机器人,即机器人通过四个行走轮悬挂于绳索上并在绳索轨道上行走。因此在Adams中建立绳索轨道式悬挂机器人需要具备利用Adams建立绳索的基础(利用Adams Machinery cable模块建立绳索)。本例是四轮悬挂于双绳索轨道,在建立绳索时是通过标记点MARKER进行定位的,在该过程需要具备复制标记点的基础和成组移动标记点的基础(即需基础的复制移动功能)。

2:双绳索轨道下四轮悬挂式机器人建模步骤

双绳索轨道下四轮悬挂式机器人建模步骤总的来说可以分为以下内容:
(1)为轨道1和轨道2创建标记点,并将标记点移动合适角度与位置后;
(2)先利用cable模块建立绳索轨道1;
(3)再利用cable模块建立绳索轨道2;
(4)建立正方体作为机身;
(5)更换滑轮旋转对象。在建立绳索轨道时各会建立两个滑轮,共计为4个轮子,将这四个轮子的旋转对象设置成所建立的正方体,这样就讲长方体和轮子看做一个整体,轮子在绳索上滚动时长方体也在向前移动,实现四轮机器人在绳索上运动的效果;
(6)添加驱动、添加力;
(7)开始仿真。

2.1 标记点创建 | 单标记点复制 | 标记点成组移动

(1)在Adams中先建立4个标记点(MARKER),标记点物理意义如表1所示。
表1 MARKER1-MARKER4对应的物理关系

MARKER1 MARKER3 MARKER4 MARKER2
AdamsCable模块底层代码实现方属于MSC Software公司的商业机密,通常不会对外公开披露。不过可以从其实现的功能和原理来推测一些可能的底层代码实现思路。 ### 多体动力学基础 Adams是基于多体动力学理论的软件,Cable模块也不例外。在多体动力学中,系统的运动可以通过拉格朗日方程或牛顿 - 欧拉方程来描述。对于Cable模块,可能会将缆索离散为多个小段,每个小段可以看作一个刚体或柔性体,通过建立这些小段之间的连接关系和约束方程,来模拟缆索的整体运动。例如,在离散化过程中,可能会使用有限元方法,将缆索划分为多个单元,每个单元有自己的节点,通过节点之间的位移和力的关系来描述单元的力学特性。 ```python # 简单示例:模拟缆索离散化节点 class CableNode: def __init__(self, position, mass): self.position = position self.mass = mass self.velocity = [0, 0, 0] def update_position(self, force, dt): # 根据牛顿第二定律更新节点位置 acceleration = [f / self.mass for f in force] for i in range(3): self.velocity[i] += acceleration[i] * dt self.position[i] += self.velocity[i] * dt # 创建缆索节点 node1 = CableNode([0, 0, 0], 1.0) force = [1, 0, 0] dt = 0.1 node1.update_position(force, dt) ``` ### 接触算法 缆索在运动过程中可能会与其他物体发生接触,因此Cable模块需要实现高效的接触算法。常见的接触算法有罚函数法、拉格朗日乘子法等。罚函数法通过在接触区域引入一个惩罚力,当两个物体接近时,惩罚力会迅速增大,从而避免物体的穿透。拉格朗日乘子法则是通过引入拉格朗日乘子来满足接触约束条件。在代码实现中,可能会根据不同的接触情况选择合适的算法,并进行优化以提高计算效率。 ### 材料特性模拟 缆索的材料特性对其力学行为有重要影响,Cable模块需要能够模拟不同材料的特性,如弹性、塑性、粘性等。在底层代码中,可能会使用本构方程来描述材料的应力 - 应变关系。例如,对于线性弹性材料,可以使用胡克定律来描述应力和应变之间的关系。 ```python # 简单示例:线性弹性材料本构方程 def linear_elastic_stress(strain, youngs_modulus): return youngs_modulus * strain strain = 0.01 youngs_modulus = 2e11 stress = linear_elastic_stress(strain, youngs_modulus) ``` ### 数值积分方法 为了求解多体动力学方程,需要使用数值积分方法。常见的数值积分方法有欧拉法、龙格 - 库塔法等。在Cable模块中,可能会选择合适的数值积分方法来保证计算的精度和稳定性。例如,对于复杂的系统,可能会使用四阶龙格 - 库塔法来进行数值积分。 ```python # 简单示例:四阶龙格 - 库塔法 def rk4(f, x, t, dt): k1 = f(x, t) k2 = f(x + 0.5 * dt * k1, t + 0.5 * dt) k3 = f(x + 0.5 * dt * k2, t + 0.5 * dt) k4 = f(x + dt * k3, t + dt) return x + (dt / 6) * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) # 定义一个简单的微分方程 def f(x, t): return -x x0 = 1.0 t0 = 0.0 dt = 0.1 x1 = rk4(f, x0, t0, dt) ```
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