四自由度机器人的建模和仿真

四自由度汽车振动模型分析作者：文／张泽鹏李洋徐海升来源：《时代汽车》 2018年第10期摘要：本文以普通乘用车为例，将汽车简化成四自由度振动模型，根据牛顿第二定律求出系统的运动微分方程并利用MATLAB求解得到该振动系统的固有频率和主振型，最终绘制出振幅比随路面激励频率变化的曲线。

关键词：主振型；固有频率；MATLAB1振动模型的建立与分析1.1振动模型的建立选取一辆乘用车，各参数和数值在表1中给出，为了分析方便做出如下假设：(1)车身是质量分布均匀的刚体。

(2)两侧车轮的运动状态在任何时刻都相同。

(3)车身仅做垂直于地面的上下振动zc和绕质心的俯仰θ。

(4)车轮仅做上下振动Z1，Z2。

基于以上假设并将将该车简化为四自由度的振动模型如图1所示。

1.2根据牛顿第二定律对四自由度模型进行受力分析3主要结论(1)根据图2和图3可以得知，在后轮的激励对车身垂直振动的影响较大，前轮的激励对车身俯仰振动的影响较大。

(2)路面激励为4.6Hz时，车身垂直振动zc与后轮路面激励的振幅比达到最大值，为1.645，与前轮路面激励的振幅比达到最大值，为1.063。

(3)路面激励为4.8Hz时，车身俯仰角与后轮路面激励振幅比达到最大值，为0.7842;路面激励为4.6Hz时，车身俯仰角与前轮路面激励振幅比达到最大值，为1.650。

(4)根据幅频特性曲线可知，在行车过程中避免路面激励出现在[3Hz,8.7Hz]的区间内可有效提高舒适性。

参考文献：[1]詹长书，吕文超．汽车悬架的二自由度建模方法及分析[J]．拖拉机与农用运输车，2010，37(06)：9-11+15．[2]张眷红．基于MATLAB的汽车振动系统仿真卟机械工程与自动化，2008．。

并联机器人的运动学分析一、引言机器人技术作为现代工业生产的重要组成部分，已经在汽车制造、电子设备组装、医疗器械等领域发挥着重要作用。

而在机器人技术中，并联机器人以其独特的结构和运动方式备受关注。

本文将对并联机器人的运动学进行深入分析，探讨其工作原理及应用前景。

二、并联机器人的运动学模型并联机器人由多个执行机构组成，这些执行机构通过联接杆件与运动基座相连，使机器人具有多自由度运动能力。

为了对并联机器人的运动学进行建模，我们需要确定每个执行机构的运动关系。

其中，分析最为常用的是基于四杆机构的并联机器人。

1. 四杆机构的运动学模型四杆机构是一种由两个连杆和两个摇杆组成的机构，通过这些部件的相对运动实现机构的运动。

在并联机器人中，常见的四杆机构包括平行型、等长型等。

以平行型四杆机构为例，我们可以将其简化为平面结构，并通过设定适当的坐标系进行建模。

在平行型四杆机构中，设两个连杆为L1和L2，两个摇杆为L3和L4。

定义坐标系，以机构的连杆转轴为原点，建立运动坐标系OXYZ。

假设L3的转角为θ3，L4的转角为θ4，连杆L1和L2的长度分别为L1和L2，则可以通过几何关系得到机构的运动学方程。

2. 并联机器人的运动学模型并联机器人由多个四杆机构组成，各个四杆机构之间通过杆件连接，使得整个机器人能够实现更复杂的运动。

以三自由度的并联机器人为例，每个四杆机构的连杆长度、摇杆转角都有一定的自由度限制。

通过对每个四杆机构的运动学模型进行分析，可以得到整个并联机器人的运动学方程。

三、并联机器人的动力学分析除了运动学分析，动力学分析也是对并联机器人进行研究的重要方向。

动力学分析包括对并联机器人在运动过程中的力矩、加速度等动力学参数的研究，是实现机器人精确控制和安全运行的基础。

1. 动力学模型的建立在并联机器人的动力学分析中，我们通常采用拉格朗日方法建立动力学数学模型。

通过拉格朗日方程可以建立机器人运动学和动力学之间的联系，从而实现对机器人运动过程中各个关节力矩的估算。

目录摘要 (2)第1章引言 (6)1.1. 我国机器人研究现状 (8)1.2. 工业机器人概述： (9)1.3. 本论文研究的主要内容 (10)第2章机器人方案的设计 (15)2.1. 机器人机械设计的特点 (15)2.2. 与机器人有关的概念 (15)2.3. 工业机器人的组成及各部分关系概述 (16)2.4. 工业机器人的设计分析 (17)2.5. 方案设案 (18)2.6. 自由度分析 (18)2.7. 机械传动装置的选择 (20)2.7.1. 滚珠丝杠的选择 (20)第3章零部件设计与建模 (22)3.1. Croe软件介绍 (22)3.2. 关键零部件建模 (22)3.3. 各部分的装配关系 (36)第4章仿真分析 (39)第5章致谢 (43)参考文献 (44)摘要工业技术水平是工业用机器人现代化水平的重要指标，从研究和研究领域发展的结论，提高现代产业的要求，提高产业控制和控制任务的复杂性，提出了很高的要求。

理论上，我国末期输送能力和定位精确度高、小误差、惯性误差、反应速度快、工业工作并行、快速准确、现有工业工程预计会进一步增加，本文将研究并行研究、实用化并行以企业工学实用化为目标。

从摩擦接口、外乱和不确定性来看，如果没有连锁和动力学模型化的负担，传统的控制战略将难以得到基于控制有效性模型的预期。

通常，与一系列平行于更复杂的运动模型相比，动态测试和控制机制将更加复杂。

因此，有必要研究并联机构的动力学建模及其控制问题。

这是一个新的机器人，机器人的刚性。

承载能力高。

高精度。

小负荷的重量。

具有良好的性能和广泛的应用，是robotów.spokojnie系列的补充。

有一个固定的一部分，在特点和实验室条件下的动力学加速度（重力加速度），.终端控制机制，原来的三角洲是最有效的机制平行安装“电子项目机器人是机器人的控制和规划动力学研究的基础上，发挥着重要的作用，在“.badania kinematykę反向动力学和由简单到przodu.odwrotnie相对平行前进，kinematykę相对skomplikowane.na结构分析的基础上，建立了三角洲机器人模型，机器人的机器人。

关于车辆碰撞仿真分析用人体模型的认识——学习笔记及认识总结李良 车辆工程 30608020406人体模型：以人体参数为基础建立，描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、设计、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。

根据人体模型的用途进行分类：1、设计用人体模型——汽车用H 点人体模型2、作业分析用人体模3、工作姿势分析用人体模型4、动作分析用人体模型5、人机界面匹配评价用人体模型6、动力学分析用人体模型7、运动学分析用人体模型 8、试验用人体模型——汽车碰撞试验用人体模型一、概况介绍车辆碰撞仿真分析用人体模型车辆碰撞过程中，车内成员运动的动力学过程具有大位移、非线性、多自由度、瞬时性等特点，建立适合于这些特点的、基于多体系统动力学的人机模型，是进行车辆碰撞过程车内成员运动响应分析的关键技术问题。

基于多体系统动力学的二维和三维人体模型，应用于汽车碰撞过程中乘员运动响应的仿真分析、汽车碰撞行人事故中人体运动的仿真分析等问题的研究。

人体模型的结构：（以 MUL3D 汽车碰撞人体运动响应 为例）1、人体模型的组成：13个刚体——头部、颈部、胸部、腰腹部、臀部、左右上臂、左右前臂和手、左右大腿、左右小腿和足。

2、相邻刚体之间的铰接约束形式根据人体关节的解剖学结构特点选取。

胸部与左右上臂之间的肩关节 ——万向节人机系统匹配评价用人体模型车辆碰撞仿真分析用人体模型左、右上臂与左、右前臂之间的肘关节——转动副左、右大腿与左、右小腿之间的膝关节——转动副其它各关节——球面副3、为了描述和计算人体与车身有关结构之间的碰撞力，根据碰撞接触的可能形式，将人体模型各组成部分的形状用椭球加以描述，将车身有关结构部分的形状用平面加以描述，按椭球与平面的贯穿接触来计算贯穿接触力。

二、虚拟现实中多刚体人体模型的构建1、人体Hanavan 模型概述在虚拟环境中模拟人体运动，首先就是要建立逼真的人体模型。

从运动生物力学角度看，还要建立运动技术的力学模型，必须知道内在规律和约束条件两类因素。

五自由度机械臂运动和控制仿真分析一、本文概述随着机器人技术的快速发展，机械臂作为其中的重要组成部分，已在工业自动化、医疗、航空航天等领域得到广泛应用。

机械臂的运动和控制问题是机器人研究领域的核心问题之一。

本文旨在探讨五自由度机械臂的运动学和动力学模型，分析其运动特性，并在此基础上研究其控制策略，为机械臂的精确控制和优化提供理论支持。

文章首先介绍五自由度机械臂的基本结构和运动学原理，阐述其运动学模型的建立过程。

然后，通过拉格朗日方法或牛顿-欧拉方法建立机械臂的动力学模型，分析其在不同运动状态下的动力学特性。

接着，文章将研究机械臂的控制策略，包括位置控制、速度控制和力控制等，通过仿真实验验证控制策略的有效性。

文章将总结五自由度机械臂的运动和控制特性，并展望未来的研究方向。

本文的研究对于提高机械臂的运动精度、稳定性和效率具有重要意义，有望为机械臂在实际应用中的优化和升级提供理论指导和技术支持。

二、五自由度机械臂的结构与特点五自由度机械臂是一种高度灵活和复杂的机器人系统，其结构设计和特点决定了其在运动和控制方面的性能。

五自由度机械臂通常包括一个基座、一个旋转关节、两个或更多个移动关节以及一个末端执行器。

这种配置使得机械臂可以在三维空间中实现广泛的运动范围，从而满足各种复杂任务的需求。

结构设计：五自由度机械臂的结构设计通常遵循模块化原则，每个关节都由一个电机、减速器和传动机构组成。

基座关节负责机械臂的整体定位和姿态调整，而移动关节则负责实现末端执行器在三维空间中的精确移动。

这种结构设计使得机械臂具有较高的刚性和稳定性，同时也便于维护和升级。

灵活性：五自由度机械臂的灵活性是其最大的特点之一。

通过合理控制各个关节的运动，机械臂可以在复杂环境中实现精确的操作。

例如，在装配线上，五自由度机械臂可以准确地抓取和放置不同大小和形状的零件；在医疗领域，五自由度机械臂可以用于执行精细的手术操作。

控制精度：为了实现精确的运动控制，五自由度机械臂通常配备有高性能的控制系统。

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：基于MATLAB的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：112012337学生：指导教师（含职称）：（讲师）专业负责人：1．设计的主要任务及目标1）通过查阅有关资料，了解双足型机器人主要技术参数；2）双足型机器人的腿部模型建立及运动部件设计3）利用Pro/E完成动作的仿真2．设计的基本要求和内容1）双足型机器人的腿部功能选择；2）模型的建立；3）运动的仿真4）完成毕业设计说明书的撰写3．主要参考文献[1] 孙增圻.机器人系统仿真及应[ J ].系统仿真报，1995 ，7( 3 ):23-29.[2] 蒋新松，主编.机器人学导论[ M ].沈阳：辽宁：辽宁科学技术出版社，1994.[3] 蔡自兴.机器人学[ M ].北京：清华大学出版社，2000.[4] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[ M ].北京：清华大学出版社，20024．进度安排设计各阶段名称起止日期1 发放毕业设计题目及选题2015.03.03—2015.03.232 查阅文献，了解研究意义，完成开题报告2015.03.24—2015.04.133 编写说明书，已完成工作，完成中期答辩2015.04.14—2015.05.044 继续编写毕业设计说明书2015.05.01—2015.06.015 提交设计说明书，完成毕业答辩2015.06.02—2015.06.22审核人：年月日基于Matlab的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真摘要：最近几年，双足仿人步行机器人发展很快，有很高的科学研究价值。

步行机器人的运动是模仿人的步行运动的形式，相比其它机器人有更好的灵活性，所以可以完成各种生活中的难度更大的任务，实用价值远高于其它机器人，当然研究难度和控制也相当复杂。

基于Webots仿真软件的四足机器人建模和运动控制辛亚先;李彬;洪真【摘要】运用计算机进行机器人仿真,首先对四足机器人模型的各项参数进行设定,对各部分关系进行分析;在此基础上利用Webots 8.3仿真平台构建机器人的3D模型、分析了机器人控制原理,以及如何创建和添加控制器。

【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2016(030)002【总页数】7页(P45-51)【关键词】Webots软件四足机器人建模方法控制方法【作者】辛亚先;李彬;洪真【作者单位】齐鲁工业大学理学院,山东济南250353【正文语种】中文【中图分类】TP242仿真技术是机器人理论研究中的一个重要组成部分。

利用各种仿真和离线编程系统对机器人的性能和特点进行试验和改进，首先，避免了不恰当的控制策略对昂贵的物理样机的损坏；其次，其成果为物理样机制造提供了有效的理论依据和方法指导。

因此，机器人仿真系统对于机器人理论和实践有着显而易见的价值和意义。

目前，机器人仿真软件众多，其中，国外的许多仿真软件比较成熟，国内很多此类研究都是在已有软件的基础上进行的二次开发[1]。

国外众多成熟的仿真软件，各自有其不同的功能侧重，因此，可以根据仿真目标的不同，选择合适的仿真软件。

例如，ADAMS仿真软件其优势在于可以对复杂机械系统进行仿真，一般用来分析和比较多种不同参数的方案，给出优化的工作性能[2]；Microsoft Robotics Studio 机器人仿真平台由微软公司研发，它的功能丰富而且扩展性强，用户可以使用图形化的数据流驱动逻辑运算[3]；Open Dynamics Engine(ODE)是由Russell Smith最初研发的开源免费物理引擎，它包含刚体动力学模拟引擎和碰撞检测引擎两部分，让用户可以更方便的使用各种功能实现对物理环境的仿真[4]；Robotbuilder是由Rodenbaugh 开发的一款机器人动力学仿真软件，可适用于windows系统，其包含构建模式、仿真模式和回放模式，已被俄亥俄州立大学用于机器人教学课程[5]；ROBCAD仿真软件侧重于图形的设计和运算，可输出机器人任一零部件的尺寸[6]。

XI’A N TECHNOLOGICAL UNIVERSITY考核科目：机电系统仿真技术学生所在院（系）：机电工程学院学生所在学科：机械制造及其自动化考核题目：焊接机器人的建模与仿真学生姓名：贾川学生学号：1402210034学生班级：S14020012015年1月3日焊接机器人的建模与仿真以焊接机器人为例，介绍在ADAMS环境中进行模型建模和约束的添加，以及对建立好的模型进行仿真分析，对模型进行优化。

1 模型分析焊接机器人（如图1所示）由底座、躯干、肩构件、手臂、手腕、机械手六部分构成，各个构件由旋转副联接。

本焊接机器人有5个自由度，可以完成对复杂空间位置的工件的焊接工作。

图1 焊接机器人模型如图所示，机械手的位置由这些构建间旋转副旋转角度决定，每个旋转副将添加旋转驱动，并由电脑程序控制它们的远动。

在本章的实例中将介绍怎么在ADAMS 2013中模拟焊接机器人的工作，进行运动学仿真，并测量机械手焊接点的位置变化曲线。

2 创建模型2.1 启动ADAMS并设置工作环境（1）启动双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。

在欢迎对话框中选择“新建模型”，在模型名称栏中输入：welding_robot ；在重力名称栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在单位名称栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。

如图3所示。

图3 adams 启动设置界面图图4 网格参数设置对话框（2）设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。

在ADAMS/View菜单栏中，选择设置下拉菜单中的工作格栅命令。

系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成1000mm和1000mm，间距中的X和Y都设置成25mm。

然后点击“确定”确定。

如图4所表示。

用鼠标左键点击选择（Select）图标，控制面板出现在工具箱中。

用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom）图标，在模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。