adams的履带式探索机器人行走机构动力学仿真(附件)
摘要在本文中，我们着重去研究对履带式机器人的零件结构，具体的工作过程和工作时的受力，尤其是对驱动轮和履带板，履带板和支重轮，履带板和地面，履带板和履带板的力进行研究。在建立三维模型的过程中，我们做了各种尝试，通过Solidworks，ADAMS软件，最后通过仿真得出相应的参数和结果，其主要的工作和过程如下： 1）运用力学的相关方面的知识，为了得到相应理论的履带板与地面接触的压力公式和履带式机器人在运动过程中所受到的阻力公式，我们要具体结合该履带式机器人的一些设计参数进行讨论。 2）在已知履带式机器人的参数和地面的参数的条件下，我们可以运用履带式机器人的一些理论来计算履带板在工作过程中所受到的阻力。 3）将SolidWorks和ADAMS三维设计和仿真软件相结合，建立履带式机器人模型； 4）考虑到履带式机器人具体可能的工作环境，对平地匀速度向前运动，平地匀速度向后运动和平地加速度向前运动这三种情况进行仿真，通过数据采集去分析履带板所受的力。 5）通过三种情况的仿真，完成具体的数据采集工作。在这些数据里面，我们还要去具体的讨论支重轮和履带板之间的作用力的分布情况。【关键词】：虚拟样机;履带行走机构;地面力学;仿真 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 虚拟样机技术在履带行走装置仿真中的应用 2
1.2.1 基于 ADAMS 的虚拟样机技术 2
1.3 本文研究的主要内容 3
第二章 履带与地面的作用关系 4
2.2 履带式机器人模型的组成 5
2.3 履带板和地面的作用关系 5
2.3.1 履带板接地压力和沉降深度的关系 5
2.3.2 行驶阻力 7
2.4 本章小结 9
第三章 履带式机器人的建模与仿真 10
3.1 Solidworks的发展与介绍 10
3.2 在Solidworks里面的建模过程 10
3.3 建立履带式机器人动力学模型 13
3.3.1 导入并简化模型 13
3.3.2 零件间的约束和接触力的施加 15
3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2.4 本章小结 9
第三章 履带式机器人的建模与仿真 10
3.1 Solidworks的发展与介绍 10
3.2 在Solidworks里面的建模过程 10
3.3 建立履带式机器人动力学模型 13
3.3.1 导入并简化模型 13
3.3.2 零件间的约束和接触力的施加 15
3.3.3 施加摩擦力 18
3.4 本章小结 19
第四章 动力学仿真的研究 20
4.1 工况一：平地匀速直线向前运动 20
4.1.1 履带板和支重轮之间的接触 21
4.1.2 履带板和地面间的接触 22
4.1.3 履带板和履带板之间转动副的分析 24
4.1.4 履带板和驱动轮的受力分析 24
4.2 工况二：平地匀速直线向后运动 25
4.2.1 履带板和支重轮之间的接触 25
4.2.2 履带板和地面间的接触 27
4.2.3 履带板和履带板之间的转动副的分析 28
4.2.4 履带板与驱动轮的受力分析 29
4.3 工况三：平地加速直线向前运动 29
4.3.1 履带板和支重轮之间的接触 30
4.3.2 履带板和地面间的接触 31
4.3.3 履带板与履带板之间的转动副的分析 32
4.3.4 履带板和驱动轮的受力分析 33
4.4 本章小结 34
第五章 总结与展望 35
5.1 结论 35
5.2 展望 35
5.2.2 工作中的展望 36
致 谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
履带式行走机构是一种比轮式行走机构更具有适应性的地面行走机构，它是机械的重要组成部分。 履带式行走机构可以在工作在轮式行走机构无法工作的环境下工作，比如厚厚的积雪、泥、淤泥和沙子，而且在接地压力方面与轮式行走机构相比，它所能够承受的负荷强度要远大于轮式的[5]。一些机械机构常常工作在比较恶劣的工作场合，而且在工作过程中所受到的外界相应的作用力也比较大，所以说履带式机器人在这方面可以发挥相当大的作用，拥有足够的研究前景。长期以来，在研究和生产大型工程机械方面，我国一直都是使用比较传统的方法去设计和制造履带式行走机构，通常我们需要经过初步设计结构，制造样机模型，实际试验运行，改进产品设计，最后投入生产和广泛使用这几个过程。 以上所谈的这种设计研发方法有比较严重的缺点就是耗费的资金比较巨大，并且要花费大量的时间去达到满意的效果,而且这种方法不具有重复实验的优点，这就导致中国的机械产品缓慢的升级，很难跟上市场需求的不断变换。随着科技的不断向前进步和发展，机械装置也逐渐变得越来越大，它们的结构也日趋复杂，这就需要我们花费愈来愈多的资金，材料和员工去研究和设计新的机械装置。因此，这种传统的研究和设计开发新的机械装置的方法所带来的代价是巨大的，而且也与世界各行各业的发展趋势相悖，不利于未来的发展。
虚拟样机技术是20世纪80年代和20世纪90年代产生的一种计算机辅助技术，在步入21世纪后，计算机技术的快速发展也促进了虚拟样机技术的不断更新和向前进步，使它的应用更加广泛。目前，在西方的大多数发达国家，虚拟样机技术的使用程度相当的大，并且它的应用方面特别的多，跨越很多的领域，有用于汽车的生产制造，飞机的设计，造船等等。虚拟样机目前在我国还处于起步阶段的应用，主要是国内的一些研究机构对其进行研究和国内的一些大学在教学方面的使用。当然我国的虚拟样机的发展前景还是很不错的，跟西方国家的距离也在不断缩小。相比于我国目前发展的不健全的情况，国外的虚拟样机的发展已经比较成熟，系统，充分发挥了虚拟样机的强大功能，并且已经形成了软件化的模式[16]。怎样建立一个与实际情况比较符合的虚拟样机模型，怎样去适当简化工作情况但不影响实验结果并且能够充分准确的去估计该模型的各项工作性能，这些都需要我们在进行使用和学习虚拟样机技术所要考虑的问题。对于研究和开发工作的不断深入发展和相关的科学技术的不断前进，更新，我国的虚拟样机研究水平将快速发展并将最新的成果投入使用，促进我国的整体发展。
1.2 虚拟样机技术在履带行走装置仿真中的应用
1.2.1 基于 ADAMS 的虚拟样机技术
只有通过功能强大的软件开发平台，虚拟样机技术的发展才能得到进一步的推进。目前美国机械动力公司的 ADAMS，CADSI 的 DADS，德国航天局的 SIMPACK，其它还有 WorkingModel，Flow3D，IDEAS，Phoenics，ANSYS，Pamcrash 等[8]这些软件在全球的使用量比较大，技术发展成熟，影响广泛。我们要研究履带式机器人，不仅要研究它的结构方面，还要研究它的运动情况，受力情况以及动态运动过程中一些参数的变化。用户可以在ADAMS软件里建立要研究的模型，设置一些仿真的参数，然后通过软件的运行和使用，在电脑上进行相应的仿真去模拟履带式机器人的各够部分的运动情况。为了研究模型在不同的工作情况下的工作状态，我们可以在ADAMS里面设置一些必要的参数，然后通过对模型的仿真，最后从运动学和动力学方面去分析仿真后得到的数据。通过对模型动力学和运动学的分析，我们可以得到设计机构的一些参数，通过对这些参数的改变和调试，我们可以得到最佳的机构模型。
在ADAMS软件里，我们可以应用软件自带的零件库，约束库和力库去建立和参数化仿真所需要的模型。为了研究履带式机器人的一些工作性能，我们需要对它进行静力学，动力学和运
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 虚拟样机技术在履带行走装置仿真中的应用 2
1.2.1 基于 ADAMS 的虚拟样机技术 2
1.3 本文研究的主要内容 3
第二章 履带与地面的作用关系 4
2.2 履带式机器人模型的组成 5
2.3 履带板和地面的作用关系 5
2.3.1 履带板接地压力和沉降深度的关系 5
2.3.2 行驶阻力 7
2.4 本章小结 9
第三章 履带式机器人的建模与仿真 10
3.1 Solidworks的发展与介绍 10
3.2 在Solidworks里面的建模过程 10
3.3 建立履带式机器人动力学模型 13
3.3.1 导入并简化模型 13
3.3.2 零件间的约束和接触力的施加 15
3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2.4 本章小结 9
第三章 履带式机器人的建模与仿真 10
3.1 Solidworks的发展与介绍 10
3.2 在Solidworks里面的建模过程 10
3.3 建立履带式机器人动力学模型 13
3.3.1 导入并简化模型 13
3.3.2 零件间的约束和接触力的施加 15
3.3.3 施加摩擦力 18
3.4 本章小结 19
第四章 动力学仿真的研究 20
4.1 工况一：平地匀速直线向前运动 20
4.1.1 履带板和支重轮之间的接触 21
4.1.2 履带板和地面间的接触 22
4.1.3 履带板和履带板之间转动副的分析 24
4.1.4 履带板和驱动轮的受力分析 24
4.2 工况二：平地匀速直线向后运动 25
4.2.1 履带板和支重轮之间的接触 25
4.2.2 履带板和地面间的接触 27
4.2.3 履带板和履带板之间的转动副的分析 28
4.2.4 履带板与驱动轮的受力分析 29
4.3 工况三：平地加速直线向前运动 29
4.3.1 履带板和支重轮之间的接触 30
4.3.2 履带板和地面间的接触 31
4.3.3 履带板与履带板之间的转动副的分析 32
4.3.4 履带板和驱动轮的受力分析 33
4.4 本章小结 34
第五章 总结与展望 35
5.1 结论 35
5.2 展望 35
5.2.2 工作中的展望 36
致 谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
履带式行走机构是一种比轮式行走机构更具有适应性的地面行走机构，它是机械的重要组成部分。 履带式行走机构可以在工作在轮式行走机构无法工作的环境下工作，比如厚厚的积雪、泥、淤泥和沙子，而且在接地压力方面与轮式行走机构相比，它所能够承受的负荷强度要远大于轮式的[5]。一些机械机构常常工作在比较恶劣的工作场合，而且在工作过程中所受到的外界相应的作用力也比较大，所以说履带式机器人在这方面可以发挥相当大的作用，拥有足够的研究前景。长期以来，在研究和生产大型工程机械方面，我国一直都是使用比较传统的方法去设计和制造履带式行走机构，通常我们需要经过初步设计结构，制造样机模型，实际试验运行，改进产品设计，最后投入生产和广泛使用这几个过程。 以上所谈的这种设计研发方法有比较严重的缺点就是耗费的资金比较巨大，并且要花费大量的时间去达到满意的效果,而且这种方法不具有重复实验的优点，这就导致中国的机械产品缓慢的升级，很难跟上市场需求的不断变换。随着科技的不断向前进步和发展，机械装置也逐渐变得越来越大，它们的结构也日趋复杂，这就需要我们花费愈来愈多的资金，材料和员工去研究和设计新的机械装置。因此，这种传统的研究和设计开发新的机械装置的方法所带来的代价是巨大的，而且也与世界各行各业的发展趋势相悖，不利于未来的发展。
虚拟样机技术是20世纪80年代和20世纪90年代产生的一种计算机辅助技术，在步入21世纪后，计算机技术的快速发展也促进了虚拟样机技术的不断更新和向前进步，使它的应用更加广泛。目前，在西方的大多数发达国家，虚拟样机技术的使用程度相当的大，并且它的应用方面特别的多，跨越很多的领域，有用于汽车的生产制造，飞机的设计，造船等等。虚拟样机目前在我国还处于起步阶段的应用，主要是国内的一些研究机构对其进行研究和国内的一些大学在教学方面的使用。当然我国的虚拟样机的发展前景还是很不错的，跟西方国家的距离也在不断缩小。相比于我国目前发展的不健全的情况，国外的虚拟样机的发展已经比较成熟，系统，充分发挥了虚拟样机的强大功能，并且已经形成了软件化的模式[16]。怎样建立一个与实际情况比较符合的虚拟样机模型，怎样去适当简化工作情况但不影响实验结果并且能够充分准确的去估计该模型的各项工作性能，这些都需要我们在进行使用和学习虚拟样机技术所要考虑的问题。对于研究和开发工作的不断深入发展和相关的科学技术的不断前进，更新，我国的虚拟样机研究水平将快速发展并将最新的成果投入使用，促进我国的整体发展。
1.2 虚拟样机技术在履带行走装置仿真中的应用
1.2.1 基于 ADAMS 的虚拟样机技术
只有通过功能强大的软件开发平台，虚拟样机技术的发展才能得到进一步的推进。目前美国机械动力公司的 ADAMS，CADSI 的 DADS，德国航天局的 SIMPACK，其它还有 WorkingModel，Flow3D，IDEAS，Phoenics，ANSYS，Pamcrash 等[8]这些软件在全球的使用量比较大，技术发展成熟，影响广泛。我们要研究履带式机器人，不仅要研究它的结构方面，还要研究它的运动情况，受力情况以及动态运动过程中一些参数的变化。用户可以在ADAMS软件里建立要研究的模型，设置一些仿真的参数，然后通过软件的运行和使用，在电脑上进行相应的仿真去模拟履带式机器人的各够部分的运动情况。为了研究模型在不同的工作情况下的工作状态，我们可以在ADAMS里面设置一些必要的参数，然后通过对模型的仿真，最后从运动学和动力学方面去分析仿真后得到的数据。通过对模型动力学和运动学的分析，我们可以得到设计机构的一些参数，通过对这些参数的改变和调试，我们可以得到最佳的机构模型。
在ADAMS软件里，我们可以应用软件自带的零件库，约束库和力库去建立和参数化仿真所需要的模型。为了研究履带式机器人的一些工作性能，我们需要对它进行静力学，动力学和运
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