基于ADAMS和MATLAB自行车机器人联合仿真运动

编号：毕业设计(论文)说明书题目：基于ADAMS和MATLAB自行车机器人圆周运动仿真研究学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师单位：机电工程学院姓名：职称：副教授题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究2014年5月28日（论文）报告用纸第1页共37页摘要自行车是我们日常很常见的交通工具，自行车机器人是在自行车的基础上，加上自动控制系统来达到不需要人为控制的自行车，简单的说它就是把自行车和机器人结合起来的一种机器。在驱动设备的驱动下，它可以通过它的控制器进行控制自主完成运动。我们都知道，自行车主要通过它的车轮子和地面间的摩擦力来运动，地面与车轮的接触跟点接触差不多，所以他的的平衡动力学模型是相当的复杂的。因为机械系统的物理样机和动力学模型建立起来太过麻烦，而且成本很高。所以在文中我们要用到虚拟样机，虚拟样机技术的好处在于不用建立物理样机，只需要用三维建模软件建立好几何模型，再给模型加上合理的约束、驱动力矩、质量属性等必要因素，这样就能简单便捷地到了我们想要的模型，大大减少了我们的工作量，使得研究起来更简单。另外，结合Matlab软件进行联合仿真，这样一来，整个联合仿真过程就显得更加的简单了。得助于这些软件，这次的研究联合仿真运动控制的成本和时间都节约了很多。本文主要研究自行车机器人基于虚拟样机的圆周运动的平衡控制。具体步骤如下；首先用所学软件建立它的几何模型。文中本人使用的是PRO/E建立自行车机器人的三维模型。然后装配好的自行车机器人模型保存为T_X文件以方便它导入到ADAMS2012，紧接着在动力学软件ADAMS2012中加上必要的属性从而得到带着动力学模型的机械模型。再然后把课本学到是控制工程的思想拿出来运用，并且结合数学软件Matlab的Simulink模块进行联合仿真，实现了自行车的圆周运动任务。关键词：PRO/E；Simulink；ADAMS;PID控制；圆周运动；自行车机器人（论文）报告用纸第2页共37页AbstractBicycleisourdailycommonmeansoftransportation,Thebicyclerobotsonthebasisofthebikeandcombinedingwithautomaticcontrolsystemtoachievenotneedmanualcontroling.Simplysayitisamachinecombineswiththebicycleandrobot.Bythedrivingofthedrivingdevice,itcanbedonebythecontrollertocontroltheindependentmovement.Asweallknow,bicyclemainlymovebythefrictionwhichbetweenthegroundanditswheels.Thecontactofthegroundandwheelsissimilartopointcontact.Sothebalanceofhisdynamicmodelisquitecomplicated.SincethemechanicalsystemdynamicmodelofphysicalprototypeandbuiltuptoomuchtroubleAndthecostisveryhigh.Sointhispaperweusevirtualprototype,Theadvantagesofvirtualprototypingtechnologyisnotsetupthephysicalprototype,itOnlyneedtocreateageometricmodelwiththreedimensionalmodelingsoftware.Thenaddedtothemodelofreasonableconstraint,drivingmoment,necessaryfactorssuchasqualityattributes.Soyoucansimpleandeasytohavethemodelwahtwewant,greatlyreducingtheworkloadofus,Itismoreeasytomakeresearch.Inaddition,becauseofthecombinedsimulationofMatlabsoftware,sothesimulationprocessismoresimple.Toaidinthesoftware,thisstudycombinedsimulationmovementcontrolcostandtimesavingalot.Thispapermainlystudiesbicyclerobotbasedonvirtualprototypeofthebalanceofthecircularmotioncontrol,Specificstepsareasfollows,Firstofallusethesoftwarewehavelearntoestablishitsgeometricmodel.Inthispaper,IusePRO/Esetupbicycle3dmodeloftherobot.ThenbicycleassemblyrobotmodelissavedasaT_XdocumentsforimportitintoADAMS2012.ThenaddthenecessarypropertyinthedynamicssoftwareADAMS2012withamechanicalmodelofdynamicmodelisobtained.Thentakeoutyourthethinkingofthecontrolengineeringyouhavelearntoapplication.AndcombinedwiththemathematicalsoftwareMatlabSimulinkmoduleforcombinedsimulation,realizethecircularmotionofbicycletask..Keywords:PRO/E;Simulink;ADAMS;PIDcontrol;circlingmotion;bicyclerobot（论文）报告用纸第3页共37页目录摘要...................................................................................................................1Abstract..................................................................................................................2目录...............................................................................................................3引言.......................................................................................................................41绪论.................................................................................................................51.1自行车机器人概述.............................................................................................................51.2三维软件PRO/E软件的简介............................................................................................81.3虚拟样机技术概况.............................................................................................................91.4动力学软件ADAMS简介..............................................................................................101.5控制工程中的PID控制概述..........................................................................................101.6数学软件Matlab/Simulink简介......................................................................................111.7课题背景及设计任务.......................................................................................................122自行车机器人的建模...................................................................................132.1运用三维软件PRO/E对自行车机器人进行几何实体建模..........................................132.2运用动力学软件ADAMS对自行车机器人进行虚拟样机建模..................................203ADAMS和MATLAB联合起来对自行车机器人仿真.............................243.1自行车机器人动态平衡原理...........................................................................................243.2控制策略及控制器的设计...............................................................................................243.3联合仿真调整PID参数..................................................................................................274自行车机器人回转运动特性分析...............................................................304.1无干扰力下自行车机器人的圆周运动特性...................................................................304.2有干扰力的自行车机器人的圆周运动特性...................................................................335结论...........................................