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1、由于本人做课题时候遇到冗余约束的问题，多次请教别人，都没有解决问题，决心自力更生；自己综合许多资料和自己的反复尝试，彻底把ADAMS中自由度以及冗余约束的问题给攻破了，技术完全自举创新。 本来打算付费阅读，想一想何苦呢，只要大家认可我的东西就我心满意足了，希望对大家的学习和科研有帮助，如果大家觉得有用，请大家给我一个好评，也是对我辛苦的劳作一份肯定，同时帮忙我传播哈，希望有更多的朋友指出我里面的错误，完善本文的不足，探讨ADAMS各方面的技术问题，在此，我一夜无风，对各位的莅临表示最热烈的欢迎，对各位的点评表示衷心的感谢1引言 虚拟样机分析软件ADAMS（Automatic Dynamic A
2、nalysis of Mechanical Systems），是对机械系统的运动学与动力学进行仿真计算的商用软件，目前己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。一个系统通常是由多个构建组成的，各个构件之间的这种约束通常存在某些约束关系，即一个构件限制另一个构件的运动，两个构件之间的这种约束关系，通常称为运动副或者铰链，ADAMS中运动副分为低副、高副和基本副1 2，这些运动副对构件的自由度进行约束，ADAMS为每个约束列出一个或多个代数约束方程，在实际中,存在着大量的机构由于人为的带入虚约束而导致过约束的情况3，有时需要通过引入虚约束来增加系统的刚度4，在定义运动副过程中，往往会出现过约束及
3、冗余约束的情况，文献5分析了过约束问题，文献6对凸轮机构的冗余情况进行了分析，用一个点线副和一个平行副的组合来代替滑移副来解决冗余约束，但是没有分析具体方法。 并联机构具有高精度、高刚度、承载能力大和运动反解简单等特点, 成为机器人学者的研究热点7 ,自由度小于6 的少自由度并联机构, 因其驱动部件少、结构简单、控制成本低等特点, 一直是国际学术界关注的热点和研究的前沿8-14，交叉型平面二自由度并联机构属于少自由并联机构家族中的一种。本文对运用基本运动副代替低副约束刚体的自由度，同时不出现冗余约束，进行了详细的分析，总结了避免出现冗余约束的技巧，最后以交叉型平面二自由度并联机械手为对象，运用
4、上述方法和技巧，详细介绍了在ADAMS中建立其运动学和动力学仿真模型的具体方法和步骤，为样机开发和实时控制系统的研究提供重要的参考。2运用基本运动副约束物体自由度2.1运动副的约束关系一个构件在空间中具有6个自由度，即3个转动自由度和3个移动自由度。不同运动副，限制构件自由度的个数不同，转动副限制构件的5个自由度，只有1个绕转轴转动的自由度， 表1给出不同运动副对构件自由度的约束关系 表1 运动副对自由度约系束关X轴移动Y轴移动Z轴移动X轴转动Y轴转动Z轴转动自由度数目固定副0旋转副1移动副1圆柱副2球铰副3胡克铰2平面副3点-线副4线-线副4方向副3点线副4平行副4点面副5垂直副52.2基本
5、运动副构建圆柱副对于如图1的长方体，MARKER_1为固结于大地，位置和姿态与原点一致的点，MARKER_2为控制长方体位置和方向的点，姿态和位置与MARKER_1一致， 其在空间中有6个自由度，要实现长方体具有绕X轴转动和沿X轴移动两个自由度，即圆柱副，使其绕Y轴转动、沿Y轴移动、绕Z轴转动以及沿Z轴移动将被限制，主要有以下几个步骤： 1)添加垂直副约束，限制长方体绕 轴转动，在垂直轴选项中选择2 Bodies-2 Location,实体分别选取长方体和大地，位置分别选取长方体上的Marker_2和大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的X轴和Y轴，生成的Marker_3和Mar
6、ker_4的Z轴与Marker_1的X轴和Y轴一致，如图2，要保证Marker_3与Marker_4的Z轴垂直，长方体绕Marker_1的Z轴的转动将被限制，其只有五个自由度，即绕Marker_1的X、Y轴的转动，和沿Marker_1的X、Y、Z轴的移动.前天17:49 上传下载附件 (204.44 KB) 前天17:49 上传下载附件 (173.93 KB) 2)添加点线副来限制长方体沿Y和Z轴两个移动自由度，在点线副选项中选择2 Bodies-1 Location,实体分别选取长方体和和大地，位置选取长方体上的Marker_1，方向选择X轴，生成的Marker_5和Marker_6的Z轴与
7、Marker_1 X轴一致，如图3，考虑到1）中垂直轴副约束，长方体只有沿Marker_1的X轴的移动，和绕Marker_1的X、Y轴的转动三个自由度.前天17:49 上传下载附件 (164.12 KB) 3) 添加垂直轴副来限制长方体绕Marker_1 Y轴的转动，选择2 Bodies-2 Location,实体分别选取长方体和大地，位置分别选取长方体上的Marker_2和大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的X轴和Z轴，生成Marker_7和Marker_8的Z轴与Marker_1的X轴和Z轴一致，如图4，要保证Marker_7与Marker_8的Z轴垂直，长方体绕Marke
8、r_1 Y轴的转动将被限制，考虑到步骤1）、2），长方体剩下两个自由度，即沿Marker_1 X轴的移动和绕Marker_1 X轴的转动，通过在ADAMS中定义General Motion, 选择2 Bodies-1 Location,实体分别选取长方体和大地，位置选取大地上Marker_1，方向选取Marker_1的Z轴，如图5， 通过仿真测得绕X轴转动角度和沿X轴移动位移的曲线如图6、7 ，表明自由度的个数和方向是正确的.昨天12:05 上传下载附件 (170.68 KB) 前天17:51 上传下载附件 (213.33 KB) 前天17:51 上传下载附件 (191.95 KB) 前天17
9、:51 上传下载附件 (203.63 KB) 2.3基本副创建移动副和转动副1) 移动副 添加垂直副限制其绕X轴转动，长方体只能沿Marker_1的X轴移动，选择2 Bodies-2 Location,实体分别选取长方体和大地，位置分别选取长方体上的Marker_2和大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的Y和Z轴，生成的Marker_9和Marker_10的Z轴与Marker_1的Y轴和Z轴一致，如图8，要保证Marker_9与Marker_10的Z轴垂直，长方体绕Marker_1 X轴的转动将被限制，长方体只一个自由度，即沿Marker_1 X轴的移动，通过在ADAMS中定义G
10、eneral Motion仿真验证可知，自由度的个数和方向是正确的.2) 转动副添加点面副来限制其沿X轴移动，使长方体只能绕Marker_1 X轴转动，选择2 Bodies-1 Location,实体分别选取长方体和大地，选取大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的X轴，生成的Marker_9和Marker_10的Z轴与Marker_1的X轴一致，如图9，长方体绕Marker_1的X轴的移动将被限制，其只剩下了一个自由度，即绕Marker_1 X轴的转动，通过在ADAMS中定义General Motion仿真验证可知，自由度的个数和方向是正确的.前天17:51 上传下载附件 (18
11、0.52 KB) 前天17:51 上传下载附件 (188.35 KB) 3 冗余约束分析及处理方法 1)2.3中步骤1）采用创建平行副来限制长方体绕Marker_1 X轴的转动，使其沿Marker_1 X轴移动，选择2 Bodies-1 Location,实体分别选取长方体和大地，位置选取大地上的Marker_1，方向选取Marker_1 Z轴，长方体绕Marker_1 X、Y轴的转动被限制, 此时验证模型提示只有一个自由度，同时出现冗余约束，如图10，分析表明，当创建平行副来限制其绕Marker_1 X、Y轴的转动,使长方体沿Marker_1 X轴的移动，考虑到1.2中步骤3）的垂直副已经约
12、束长方体绕Marker_1 Y轴的转动，其绕Marker_1 Y轴的转动约束两次，出现过约束即冗余约束的问题，采用2.3中步骤1）创建的垂直副的方法或解除2.2中步骤3）的垂直关系采用本节的方法可以避免冗余约束.前天17:51 上传下载附件 (161.14 KB) 2)2.3中步骤2）采用添加点线副来限制长方体沿Marker_1的X轴移动，使其只能绕Marker_1 X轴转动，选择2_Bodies 1_Location,实体分别选取长方体和大地，位置选取大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的Z轴，此时验证模型提示只有一个自由度，但出现冗余约束，如图11，分析表明，当创建点线副来限
13、制长方体沿Marker_1 X、Y轴的移动，考虑到2.2步骤中2）创建的点线副已经约束长方体沿Marker_1 Y轴的移动，其沿Marker_1 Y的移动被约束两次，出现过约束即冗余约束问题，采用2.3中步骤2）创建点面副的方法可以避免冗余约束.前天17:51 上传下载附件 (165.22 KB) 3) 根据以上分析可知，用基本运动副来约束构件，同时避免出现冗余的基本技巧和方法：依据表1中基本副对自由度的约束关系，用基本副的组合创建低副或高副时，要保证已经约束过的自由度，不再被约束（即自由状态）；添加基本副时，在未被约束的自由度中约束不需要的自由度.4 交叉型平面二自由度并联机械手仿真模型建立
14、以及冗余约束的处理方法 4.1 交叉型平面二自由度并联机械手如图12所示，机构的定平台通过支链1、2与动平台相连，两条支链呈“交叉” 形分布，其中支链1采用平行四边形结构，支链1中连杆1、连杆2通过转动副与滑块和动平台相连，其转动副的中心分别为A11、B11和A22、B22；支链2中连杆3_1、连杆3_0通过转动副与滑块2和动平台相连，其转动副的中心分别为A3、B3和A4、B4；通过改变各分支中滑块的移动量, 来来实现动平台在平面一定范围内不同位置的变化。 为了在ADMAS中分析的方便，机构模型简图和建立的局部参考系如图13，局部参考系均位于关节的几何中心，方向和大地坐标系一致，其中Ma_rker 13是关节B4作用于动平台的参考点，Marker 14是关节B4作用于连杆3_0的参考点，Marker 15是关节A4作用于连杆3_0的参考点，Marker 16是关节A4作用于滑块2的参考点；Marker 17是固结于机架，用于创建滑块1与机架移动副的参考点；Marker 18是固结于机架，用于创建滑块2与机架移动副的参考点，ADAMS环境中的机构的模型如图14.前天17:51 上传下载附件 (236.34
