動力學是高速碼垛機器人設計過程中必須考慮的問題，但要建立機器人精確的動力學模型比較困難。通過Solidworks 建立機器人實體模型，并將其導入Matlab 中，在仿真環境中調整相應參數，得到機器人的動力學仿真模型，再利用Simulink 添加控制模塊、驅動模塊(Joint Actuator)和檢測模塊(Joint Sensor)建立完整的仿真模型，通過兩者的結合進行機器人動力學仿真分析。結果表明，運用Solidworks 與Matlab 聯合仿真，可以縮短設計周期、形象直觀的模擬機器人的三維運動情況，有效的獲取其動力學特性參數。

　　引言

　　碼垛機器人是一種專業化、集成化的工業設備，具有結構簡單、性能可靠、操作方便、適用性強、編組方式靈活等特點，能滿足食品、化工、醫藥包裝等行業對各種形狀成品進行裝箱和碼垛的要求，在物流自動化技術領域得到廣泛應用。機器人通常作為包裝線的后續設備，將包裝袋按照預定的編組方式、逐個逐層碼放在托盤或箱體內，提高生產能力和轉運能力。

　　對虛擬機械系統進行動力學分析時，傳統的分析軟件(如ADAMS) 能輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線，還可以用于預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷，仿真精度和可靠性都很高，但是其在幾何建模、控制系統設計上明顯不足。

　　文章利用Solidworks 軟件強大的建模功能建立三維實體模型，轉化成XML 格式文件導入MATLAB 中并結合MATLAB 對動態系統進行建模、仿真和分析的Simulink 軟件包，根據工作要求合理設計控制系統、靈活編寫各種控制程序，預先對動態系統進行仿真分析，從而在形成實際機器人系統之前能適時修正，以減少系統反復修改的時間實現高效開發的目的。

　　本文以沈陽新松機器人自動化股份有限公司開發設計的四自由度關節型碼垛機器人為研究對象，運用Solidworks 軟件建立碼垛機器人的三維實體模型，利用Solidworks 和Matlab 的軟件接口將簡化后的機器人模型導入Matlab 中，并進行動力學聯合仿真，即可獲得機器人按預定加速度、速度沿預定軌跡運動時各關節的動力學特性參數，據此來分析機器人的靜、動態特性，為后續的運動控制、動態性能提高以及優化設計提供有力理論依據，縮短產品開發周期。

1、搭建Solidworks 與Matlab 聯合仿真平臺

　　進行機械系統設計時，利用Solidworks 軟件強大的建模功能建立三維實體模型，轉換成XML 格式并導入Matlab 中進行整理，利用Matlab 對動態系統進行建模、仿真和分析的Simulink 軟件包預先對動態系統仿真，從而在形成實際機構之前進行適時的修正，以減少系統反復修改的時間實現高效開發的目的。

　　為實現Solidworks 與Matlab 的聯合仿真，需要在Solidworks 軟件中安裝Simmechanics link 插件，以建立Matlab 仿真接口。搭建仿真平臺的操作步驟如下:

　　(1) 根據計算機的性能參數和Matlab 版本，從MathWorks 公司的官方網站上下載合適install addon.m 以及smlink. r2010b. win32 壓縮文件;

　　(2) 根據smlink. r2010b. win32 壓縮包的安裝路徑，設置與之對應的install addon ( 'D: \ software \Smlink \smlink. r2010b. win32. zip')，同時在Matlab 的workspace 中運行該命令，即可完成在Matlab 里安裝Simmechanics link;

　　(3) 使Matlab 成為自動服務器。在Matlab 的workspace 運行:regmatlabserver。為了檢查自動服務器的運行狀態，可使用命令enable service( 'AutomationServer'，true);

　　(4) 安裝Solidworks 插件: 在Matlab 的workspace里運行命令:smlink_linksw;

　　(5) 在Solidwork 里建立三維模型，注意勾選“選項-插件-SimMechanics Link”(如圖1 所示)。待建模完成并保存* . SLDASM 后，另存為. xml 格式文件。

　　(6) 向Matlab 中導入Solidworks 三維模型:mech_import ('Robot. xml')，運行該命令即完成Matlab 建模過程，通過添加Simulink 模塊實現對機構的控制、仿真分析等。

圖1 添加插件圖

4、結論

　　用Solidworks 與ADAMS 仿真時，由于兩者均采用Parasolid 核心實體造型技術，用Parasolid 格式導入ADAMS 的相對效果最好，零件保留其屬性顏色，與實物效果較接近，基本上可以滿足虛擬樣機的需要，但會使特征顏色以及面顏色丟失且表面質量稍有下降。Solidworks /COSMOS Motion 用于建立運動機構模型，跟蹤零件的運動軌跡，分析構件中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用動畫、圖形、表格等多種形式輸出結果，其分析結果可指導零件的結構設計或調整零件的材料，但受加載控制信號限制而不能靈活控制其運動軌跡。在機械產品的開發設計過程中，合理運用Solidworks 與Matlab 的聯合仿真可快速建立虛擬樣機模型，根據工況需要靈活地規劃其運動軌跡以進行動力學分析，縮短設計周期、形象直觀的模擬機器人的三維運動。