0 引 言

　　三维空间助力机械臂是一个复杂的动力学系统，它由多个关节和多个运动构件组成，各关节与运动构件之间存在复杂的耦合关系。为了机械臂的结构设计以及控制系统的开发与优化，对机械臂进行动力学分析与研究是非常重要的。越来越多设计人员将虚拟样机仿真作为机械系统研发的重要依据,相比传统机械设计而言，节省了物理样机的实验时间以及材料，缩短了设计周期，提高了机械臂工作性能。目前动力学分析领域中的方法主要包括拉格朗日法、牛顿-欧拉法、高斯方法、凯恩法、旋量法等，ADAMS是一款以计算多体动力学为基础的虚拟样机仿真分析软件，可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学进行仿真计算;本文以四自由度空间助力机械臂为研究对象，用Solid Works建立机械臂的装配体，运用拉格朗日方法对机械臂进行动力学建模，并用ADAMS进行动力学分析，为机械臂实际物理样机的结构优化和控制研究提供依据。

　　1 机械臂组成部分及坐标系的建立

　　空间助力机械臂各个关节均为转动连接，整个机构有底座、转动平台、平行臂、腕关节等组成。利用修正D-H法建立坐标系，三维空间助力机械臂的平面结构简图，如图1所示。

　　 2 动力学方程的建立　　

　　 2.1 连杆质心位置的求解

　　假设地面为零势能面，则各连杆势能为:

　　综上，拉格朗日函数L为L=Ek—Ep。 (8)

　　2.3 系统动力学方程的建立

　　对式(8)求偏导数并带入第二类拉格朗日动力学公式，得到关节1、2、4的力矩为：

　　3 ADAMS环境下动力学仿真　　

　　 3.1 ADAMS动力学仿真环境设置

　　在Solid Works软件中将装配好的机械臂模型保存成与ADAMS的交互格式Parasolid，在ADAMS中，以实际物理样机属性为标准，对模型的各个构件进行编辑，赋予其材料、质量等属性，便于仿真得到更加可靠的实验结果。添加各运动副之间的约束和驱动，空间助力机械臂的ADAMS仿真模型如图2所示。

　　3.2 ADAMS动力学仿真

　　末端MARKER_66添加驱动函数如下：

　　4 结 语

　　对空间助力机械臂进行适当简化，根据已知条件，运用拉格朗日方法建立空间助力机械臂的动力学理论模型，利用ADAMS进行动力学分析与研究，得到各个关节的力矩图像，符合实际运动的要求，同时验证了虚拟样机仿真模型的合理性。为工业助力机械臂的结构设计和控制系统的开发与优化提供了依据，也为后续机械臂的动态特性及控制的研究打下基础。