高级技术文章：ADAMS/View与MATLAB在机械臂运动控制中的联合应用

引言

随着工业自动化和智能制造的快速发展，机械臂的精确控制和复杂运动轨迹设计成为研究热点。本文以ADAMS/View为建模平台，通过MATLAB编程实现机械臂末端的轨迹规划与控制，详细阐述了从模型建立、仿真分析到联合控制实施的全过程，内含运动学分析、动力学分析、轨迹规划以及联合应用解析。通过改进和优化力学模型与控制策略，实现了对机械臂动作的精确控制和高效能动作轨迹规划，为机械臂在实际生产应用中的精细操作提供理论和技术支持。

建模与基础设置


1. 启动与模型设定

软件启动：打开ADAMS/View，并设定新模型名`Robot_arm`，选取`MMKS`为工作单位。

坐标系配置：使用`F4`键或`View`菜单选择`CoordinateWindow`功能创建全新坐标系，实现鼠标位置的坐标显示。

2. 结构化设计

连杆创建：选择连杆工具，配置尺寸为300mm x 40mm x 10mm，通过左键点击进行位置定位。




打孔处理：使用`HOLE`工具，设定半径和深度，精确控制孔的位置与孔径大小，为后续机构连接做好准备。

3. 连杆连接

基于基础连杆，利用`HOLE_1_PMOD`模块创建旋转关节，并设置相关属性，实现力学可控的相互连接，优化铰接点的稳定性与转移效率。

运动控制与仿真


4. 约束与驱动设定

旋转副添加：在`Joint`相互接触处配置旋转副，实现无摩擦旋转的虚拟机械设计，提供节点动力学分析的基础。

创建驱动：通过`Rotation Drive`模块为旋转关节引入力矩驱动，控制关节运动，实现动态轨迹的生成与优化。

5. 仿真设置与分析

动力学仿真：环境设定包括地球引力和其他物理边界条件，通过 `'Kinematic'` 和 `'Dynamic'` 类型设定帧数，精确捕捉运动内部和动力学表现。

轨迹绘制：使用 `PostProcess` 模块生成动画与结果曲线，多角度分析输出特性与路径指导开发策略改进。

轨迹规划与控制设计

6. PID控制理论：基于机械臂特定工作范围和质量分布，通过限制和送料环路计算，设计运动闭环控制环节，保证机械臂动作的精确性、稳定性和响应速度。

7. MATLAB 轨迹支持：

使用 MATLAB 计算目标轨迹 `x = 550 + 50cos(t)`，`y = 50sin(t)`，将计算结果导出为 .txt 文件参与 ADAMS 控制。

利用 `.m` 文件内的非线性方程组解算器 `fsolve` 进行轨迹生成，通过函数 `myfunfun` 计算关节输入变量。

8. 模型与 MATLAB 的联合控制：


设置时间采样：通过文本导入，设定时间序列与轨迹数据，作为控制系统输入。

创建控制模块：在 ADAMS 中构建控制环节，集成解算结果优化输出至单分量力矩值（`pid_1` 和 `pid_2`）。

9. 后处理与参数优化：

数据反馈控制：模拟人机交互界面，迭代优化 PID 参数，直至机械臂输出与期望动作达到理想匹配。

轨迹验证：使用三维动画与运动轨迹重叠分析进行结果验证，确保控制策略的有效性和实用性。

联合应用的优化与扩展

通过将MATLAB作为外部控制平台与ADAMS实现数据交换，实现了机械臂控制参数的自动化生成与调整，大幅提高了开发流程的效率和控制精度。此联合控制策略不仅支持单一机械臂的精细控制，也为复杂多臂系统的协同工作提供了理论框架与实践依据。