3.1 ADAMS软件基本模块介绍
ADAMS软件最常用的模块有前处理模块ADAMS/View、CAD接口模块ADAMS/Exchange、后处理模块ADAMS/PostProcessor、求解器模块ADAMS/Solver、控制模块ADAMS/Controls等。
3.1.1 前处理模块 ADAMS/View模块是使用ADAMS软件建立机械系统功能化数字样机的可视化前处理环境，如图3.1所示，可以很方便地采用人机交互的方式建立模型中的相关对象，如定义运动部件、定义部件之间的约束关系或力的连接关系、施加强制驱动或外部载荷激励。 ADAMS/View模块支持多窗口显示，每个窗口显示不同的视图或结果；具有模型校验工具，有助于快速查找模型中存在的明显的建模问题；具有多种文件输入输出功能，如模型及仿真结果文件、几何外形文件、试验数据、表格输出等；能输出为有限元分析、物理试验及疲劳分析等直接使用的文件；通过把试验结果导入ADAMS/View模块，实现试验与仿真结果的综合比对，完成虚拟样机的置信度检验。 ADAMS/View模块提供快速建立参数化模型的能力，便于改进设计；具有方便、实用的试验研究策略：单变量、多变量试验设计研究及优化分析功能；提供二次开发功能，可以重新定制界面，包括功能操作区、菜单、图标等，便于实现设计流程自动化或满足用户的个性化需求，以提高仿真效率。
图3.1 前处理模块ADAMS/View界面
3.1.2 CAD接口模块
ADAMS/Exchange模块为ADAMS软件与其他CAD/CAM/CAE软件之间的几何数据交换提供了工业标准的接口。通过ADAMS/ Exchange模块，用户可以将标准格式的几何模型进行数据传输，标准格式包括IGES、UTEP、DWG/DXF、Parasolid 等。无论用户是用网格、面还是实体等几何图形来表示所设计的机构，都能够通过ADAMS/ Exchange模块很容易地实现该几何图形在CAD软件与ADAMS软件之间的数据传输。 当用户将其他CAD/CAE/CAM软件中的模型传输到ADAMS软件中时，只要在ADAMS软件界面下从File下拉菜单中选择Import命令，打开File Import对话框，如图3.2所示，引导用户方便地完成这个操作。
图3.2 CAD接口模块ADAMS/Exchange
3.1.3 后处理模块
ADAMS/PostProcessor模块是显示ADAMS软件仿真结果的可视化图形界面，界面除了主窗口外，还有一个树形目录窗口、一个属性编辑窗口和一个数据选取窗口，如图3.3所示。后处理的结果既可以显示为动画，也可以显示为数据曲线(对于振动分析结果，可以显示3D数据曲线)，还可以显示报告文档。主窗口可同时显示仿真的结果动画，以及数据曲线，可方便地叠加显示多次仿真的结果，以便比较。可以一个页面显示一个数据曲线，也可以在同一页面内显示最多六个分窗口的数据曲线。
相关页面的设置及数据曲线的设置都可以保存起来，于新的分析结果，可以使用已保存的后处理配置文件(“. plt”文件)，快速地完成数据的后处理过程，既有利于节省时间，也有利于报告格式的标准化。ADAMS/PostProcessor 模块既可以在ADAMS/View模块环境中运行也可独立运行，并且独立运行时能加快软件启动速度，同时节约系统资源。
图3.3 后处理模块ADAMS/PostProcessor
3.1.4 求解器模块
ADAMS/Solver模块是ADAMS的来解器，包括稳定可靠的 Fortran来解器和功能更为强大丰富的C求解器。该模块既可以集成在ADAMS前处理极块下使用，也可以从外配且接调用；既可以进行交互方式的解算过程，也可以进行批处理方式的解算过程。求解器导入模型后自动校验模型，再进行初始条件分析，然后进行后续的各种解算过程。
ADAMS/Solver模块借助空间笛卡儿坐标系及欧拉角描述空间刚体的运动状态，使用欧拉-拉格朗日方程自动形成系统的运动学或动力学方程；采用牛顿—拉夫森迭代算法求解模型，包含多种显式、隐式积分算法，如刚性积分方法( Gear's和Modified Gear's)、非刚性积分方法(Runge-Kutta 和ABAM)、固定步长方法(ConUTant_ BDF) 以及二阶HHT和NewMark等积分方法；具有多种积分修正方法，如3阶指数法、稳定2阶指数法和稳定1阶指数法；支持柔性体-刚性体、柔性体—柔性体接触碰撞的计算；支持原生几何外形，如球、椭球体、四柱体、长方体等直接进行碰撞载荷的计算，借助简单几何形状特征尺寸的优势，采用侦测接触碰撞的分析方法进行渗入体积和接触碰撞力的计算，以提高计算的精度并减少计算时间。
ADAMS/Solver模块能进行静力学、准静力学、运动学和非线性瞬态动力学的求解，并支持用户自定义的Fortran或C子程序。
3.1.5 控制模块
一个完整的系统必然是机械系统与控制系统的有机结合，ADAMS/ Controls模块可以将控制系统与机械系统集成在一起进行联合仿真， 实现一体化仿真，如图3.4所示。主要的集成方式有两种：一 种是将ADAMS软件建立的机械系统模型集成到控制系统仿真环境中，组成完整的机—电—液耦合系统模型进行联合仿真；另一种方式是将控制软件中建立的控制系统导入到ADAMS模型中，利用ADAMS软件的求解器进行仿真分析。常见的控制软件有Matlab/Simulink、Easy 5等。
ADAMS/ Controls模块能够让机构和控制两个系统共享模型信息， 把机构的控制问题同时包含在分析中，建立完整的机电系统模型。一方面，可以使控制工程师获得与实际工况相符的机构运动规律；另一方面，利用整合的虚拟样机对机械系统和控制系统进行反复的联合测试，直到获得满意的设计效果。
图3.4 控制模块ADAMS/Controls
本教材假定读者具有一定的ADAMS的入门知识，所以并不会详细介绍ADAMS的所有基本操作，只讲解与本书相关的单连杆机器人、两连杆机器人、拟人臂机器人的建模、与MATLAB交互的Control模块的操作等，如果读者完全没有ADAMS的使用经验，可以参考本章后面的相关书目。
3.2 单连杆机器人ADAMS建模
3.2.1 问题描述
建立一个单连杆机器人机构模型，由基座和连杆构成，连杆长度为1m，厚50mm，其他尺寸如图3.5所示，密度为1000kg/m3。在基座与大地之间建立固定副，基座和连杆处建立一个旋转副，重力加速度沿Y轴负方向，为了输出控制模型与MATLAB交互仿真，创建状态变量，可以输出连杆的转角、角速度和角加速度，以及接受外部施加的力矩。
图3.5 单连杆机器人模型
3.2.2 启动ADAMS软件并设置工作环境
启动ADAMS/View→New Model，设置好模型名称、重力方向：沿y负方向、单位制和工作目录，点击OK进入工作界面，如图3.6所示。点击ADAMS菜单栏上的Settings→View Background color...，取消渐变色Gradient，并选择白色背景。点击菜单栏上的Settings→Working Grid...，在Set Orientation...下拉框中选择“Global XZ”，将工作网格改成X-Z平面。
图3.6 ADAMS软件工作环境
3.2.3 模型导入
虽然ADAMS具备一定的建模能力，但功能受限，一般需要在专业的CAD软件（如Solidworks、UG、PROE等）中创建机器人各部件的模型，并以其初始位形装配好，保存成推荐的Parasolid格式（扩展名.x_t），建模时尽量使各关节轴线方向与期望的全局坐标系方向一致，如果不一致后续还需要进行旋转等操作调整。点击ADAMS菜单栏File→Import...，从File Type下拉框中选择Parasolid（.xmt_txt, .x_t, .xmt_bin, .x_b），双击File To Read的空白文本框，选择CAD环境导出的机器人模型，双击Model Name的空白文本框，选择.SingleLink_Control，点击OK，如图3.7所示。
图3.7 单连杆机器人模型导入
可以在左侧模型导航树，选择对象鼠标右键单击→Info，查看导入模型的位姿（Location&Orientation）、密度（Density）、质量（Calculated Mass）、体积（Calculated Volume）、惯量张量（Mass Inertia Tensor）等，如图3.8所示。如果导入的模型存在诸如单位制与设置的单位制不匹配等错误，可以从这些数据中看出。
图3.8 查看导入模型信息
3.2.4 创建固定副旋转副
选择工具栏→Connector→Create a Fix Joint，构建方式为2 Bodies-1 Location，方向为Normal to Grid，分别单击base（1st Body）和ground（2nd Body），并选择base模型的下部角点，即可在基座与大地之间创建固定副，如图3.9所示。
图3.9 创建固定副
选择工具栏→Connector→Create a Revolute Joint，构建方式为2 Bodies-1 Location，方向为Pick Geometry Feature，分别单击Link1（1st Body）和base（2nd Body），选择base模型圆孔中心作为旋转副轴线的位置，沿Z方向拖动鼠标，当某一特征的箭头方向与全局坐标系的Z轴一致时单击鼠标左键确定，确定旋转副的轴线方向，从而在基座与连杆之间创建旋转副，如图3.10所示。
图3.10 创建旋转副
由于固定副和旋转副的创建，系统自动创建了MARKER_1、MARKER_2、MARKER_3和MARKER_4四个标记点，其中MARKER_1和MARKER_4位于base模型下，MARKER_2位于ground模型下，MARKER_3位于Link1模型下，MARKER_3和MARKER_4用于后面创建系统状态变量。如果MARKER的位置（Location）或方向（Orientation）不正确，可以在左侧模型导航树中找到该MARKER双击，在弹出的对话框中进行修改。在ADAMS中，默认使用ZXZ欧拉角来描述方向，也就是先绕Z轴旋转，再绕X轴旋转，最后再绕Z轴旋转，如图3.11所示。
图3.11 MARKER位置和方向修正
3.2.5 创建系统状态变量
为了与MATLAB/SIMULINK进行交互，需要在ADAMS中创建系统状态变量，主要是输出旋转副的实时转角、角速度、角加速度，以及接受MATLAB/SIMULINK输出的控制力矩。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为.SingleLink_Control.THETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在“F(time,...)=”文本框中输入“AZ(MARKER_3, MARKER_4)180/PI”，用于观测从MARKER_4到MARKER_3沿Z轴的转角，由于默认返回值的单位是弧度，这里通过180/PI将其转换为角度。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为.SingleLink_Control.dTHETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在“F(time,...)=”文本框中输入“WZ(MARKER_3, MARKER_4)180/PI”，用于观测从MARKER_4到MARKER_3沿Z轴的角速度，由于默认返回值的单位是弧度/秒，这里通过180/PI将其转换为°/秒。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为.SingleLink_Control.ddTHETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在“F(time,...)=”文本框中输入“WDTZ(MARKER_3, MARKER_4)180/PI”，用于观测从 MARKER_4到MARKER_3沿Z轴的角加速度，由于默认返回值的单位是弧度/秒2，这里通过180/PI将其转换为°/秒2。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为.SingleLink_Control.T1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），由于该变量用于接收外部输入的实时变量，所以在“F(time,...)=”文本框中保持0不变。
创建的四个系统状态变量如图3.12所示。
图3.12 创建系统状态变量
3.2.6 创建输出/输入对象
需要创建与5中的状态变量对应的输出/输入对象。选择工具栏→Elements→Create an Adams plant output，Plant Output Name设置为“.SingleLink_Control.POUTPUT_THETA1”，Variable Name设置为“THETA1”，也可以双击文本框从数据库导航树中选取，从而创建THETA1对应的输出对象。同样的方法可以创建dTHETA1和ddTHETA1对应的输出对象。选择工具栏→Elements→Create an Adams plant input，Plant Output Name设置为“.SingleLink_Control.PINPUT_T1”，Variable Name设置为“T1”，创建T1对应的输入对象，如图3.13。
图3.13 创建输出/输入对象
3.2.7 创建关节转矩
最后还需要创建一个作用在Link1上的转矩，该转矩的大小由外部第三方软件（MATLAB等）输入对象关联的变量T1实时确定。选择工具栏→Forces→Create a Torque(Single-Component) Applied Force，实时方向（Run-time Direction）选择为Two Bodies，在视图区先单击选择Link1作为作用（Action）对象，再选择base作为反作用（Reaction）对象，分别选择Link1上特征一点和base上特征一点作为作用点，创建一个转矩，如图3.14所示。从左侧树形模型导航栏可以发现，Link1模型下多了一个MARKER_5（也可能是其他编号，读者可自己对应自己的模型编号），base模型下多了一个MARKER_6，由于这两个MARKER的位置和方位并不正确，因此转矩的方向也不正确，需要对这两个MARKER进行修正，分别双击MARKER_5和MARKER_6，将其如图3.15所示。
图3.14 创建关节转矩
图3.15 确定转矩方向的MARKER位置和方向修正
最后还需将状态变量.SingleLink_Control.T1与转矩的大小关联起来，双击左侧模型导航栏中刚创建的转矩对象，在弹出的转矩修正对话框中，保持其他参数不变，将Function改为“VARVAL(.SingleLink_Control.T1)”，如图3.16所示，其中VARVAL()是ADAMS的内置函数，表示返回括号内变量的值。
图3.16 转矩大小与状态变量的关联
3.2.8 导出控制对象
这一步将最终导出一个表征单连杆机器人的控制对象，该对象可以在MATLAB中打开，结合其他控制环节，可以构建完整的控制模型。选择工具栏→Plugins→Controls，单击Load the Controls Plug-in，加载控制模块插件，并选择Plant Export，在弹出的对话框中，从From Pinput中选择T1作为Input Single(s)，从From Poutput中选择THETA1、dTHETA1和ddTHETA1作为Output Single(s)，目标软件（Target Software）设置为MATLAB，分析类型（Analysis Type）设置为non_linear，ADAMS求解器语言（Adams Solver Choice）设置为FORTRAN，点击OK即可在工作目录输出控制对象，如图3.17所示。
图3.17 导出控制对象
查看工作目录可以看到，输出的文件有4个，如图3.18所示。以“.adm”为后缀的文件是ADMAS/Solver模型语言文件，包含了模型中拓扑结构信息，如Marker点、运动副、力、各种变量等。以“.cmd”为后缀的文件是由ADMAS/View命令格式编写的模型文件，包含所有的拓扑结构信息（包括所有几何信息）、模型仿真信息。以“.xmt_txt”为后缀的文件是Parasolid模型几何文件，包含了模型详细的几何特征信息（点、线、面、体等）。
图3.18 控制模块导出的文件
以“.m”为后缀的文件则是输出到MATLAB运行的文件，双击Controls_Plant_1.m文件，文件自动由MATLAB打开，单击MATLAB工具栏上的运行，可以得到，在命令行窗口中输出了模块作动器（actuators）信息，也就是输入转矩T1，以及传感器（sensors，也就是输出的转角THETA1、角速度dTHETA1和角加速度ddTHETA1），如图3.19所示。
图3.19 Controls_Plant_1.m文件的运行
在命令行窗口键入adams_sys，MATLAB/Simulink会生成一个名为adams_sys_.slx的模型文件并自动打开，如图3.20所示。该模型中包含三个模块，分别采用了三种方法描述ADAMS导出的控制对象：S-Function、State-Space和adams_sub。S-Function是以S函数的方式描述控制对象；adams_sub是子模型的形式，本质上与S-Function相同，只是增加了输入输出端口，使用起来更加方便，本书中使用的模型就是adams_sub，如图3.21所示，可根据需要在文本上双击，将其改为合适的名称；State-Space是控制对象的状态空间模型。
图3.20 adams_sys_.slx模型文件
图3.21 adams_sub子模型
双击adams_sub，在子模型中再双击MSC.Software，对话框中是关于ADAMS控制对象的参数，如求解器类型、进程间选项、动画模式、仿真模式、通信间隔等，如图3.22所示。求解器类型一般选择控制对象导出时选择的语言。进程间选项一般选择PIPE（管道式）。动画模式分为批处理（batch）和交互式（interactive），批处理模式在仿真时并不显示ADAMS软件界面，求解器在后台运行，仿真速度较快；交互式则会实时显示ADAMS界面及机构的运行画面，相对而言仿真速度要慢。仿真模式分为离散型和连续型，取决于用户选择的控制系统的类型。通信间隔是ADMAS与MATLAB/SIMULINK通信、交换数据的时间间隔，单位为秒，间隔越短数据交换越频繁，仿真速度越慢，但精度越高。
图3.22 adams_sub子模型设置
3.3 两连杆机器人建模
3.3.1 问题描述
与上例中的单连杆机器人类似，建立一个两连杆机器人机构模型，由基座和两个连杆构成，每个连杆长度均为1m，如图3.23所示，密度为1000kg/m3。在基座与大地之间建立固定副，基座和第一个连杆处、两连杆之间建立旋转副，为了输出控制模型与MATLAB交互仿真，创建状态变量，可以输出两个连杆的转角、角速度和角加速度，以及接受外部施加在关节上的转矩。由于本模型在机器人静力学仿真时用到，所以在第二个连杆的末端施加一方向沿负Y轴的负载力。有了上一例的帮助，本例的操作过程尽量简略，不再对一些具体的设置过程详细说明。启动软件、工作环境设置、模型导入、创建固定副旋转副的操作方法与上例中相同，且比较简单，这里不再赘述。
图3.23 两连杆机器人结构
3.3.2 创建负载力
经过前几个步骤后，建立的模型如图所示。总模型的名称为.TwoLinks_Control，此时，固定副、两个旋转副已建立完毕，如图3.24所示。
图3.24 两连杆机器人模型图
选择工具栏→Forces→Create a Force(Single-Component) Applied Force，实时方向选为Space-Fixed，构建方法选择Pick Feature。首先选择Link2，再选择Link2末端圆孔中心处某一特征，再移动鼠标至下方某一位置后单击鼠标，生成负载力，并将其名称改为Load。此时，会在Link2模型和ground下分别生成一个MARKER点，这两个MARKER点的位置和方向可能不正确，在模型树中分别双击该两个MARKER点，将其位置和方向参数修改为如图3.25所示。
图3.25 创建负载力
3.3.3 创建系统状态变量
创建系统状态变量的方法与上例相同，只是此时需要创建连杆1和连杆2的转角、角速度、角加速度、转矩等8个变量。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为THETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在F(time,...)=文本框中输入“AZ(MARKER_3, MARKER_4)180/PI”。同样的方法可以创建THETA2，只是表达式中的两个MARKER不同（就是创建Link1和Link2之间旋转副时系统自动创建的MARKER）。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为dTHETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在F(time,...)=文本框中输入“WZ(MARKER_3, MARKER_4, MARKER_3)180/PI”，这里第2个MARKER_3是相对旋转轴，如果省略则相对于全局坐标系（本例可以省略，因为局部坐标系的方位与全局坐标系相同，有些例子则不能省略）。同样的方法可以创建dTHETA2，只是表达式中的MARKER不同。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为ddTHETA1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在F(time,...)=文本框中输入“WDTZ(MARKER_3, MARKER_4)180/PI”。同样的方法可以创建ddTHETA2，只是表达式中的两个MARKER不同。
选择工具栏→Elements→Create a State Variable defined by an Algebraic Equation，名称设置为T1，定义方式为实时表达式（Run-Time Expression），在F(time,...)=文本框中保持0不变。同样的方法可以创建T2。
创建的系统状态变量如图3.26所示。
图3.26 创建系统状态变量
3.3.4 创建输出/输入对象
选择工具栏→Elements→Create an Adams plant output，Plant Output Name设置为“.TwoLinks_Control.POUTPUT_THETA1”，Variable Name设置为“THETA1”，创建THETA1对应的输出对象。同样的方法可以创建dTHETA1、ddTHETA1、THETA2、dTHETA2和ddTHETA2对应的输出对象。选择工具栏→Elements→Create an Adams plant input，Plant Output Name设置为“.TwoLinks_Control.PINPUT_T1”，Variable Name设置为“T1”，创建T1对应的输入对象，如图3.27所示。同样的方法可以创建T2对应的输入对象。
图3.27 创建输出/输入对象
3.3.5 创建转矩
最后需要创建分别作用在Link1和Link2上的转矩，这两个转矩的大小由外部第三方软件（MATLAB等）输入对象关联的变量T1和T2实时确定。创建的方法与上例相同，名称改为Torque1和Torque2，如图3.28所示。注意由于用户在鼠标选取时的随机性，系统自动生成的4个MARKER（两对）的位置和方位并不正确，因此两转矩的方向也不正确，需要对这4个MARKER进行修正（两两相同），将其如图3.29所示。
图3.28 创建转矩
图3.29 确定转矩方向的MARKER位置和方向修正
最后还需将状态变量.TwoLinks_Control.T1、.TwoLinks_Control.T2与创建的两个转矩的大小关联起来。分别双击左侧模型导航栏中刚创建的转矩对象，在弹出的转矩修正对话框中，保持其他参数不变，将Function改为“VARVAL(.TwoLinks_Control.T1)”和“VARVAL(.TwoLinks_Control.T2)”，如图3.30所示。
图3.30 两转矩大小与两状态变量的关联
3.3.6 导出控制对象
最终导出表征两连杆机器人的控制对象，选择工具栏→Plugins→Controls，单击Load the Controls Plug-in，加载控制模块插件，并选择Plant Export，在弹出的对话框中，从From Pinput中选择T1和T2作为Input Single(s)，从From Poutput中选择THETA1、THETA2、dTHETA1、dTHETA2、ddTHETA1和ddTHETA2作为Output Single(s)，目标软件（Target Software）设置为MATLAB，分析类型（Analysis Type）设置为non_linear，ADAMS求解器语言（Adams Solver Choice）设置为FORTRAN，点击OK即可在工作目录输出控制对象，如图3.31所示。
图3.31 导出控制对象
得到控制模型后的使用方法与上例相同，这里不再赘述。
3.4 拟人臂机器人建模
3.4.1 问题描述
拟人臂机器人是一个3轴机器人，由基座、腰部、大臂和小臂构成。该机器人有三个关节：腰关节、大臂关节、小臂关节，各构件大体尺寸如图3.32所示，密度为1000kg/m3。重力加速度方向沿Z轴负方向。输出机器人的控制模型可与MATLAB交互仿真，创建状态变量，可以输出变量包括所有关节的转角、角速度，输入变量为施加在各关节上的转矩（不再导出角加速度）。本例不再显示操作过程，只对一些重要过程的建模结果加以展示。
图3.32 拟人臂机器人结构
3.4.2 最终模型
经过前几个步骤后，建立的模型如图3.32所示。总模型的名称为.Robot_Humanoid_arm，此时，基座与大地之间的固定副、三个旋转副以及关节转矩已建立完毕。
图3.32 拟人臂机器人Adams最终模型
3.4.3 创建系统状态变量和输入/输出对象
创建系统状态变量的方法与上例相同，此时需要创建腰关节、大臂关节和小臂的转角、角速度、转矩等9个变量，如图3.33（a）所示。然后为每个变量创建对应的输入或输出对象，如图3.33（b）所示。
图3.33 创建系统状态变量和输入/输出对象
3.4.4 导出控制对象
最终导出的表征拟人臂杆机器人的控制对象如图3.34所示。
图3.34 导出控制对象
得到控制模型后的使用方法与上例相同，这里不再赘述。
3.5 球坐标机器人（RRP）建模
3.5.1 问题描述
球坐标机器人由两个旋转关节和一个滑动关节构成，各构件大体尺寸如图3.35所示，密度为1000kg/m3。重力加速度方向沿Z轴负方向。输出机器人的控制模型可与MATLAB交互仿真，创建状态变量，输出包括所有两个旋转关节的转角、角速度，滑动关节的位移、速度，输入变量为施加在各关节上的转矩和力（由于第10章习题10.2用到了本模型，我们还将两个旋转关节的转角和滑动关节的位移作为输入变量，同时给每个关节添加驱动，使ADAMS可以直接读入Simulink生成的轨迹指令）。本例与拟人臂机器人的建模过程基本相同，唯一的区别是球坐标机器人第3个关节是滑动关节，施加在该关节上的是力而不是力矩，所以与前面相同的操作将不再赘述，只对一些重要过程的建模结果加以展示。
图3.35 球坐标机器人
3.5.2 最终模型
经过前几个步骤后，建立的模型如图3.36所示。此时，基座与大地之间的固定副、两个旋转副、一个滑动副，以及两个关节转矩和一个关节力已建立完毕。
图3.36 球坐标机器人Adams最终模型
3.5.3 创建系统状态变量和输入/输出对象
创建系统状态变量的方法与上例相同，如图3.37（a）所示，然后为每个变量创建对应的输入或输出对象，如图3.37（b）所示。其中，变量DISP3为滑动关节的线位移，其表达式为DZ( MARKER_7, MARKER_8, MARKER_7)，变量VELO3为滑动关节的线速度，其表达式为VZ( MARKER_7, MARKER_8, MARKER_7)，这里的第3个参数不可省略，如图3.38所示。
图3.37 创建系统状态变量和输入/输出对象
图3.38 创建系统状态变量和输入/输出对象
3.5.4 创建关节驱动
为了使关节可以直接按照读入的在Simulink中生成的轨迹指令运动，给每个旋转关节和滑动关节添加驱动，如图3.39所示。两个旋转关节驱动（以JOINT2为例）的函数表达式为：1dVARVAL(.RRPROBOT.THETA1_input)，滑动关节驱动的函数表达式为：VARVAL(.RRPROBOT.DISP3_input)，如图3.40所示。
图3.39 创建旋转关节和滑动关节驱动
图3.40 旋转关节和滑动关节驱动函数表达式设置
3.5.5 导出控制对象
最终导出的球坐标机器人的控制对象如图3.41所示。
图3.41 导出控制对象
得到控制模型后的使用方法与上例相同，这里不再赘述。
（有需要Adams源文件的可以私信联系）
