ADAMS约束及冗余约束问题

学习ADAMS已经有一段时间了，老师说ADAMS中自由度问题是一个很繁琐的问题，的确如此，现在面对自己课题的时候，老是提示出现冗余约束的问题，问了好几个老师，都没有解决，只好靠自己了，清明花了几天时间，看了好几篇文章，自己仔细琢磨了和推敲，对自由度以及冗余约束的问题有了深入了解，自我感觉挺有用的，希望大家给我指点哈。

我以一个长方体为模型，其在空间的自由度为6，构建的模型和参考点如下图1所示，其中定义了在Groud上的参考Marker_1,用于定位和创建运动副，构建长方体的时候自动生成了一个定位点Marker_2,两个Marker的坐标轴均和全局坐标一致，如图2

希望通过简单运动副来构建长方体沿轴的转动和移动（即圆柱副）、移动、转动

（1）添加垂直轴（简单运动副），来限制长方体的一个自由度，比如我们打算限制长方体绕Marker_1的Z轴的转动，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大地上的Marker_1，方向选取Marker_1的X轴和Y轴，那么生成的Marker_3（长方体）和Marker_4（大地）的Z轴应该与Marker_1的X轴和Y轴一致，如图3，此时要保证Marker_3和Marker_4的Z轴垂直，那么长方体绕Marker_1的Z轴的转动将被限制，即长方体只有五个自由度，即绕Marker_1的X、Y轴的转动，和沿Marker_1的X、Y、Z轴的移动

（2）在步骤（1）的基础上，添加点+线约束，使长方体的自由度再次减少，选择2_Bodies 1_ocation,实体分别选取长方体和大地，位置选取长方体上的Marker_1,方向选择X轴，那么生成的Marker_6长方体）和Marker_7（大地）的Z轴应该与Marker_1的X轴一直，如图4，此时长方体沿Marker_1的Y、Z轴的移动将被限制，加上步骤（1）中垂直约束，长方体只剩下沿Marker_1的X轴的移动，和绕Marker_1的X、Y轴的转动三个自由度。

（3）在步骤（1）和（2）的基础上再次添加垂直轴（简单运动副）来限制长方体绕Marker_1的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大地上的Marker_1方向选取Marker_1的X轴和Z轴，那么生成的Marker_8长方体）和Marker_9大地）的Z轴应该与Marker_1的X轴和Z轴一直，如图5，要保证Marker_8和Marker_9的Z轴垂直，那么长方体绕Marker_1的Y轴的转动将被限制，到现在长方体只剩下了两个自由度，即沿Marker_1的X轴的移动和绕Marker_1的X轴的转动两个自由度，通过在ADAMS中定义Motion仿真验证可得，自由度的个数和方向是正确的，

分别按照步骤（1）、（2）、（3）得到长方体自由度如图6-1、6-2、6-3、6-4；定义Motion如图7-1、7-2，位置选择Marker_1,方向选择Z方向，此时运行成功，如果按照图7-3定义绕Y轴转动的话，运行提示仿真错误，如图7-4

（4）在步骤（1）、（2）、（3）的基础上，要使长方体只能绕X轴移动的一个自由度，再添加垂直轴（简单运动副），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，那么生成的Marker_10(长方体)和Marker_11（Groud)的Z轴与Marker_1的Y轴和Z轴一直，如图8，要保证Marker_10和Marker_11的Z轴垂直，那么长方体绕Marker_1的X轴的转动将被限制，到现在长方体只剩下了一个自由度，即沿Marker_1的X轴的移动，通过在ADAMS中定义Motion仿真验证可得，自由度的个数和方向是正确的

（5）在步骤（1）、（2）、（3）的基础上，要使长方体只能绕X轴转动的一个自由度，再添加点+面（简单运动副），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，那么生成的Marker_10（长方体)和Marker_11（Groud)的Z轴与Marker_1的X轴一致，如图9，那么长方体绕Marker_1的X轴的移动将被限制，现在长方体只剩下了一个自由度，即沿Marker_1的X轴的转动，通过在ADAMS中定义Motion仿真验证可得，自由度的个数和方向是正确的

（6）如果步骤（5）采用添加点+线约束来限制长方体沿Marker_1的X轴移动，使其达到绕Marker_1的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Z轴，，那么长方体沿Marker_1的X、Y轴的移动被限制此时验证模型提示只有一个自由度，但是出现冗余约束情况，

如下

.model_1.JPRIM_2 (Inline Primitive_Joint) Translation Along Xj，，

如图10，也就是说步骤（2）中的点+线约束已经约束过长方体沿Marker_6和Marker_7的X方向的移动，在坐标系Marker_1中就是Y轴方向移动被约束，如果你再用步骤（6）中点+线约束（沿Marker_1的Z轴方向）约束的话，那么长方体沿Marker_1中就是Y轴方向又被约束一次，出现过约束即冗余约束。

（7） 用简单运动副（点+线、点+曲线、垂直轴等）来构造基本运动副（转动副、移动副等）的基本方法：用简单运动副构建基本运动副的时候，要保证已经约束过的自由度，不再被约束（即自由状态）；添加简单运动副时，要在存在的自由度中移除不需要的自由度，同时使已经约束的自由度成自由状态。下面的话表示同时垂直于Z轴与Y轴的X轴的转动自由度不必要，过约束 ，需要移除。

unnecessarily removes this DOF:

Revolution Between Zi&Yj

(8)谢谢大家多多给我找出错误，谢谢

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