基于Abaqus的python機(jī)器人零件仿真應(yīng)用開發(fā)初步探析

王瑞文　史豪斌　楊銘　鄧一鳴　閏奕崎

摘要；眾所周知，在這計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的時(shí)代，很多工作已經(jīng)可以在計(jì)算機(jī)上完成了，尤其是設(shè)計(jì)與仿真分析。如今，循環(huán)進(jìn)行“修改到完善”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求，先進(jìn)的有限元分析方法就成為有效支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工具。在眾多的有限元軟件中，Abaqus作為國際知名的有限元分析軟件，其分析精準(zhǔn)性早已得到反復(fù)驗(yàn)證，廣泛的用戶群就是不言而喻的有力證明。該文就如何更好的使用Abaqus腳本去對(duì)機(jī)器人零部件仿真分析進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：Ahaqus；Python：腳本；機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）07-0077-02

隨著計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，有限元軟件的發(fā)展速度迅速，功能日漸強(qiáng)大。目前國際上被廣泛采用的通用有限元軟件有ANSYS、MSC、ABAQUS等。利用商業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算現(xiàn)在已是科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要手段。由于工程問題的千差萬別，不同的用戶有不同的專業(yè)背景和發(fā)展方向，通用軟件不免在具體的專業(yè)方面有所欠缺，針對(duì)這些不足，大部分的通用軟件都提供了二次開發(fā)功能，以幫助用戶減少重復(fù)性的編程工作、提高開發(fā)起點(diǎn)、縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)成本，并能簡化后期維護(hù)工作，給用戶帶來很多方便。基于通用軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，是目前研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。ABAQUS也提供了若干用戶子程序（User Subroutines）接口，它是一個(gè)功能非常強(qiáng)大且適用的分析工具，與命令行的程序格式相比，用戶子程序的限制少得多，從而使用更加靈活方便。

為了幫助對(duì)機(jī)器人仿真分析的人們更方便地使用ABAQUS，通過編寫了一個(gè)簡單易用的GUI界面程序，使得ABAQUS的仿真分析變得簡單高效。

1程序用途

1.1主要功能

編寫一個(gè)基于Python的Tkinter的GUI程序十編寫一個(gè)基于Python的Tkinter的GUI程序十分的簡單，但是對(duì)于如何編寫ABAQUS的腳本程序，則是一個(gè)比較困難的問題。而我們的軟件則可以根據(jù)輸入的機(jī)器人零部件梁的各項(xiàng)參數(shù)，來自動(dòng)輸出ABAQUS的腳本程序，使用者只需要完整的輸入各項(xiàng)參數(shù)，便可得到ABAQus的腳本程序，從而獲得ABAQUS的仿真結(jié)果。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

本程序利用了ABAQUS作為開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)值，利用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解器，產(chǎn)生分析結(jié)果。通過ABAQUS/CAE生成的輸入文件，腳本程序把它提交給ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解器。求解器讀入輸入文件進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)發(fā)送信息給ABAQUS/CAE以便對(duì)作業(yè)的進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控，并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。最后，用戶可使用可視化模塊閱讀輸出數(shù)據(jù)，觀察分析結(jié)果。

1.3功能實(shí)現(xiàn)主架構(gòu)

代碼通過調(diào)用了捆綁在Python編程語言的圖形用戶界面包Tkinter，實(shí)現(xiàn)了能夠在UnixMacintosh和Windows系統(tǒng)運(yùn)行的GUI程序，并運(yùn)行起來具有本地系統(tǒng)的外觀和感覺.Tkinter是解釋性腳本語言Python的圖形界面開發(fā)工具包，是一個(gè)清晰的、面向?qū)ο蟮膱D形界面開發(fā)工具，比起c語言等編譯性語言更方便的編寫GUI程序。

2程序界面介紹

2.1獲取各項(xiàng)參數(shù)

通過Python庫中的Entry組件，獲得各項(xiàng)參數(shù)的值，圖2為軟件的部分界面圖，分布有懸臂梁靜力仿真對(duì)應(yīng)的12個(gè)參數(shù)的輸入框。下面取其中的一個(gè)來說明，對(duì)ABAQUS腳本的更改。

Label（root，text="矩形截面的長度h："）.grid（row=0，column=0）

v1=StringVar（）

e1=Entry（root，textvariable=v1）

e1.grid（row=0，column=1，padx=10，pady=5）

此部分主要完成的工作就是獲取輸入框中的參數(shù)，并修改腳本程序。第一行代碼調(diào)用的Label組件來創(chuàng)見輸入框前的標(biāo)簽文字，第二行代碼創(chuàng)建一個(gè)用于存放輸入框中值的變量，第三行代碼調(diào)用Entry組件來創(chuàng)建一個(gè)輸入框并將值賦值給變量v1。

2.2更改與參數(shù)相關(guān)的語句

當(dāng)獲取了各項(xiàng)參數(shù)之后，便進(jìn)行更改ABAQUS的腳本。下面取其中的一個(gè)來說明，對(duì)ABAQUS腳本的更改。這行代碼調(diào)用輸入框?qū)ο蟮姆椒╣et（）來修改腳本語句。

x2="＼nrflySketch.reetangle（pointl=（0，0），point2=（"+e1.get（）+"，"+e2.get（）+"））"

2.3獲得更改后的腳本

在輸入完各項(xiàng)參數(shù)后，點(diǎn)擊生成腳本，可以從記事本中看到生成腳本的代碼，可以從記事本中復(fù)制，也可以在程序的路徑中找到Script py這個(gè)腳本。

2.4程序界面

程序界面的參數(shù)包括機(jī)器人零部件梁截面的長度，寬度，截面的拉伸長度，材料的彈性模量，泊松比以及壓力載荷，并設(shè)置三個(gè)按鈕；

生成腳本：生成可以執(zhí)行的腳本文件

生成云圖：打開分析結(jié)果產(chǎn)生的云圖

退出：退出程序

2.5運(yùn)行腳本

可以使用下列方法之一來運(yùn)行腳本：

1）啟動(dòng)Abaqus/CAE的同時(shí)運(yùn)行腳本.如果從Abaqus命令行窗口中執(zhí)行，對(duì)應(yīng)的操作如下：依次單擊[開始]、[程序]、[Abaqus6.10]、[Abaqus Command]，在命令行窗口中輸入下列命令，可以在啟動(dòng)Abaqus/CAE的同時(shí)并運(yùn)行腳本：

Abaqus cae script=Script.py

abaqus cae startup=Script.py

其中，Script py表示腳本文件名。使用下列命令，則可以在啟動(dòng)Abaqus/Viewer的同時(shí)并運(yùn)行腳本：

abaqus viewer script=Script.py

abaqusviewer start-up=Script.py

2）不啟動(dòng)Abaqus/CAE而直接運(yùn)行腳本.如果不啟動(dòng)Abaqus CAE而直接運(yùn)行腳本，使用下列命令：

abaqus cae noGUI=Script.py

其中，Script py表示腳本文件名稱。使用下列命令，可以不啟動(dòng)Abaqus/Viewer而直接運(yùn)行腳本：

abaqus viewer noGUI=Script.py

3）從啟動(dòng)屏幕（startup screen）運(yùn)行腳本.

當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)新的Abaqus/CAE任務(wù)時(shí)，Abaqus將顯示啟動(dòng)屏幕。單機(jī)run Scriot按鈕將彈出Run Script對(duì)話框，選擇需要執(zhí)行的腳本文件單機(jī)OK按鈕就可以運(yùn)行腳本

3結(jié)論

通過Python的Tkinter庫編寫出的GUI程序，可以很好的幫助那些對(duì)Abaqus或Abaqus腳本語言不熟悉的人，只需要通過輸入機(jī)器人零部件的幾項(xiàng)參數(shù)，就能生成可用于Abaqus仿真的腳本，然后腳本自動(dòng)完成建模、設(shè)定機(jī)器人零件的材料參數(shù)、界面屬性、加載、設(shè)置接觸、提交作業(yè)、后處理觀察結(jié)果等。