直角坐标机器人刚柔耦合动力学仿真分析

由于机器人在运行过程中受到诸多因素影响,使其动态性能不稳定,严重影响了机器人的可靠性和安全性。以直角坐标机器人为研究对象,基于多体系统动力学理论得到直角坐标机器人刚柔耦合动力学方程。应用ANSYS和ADAMS软件建立直角坐标机器人刚柔耦合模型,进行不同工作速度和不同负载下的动力学仿真分析。分析可知,在同样增大4倍的情况下,工作速度的变化比末端负载的变化对直角坐标机器人末端动态性能的影响更明显。     

基于ADAMS的刚柔耦合机器人动力学仿真

简要介绍了ADAMS软件和ADAMS柔性体基本理论,着重研究了焊接机器人的柔性体仿真。结果表明：柔性手臂构件对机械手的运动精度产生了较大影响。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。     

基于刚柔耦合模型的卡扣机构动力学仿真分析

运用ADAMS建立了卡扣机构刚柔耦合模型,准确并真实地反应出了卡扣机构的运动情况,将升降台和卡扣机构动力学特性与多刚体模型进行对比分析。通过分析发现,基于刚柔耦合模型下升降台和卡扣机构在位移曲线保持不变的情况下,工作时的速度、加速度曲线有明显波动,并通过分析波动的原因,为机构的进一步优化提出了指导方向。     

健骑机刚柔耦合动力学仿真分析

为准确描述健骑机在工作过程中的性能,基于刚柔耦合理论,联合运用ADAMS和ANSYS软件,分析健骑机的动力学问题。首先完成健骑机多刚体简化模型的动力学仿真。应用ANSYS计算了健骑机底座的模态和谐响应等动力学特性。在ADAMS中将底座视为柔性体进行健骑机的动力学仿真,并与多刚体动力学仿真结果对比分析。结果表明,与多刚体模型相比,刚柔耦合模型的仿真结果能更准确地反映健骑机实际工作时的动态性能,提高健骑机的结构设计效率。     

推焦装置刚柔耦合模型动力学仿真分析

针对大型焦炉推焦装置在推焦过程中工作部件推焦杆经常出现振动,可能影响推焦装置工作稳定性、降低焦炭成品率甚至对焦炉造成破坏等问题,采用通过刚柔耦合动力学模型分析来确定振动激励源的方法,以推焦装置为研究对象,应用多软件联合仿真建立了推焦装置刚柔耦合模型,通过实验测试振动信号对仿真模型进行了验证,并进而通过动力学仿真得出推程中推焦杆振动主要是由于滑靴与炭化室地面存在摩擦引起的,获得了随着动摩擦系数的减小,推程中推焦杆的振动加速度均方根值变小,振动明显减弱等规律。研究结果可为推焦装置后续减振及优化设计提供重要参考。     

基于刚柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究

以某型挖掘机为研究对象,利用机械系统动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS联合建立了液压挖掘机刚柔耦合模型,进行了模拟实际挖掘机工况的运动学和动力学分析。通过仿真,得到了挖掘机的主要作业性能参数及各关键铰接点的受力曲线图,同时对刚体系统与刚柔耦合系统各铰接点受力变化进行了比较分析,可知刚柔耦合动力学仿真曲线能更准确反映挖掘机实际挖掘过程中的动力学特性,可为后期挖掘机结构设计和产品优化提供一定的参考。     

基于刚柔耦合模型轮轨两点接触的动力学仿真

基于多体动力学软件UM建立了某型车单点接触和两点接触的刚柔耦合动力学模型。分析了该车辆系统通过曲线时单点接触和两点接触模型1位轮对的横向位移、接触角、横向力、垂向力、脱轨系数等动力学指标差异。研究车辆系统在曲线通过的轮对最大横向位移、接触角、垂向力、脱轨系数等动力学指标时,当曲线半径在400~1 000 m时,建议采用两点接触模型,当曲线半径1 000 m时可采用单点接触模型;研究车辆系统在曲线通过时的轮对横向力,建议采用两点接触模型。     

空间刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真

为研究柔性构件对系统运动特性的影响,对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解,推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律;根据第一类Lagrange方程建立空间全刚性并联机器人的逆动力学模型;运用MATLAB软件对空间并联机构进行仿真,并对动力学数值结果和仿真结果进行对比,以验证模型的正确性。基于ANSYS软件和ADAMS软件,对空间并联机构中的空间梁单元进行柔性替换,通过建立空间刚柔耦合并联机器人模型,分析机构在运动状态下展现出的耦合特性,并与空间全刚性并联机器人进行比较。结果表明:两类模型的末端执行器的运动趋势一致,轨迹误差在0.000 7～0.419 4 mm范围内;梁单元产生的弹性变形对系统运动性能产生了重要影响,因此,建立正确的刚柔耦合动力学模型具有重要的指导意义。     

刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

基于刚柔耦合的自动化动力学仿真分析研究

刚柔耦合是多体系统最常见的力学模型,在其建模分析过程中存在一定的复杂性与重复性。以三连杆机构为例,通过ANSYS和ADAMS实现刚柔耦合全分析过程,并利用ModelCenter的QuickWrap技术对整个分析过程的功能点进行组件封装,最后通过封装好的组件搭建刚柔耦合分析流程,最终实现自动化的刚柔耦合分析,为进一步的DOE及优化分析奠定了基础。     

Delta并联机器人刚柔耦合仿真分析

为了提高Delta并联机器人在负载较大且高速拾取目标样本时的运动精度,对机器人进行刚柔耦合分析,以求减少运动误差。通过Solidworks对Delta并联机器人三维建模并简化,Matlab对并联机器人末端轨迹进行规划,反解得到机器人运动过程中主动杆的角位移变化,ANSYS对从动杆柔性化导入ADAMS中进行联合仿真,在不同负载条件下观察分析机器人末端误差和运动过程中柔性杆的变形,可以得出随着负载的增加机器人末端误差加大,并且运动过程中杆件误差随时间叠加,这为寻找解决定位误差的方法提供了参考。     

刚柔耦合机器人仿真及振动分析

在传统的工业机器人设计中,为避免产生定位误差和振动,其结构一般设计成刚性.但在精度、速度要求较高的作业场合,由于材料自重和外界干扰等因素,系统容易发生变形和振动,而这种变形和振动对精度的影响是巨大的.因此,必须把模型的部分构件做成柔性体,来研究工作轨迹及振动情况.运用Pro/E软件建立机器人模型,导入到ANSYS软件中创建柔性体,并在ADAMS软件中建立刚柔耦合模型.设定一具体工况进行仿真,结果表明该模型仿真过程更加贴近实际情况,所得结论为机器人的优化及振动研究提供依据.     

基于刚柔耦合建模的工业机器人瞬变动力学分析

为适应工业机器人高速、重载、高精度的要求,以工业机械臂的瞬变过程为研究对象,提出以末端执行器的振幅判断机器人在瞬变过程中的动态性能,利用多体动力学和有限元的方法建立刚柔耦合模型,对工业机器人在整个作业过程中的动态特性进行描述和分析,仿真计算工业机器人在振幅最大时刻的应力分布及危险区域节点的应力变化,为机器人的动态性能评估、疲劳强度分析和寿命预测提供了依据.     

海盗船立柱刚柔耦合动力学仿真分析

针对游乐设施结构应力计算,利用最大载荷进行静力学分析时,其结果与实际工况存在较大偏差。基于ANSYS Workbench软件平台,以海盗船立柱部件为研究对象进行刚柔耦合瞬态动力学仿真分析,得到立柱的最大应力-时间历程曲线,提取整个摆动周期内的应力最大值对立柱进行评价分析。相比静力学分析结果,刚柔耦合仿真分析能够捕捉到海盗船摆动周期内的最大应力。其计算方法和结果可为游乐设施结构应力计算提供参考,对于提高设计能力具有现实意义。     

3-PUS并联机构刚柔耦合模型动力学仿真分析

以柔性体理论为基础,使用多体动力学仿真软件A D A M S和有限元分析软件A N SY S建立了3-PU S并联机构的刚柔耦合模型,对3-PU S并联机构的刚柔耦合模型和多刚体模型进行了仿真和分析。结果表明,在仿真运动开始的瞬间,刚柔耦合模型中动平台的速度、位移和铰接处的应力均有一定频率的波动现象,反映了该并联机构实际的动态特性,为并联机构的进一步的设计、优化和校核提供了依据。     

4自由度机器人刚柔耦合仿真及结构改进

以优化码垛机器人的动力学性能为目标,根据柔性体建模基本理论,通过有限元分析软件ANSYS生成关键部件的柔性体,在动力学分析软件ADAMS平台上,建立了4自由度机器人刚柔耦合仿真模型。同时,以减轻质量、获得良好的动静态特性为目标,提出了臂部的改进方案,在加载实际工况载荷条件下,仿真获得了臂架原方案及改进方案的应力应变及水平、垂直、旋转驱动力(力矩)的变化特征。结果表明,臂架改进设计后,减重59.6%,动态冲击力减小30.6%,水平、垂直、旋转最大驱动力(力矩)分别减小42.2%,51.7%,26.5%,机器人力学性能得到了较好的改善。     

方向机刚柔耦合动力学仿真研究

以多体接触理论和刚柔耦合动力学理论为基础,综合考虑方向机齿轮啮合冲击与传动轴、轴承及箱体弹性振动的耦合作用,建立方向机刚柔耦合虚拟样机模型.针对其在最恶劣调炮工况下的激励对方向机动态响应进行仿真,分析柔性体的弹性振动对齿轮啮合力的影响.结果表明:考虑柔性体后初始啮合冲击力下降明显,稳定后刚柔耦合模型的啮合力振动幅值显著大于多刚体模型.研究工作对方向机动载工况下的优化设计有着重要的意义.     

基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法与仿真

针对移动操作自由度冗余搬运机器人伤员搬运运动的安全性、稳定性要求,提出基于动力学的运动规划与控制方法。采用改进D-H方法建立搬运机器人正逆运动学模型;采用拉格朗日法建立机器人动力学模型;基于零力矩点（ZMP—the Zero-Moment Point）方法建立机器人稳定性评估模型;采用S形曲线方法规划机器人末端运动;通过优化稳定性求解机器人运动学逆解;采用滤波方法拟合关节运动曲线实现关节平稳运动;仿真验证了基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法的有效性。     

高速重载码垛机器人刚柔耦合模型建立及动态特性分析方法

针对高速码垛机器人高速、高加速度、大负载的工作特性,提出一种考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析方法。首先,建立刚柔耦合动力学模型,对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述; 其次,基于建立的刚柔耦合动力学模型,对机器人的重要动态特性——振动模态进行分析; 最后,设计力锤瞬态激励实验,对2种方法的有效性进行验证。实验结果表明,该结构建模方法有效地分析了高速重载码垛机器人关节柔性的影响,动态特性分析方法有效地分析了机器人的振动模态。