行業(yè)應(yīng)用 | 機(jī)器人及數(shù)控機(jī)床研發(fā)中的仿真技術(shù)應(yīng)用

2018-03-09  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

以機(jī)器人及數(shù)控機(jī)床為主體的智能裝備行業(yè)研發(fā)涉及的研發(fā)問題眾多,從物理學(xué)的角度來講,智能裝備研發(fā)涉及的學(xué)科領(lǐng)域如下圖所示:

通過仿真可以在設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題,并提供改進(jìn)方向。整體來說,智能裝備行業(yè)的主要CAE問題包括:

• 靜力學(xué)分析:整體結(jié)構(gòu)及零部件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等分析等;

• 動(dòng)力學(xué)分析:結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率、噪音、隨機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等

• 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析:機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度、關(guān)節(jié)力計(jì)算等

• 低頻電磁場(chǎng)分析:電路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的機(jī)電控制的仿真和優(yōu)化等

• 高頻電磁場(chǎng)分析:PCB板級(jí)和設(shè)備級(jí)的信號(hào)完整性、電源完整性和電磁兼容分析等

• 疲勞分析:反復(fù)受力部件的疲勞性能及耐久性計(jì)算等

• 優(yōu)化分析:結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤罴俺叽鐑?yōu)化減重等

• 復(fù)合材料分析:復(fù)合材料的鋪層強(qiáng)度計(jì)算、鋪層優(yōu)化等

• 跌落碰撞分析:包裝可靠性、碰撞、跌倒、跌落研究等等

• 多物理場(chǎng)分析:電子設(shè)備的電熱結(jié)構(gòu)耦合、機(jī)電液一體化(子)系統(tǒng)級(jí)運(yùn)動(dòng)分析等

機(jī)床解決方案

機(jī)床行業(yè) 7 大關(guān)鍵技術(shù):(1)全柔性的滾珠絲桿模型(2)全柔性的線性滑軌模型(3)切削力的便捷定義(4)響應(yīng)分析(FRA)(5)機(jī)床顫振分析(6)機(jī)床零部件疲勞耐久分析(7)機(jī) - 電 - 控一體耦合技術(shù)

(1)全柔性的滾珠絲桿模型

• 自動(dòng)將力和力矩從一個(gè)單元“移交”到下一個(gè)單元

• 類似運(yùn)行用戶子程序

• RecurDyn定義力單元:矩陣力

(2)全柔性的線性滑軌模型

• 自動(dòng)將荷載用拋物線分布方式傳遞到滑軌節(jié)點(diǎn)上,并自動(dòng)修正剛度

• RecurDyn MachineTool根據(jù)用戶定義的參數(shù)(如導(dǎo)軌的剛度,幾何尺寸……)自動(dòng)創(chuàng)建力矩陣單元

(3)切削力的便捷定義

(4)響應(yīng)分析(FRA)

• 通過不同的振動(dòng)激勵(lì)(如沖擊錘、激振器等)測(cè)試機(jī)床的結(jié)構(gòu)特性

• 目標(biāo)改進(jìn)機(jī)床的傳遞特性,優(yōu)化機(jī)床的性能

• RecurDyn驗(yàn)證

(5)機(jī)床顫振分析

• 由機(jī)床零部件相互作用的動(dòng)態(tài)行為和切削作用的動(dòng)態(tài)行為引起

• 穩(wěn)定性判定根據(jù)Nyquist標(biāo)準(zhǔn)建立

(6)機(jī)床零部件疲勞耐久分析

• 系統(tǒng)級(jí)的疲勞耐久測(cè)試

(7)機(jī) - 電 - 控一體耦合技術(shù)

機(jī)器人解決方案

• 驗(yàn)證機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能

• 驗(yàn)證機(jī)器人的受力和剛強(qiáng)度

• 驗(yàn)證機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)

• 驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)方式和控制邏輯

• 驗(yàn)證機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境的能力

(1)機(jī)器人動(dòng)剛度及夾持力

• 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求;

• 減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷,提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。

• 驗(yàn)證手腕回轉(zhuǎn)各關(guān)節(jié)軸上要設(shè)置限位開關(guān)和機(jī)械擋塊能否防止關(guān)節(jié)超限造成事故?

驗(yàn)證:

• 末端執(zhí)行器是否能完成夾持任務(wù)?

• 末端執(zhí)行器對(duì)夾持物的加持力是否會(huì)造成受損?

(2)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能

• 根據(jù)作業(yè)運(yùn)動(dòng)功能的要求,確定機(jī)器人末端執(zhí)行器應(yīng)達(dá)到的位置軌跡線和姿態(tài)

• 給出各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量,求出機(jī)器人的實(shí)際工作空間及姿態(tài)

• 分析構(gòu)件的速度和加速度

• 末端執(zhí)行器上所夾持的工件角速度分析

驗(yàn)證:

• 作業(yè)空間

• 作業(yè)路徑

• 速度

• 加速度

• 關(guān)節(jié)Torque

(3)機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)器人操作機(jī)是由若干個(gè)構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機(jī)構(gòu),其運(yùn)動(dòng)都是由驅(qū)動(dòng)器經(jīng)各種機(jī)械傳動(dòng)裝置減速后驅(qū)動(dòng)負(fù)載。數(shù)字樣機(jī)技術(shù)可以驗(yàn)證機(jī)器人中常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能:

• 有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)等

• 鋼帶傳動(dòng)裝置

(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)過程的能力驗(yàn)證

工業(yè)機(jī)器人是一種生產(chǎn)設(shè)備,作業(yè)時(shí)一般需要有外圍設(shè)備完成一些輔助工作。單機(jī)形式工作的工業(yè)機(jī)器人如去鑄件飛邊、刮研、切削加工、焊接等機(jī)器人。

(5)驗(yàn)證機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式和控制邏輯

數(shù)字樣機(jī)技術(shù)可以通過仿真驗(yàn)證機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)方式的動(dòng)作行為:

• 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

• 液壓

• 氣動(dòng)

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