首页 | 期刊简介 | 主要栏目 | 投稿指南 | 编委会 | 广告合作及广告客户 | 期刊订阅 | 书籍推荐 | 联系我们
如何设计出更出色的工业机器人?


引言

      由于工业机器人在速度、强度、精度及灵活性方面拥有诸多优势,因此被越来越多地用于各类应用中。随着机器人变得越来越轻并且在较高的负载下工作,传统的机器人设计方法会丧失其效用,这使得动态因素在机器人性能方面的重要性与日俱增。

      机器人设计师可采用 Adams 多体仿真(MBS)软件对整个机器人机构的瞬态动力学行为及控制算法进行仿真,从而提高产品性能。Adams 不仅能通过运动学建模建立机器人的完整工作样机,还能对其所执行的任务进行仿真。在制造样机之前,Adams 能对在任何操作情景下机器人的动力学性能进行准确的仿真和诊查,通过评估多种不同的设计配置和控制算法,提升机器人的性能,同时缩短所需的实物试验时间,将机器人尽快推向市场。


机器人设计师面临哪些挑战?

      设计师需要用尽可能低的成本,获得尽可能高水准的速度、准确度、耐用性及其他性能参数。能否赢得订单的差别往往不过是速度上 5% 的优势,因此机器人设计师需要突破设计过程的束缚。

      随着机器人设计师提升性能,机械臂及其他部件会弯曲至一定角度,因此在计算机器人到达指定位置所进行的关节运动时,这一变形就变得极为重要。更高的扭矩和更轻的机械臂也使得机器人更易出现振动,因此与以前相比,确定机器人的固有频率并确保其远离机器人的所有工作频率就变得更加关键。功率更大的机器人也会增加对机器人传动机构的需求,这提升了齿轮敲击及啮合间隙等因素的重要性,并使轴承设计变得更加重要。 

      但大多数机器人设计师仍然采用他们过去数十年一直沿用的同一设计工具。但即便使用了超高精度的编码器,机器人移动至绝对 XYZ 位置以及 ABC 方位的能力仍然会受到变形、齿轮啮合间隙、热膨胀及制造偏差等因素的限制。分析法的复杂性随机器人的自由度和几何复杂度的增加而呈指数增加。 

      目前机器人设计师所面临的另一个挑战是了解机器人各种关节的受载大小。关节作用力在很大程度上取决于机器人的轴承和横梁的刚度,因此传统的设计工具无法提供准确的预测。

      同时,在当今竞争日趋激烈的环境下,机器人控制算法的设计也变得越来越关键、越来越困难。为满足交货日程表,通常需要在设计机器人本身的同时设计控制算法,但对于做出完美设计决策所需的动态因素,现有的设计方法所能提供的信息却寥寥无几。

可将 Adams 模型与控制系统模型进行协同仿真

      在机器人设计中,需要考虑的另一个动态效应的例子是电缆的管理和导引。传统的设计方法在样机测试阶段之前无法得知电缆变形的形状。


Adams MBD 软件可在样机阶段之前预测机器人的动态性能

      Adams MBD 软件超越了传统的机器人设计工具,它提供了大位移动力学仿真功能,可全面捕获真实环境中的复杂性。Adams 可简化刚体与柔性体、齿轮、轴承、电机、关节及其他机器人部件的动态性能建模,从而克服运动学解决方案的局限性,在处理与机器人互动的对象时更是易如反掌。因此,Adams 使机器人设计师能够在设计过程初期、得到样机之前,将其产品作为一个整体系统对其动态性能进行评估。

      Adams 提供了各种柔性体建模选择,可准确地了解机器人任何部件的动态行为。


Adams 如何设计性能更出色的机器人


考虑部件的柔性,计算机器人手臂轨迹

      Adams 能整合柔性体与齿轮,仿真得到部件变形,与传动方法相比,能够更准确计算机器人手臂的轨迹。由于将零部件变形整合到动力学模型中,还使设计师能够准确地预测所有机器人零部件承受的负载。通过增加电机扭矩并降低零部件重量,机器人设计师可使用 Adams 仿真尽量提高机器人的速度,而且既不会超过规定的加载值,也不会产生剧烈振动。如果特定零部件负载过大,机器人设计师可修改机器人的设计或控制算法,并确定其对零部件加载的影响。在出现碰撞时,机器人设计师还可以轻松地确定作用到操作员身上的负载,以简化协作机器人的设计流程。 


MBD 预测机器人的系统级振动


确定齿轮啮合间隙对移动轨迹的影响

      同时,Adams 还能使机器人设计师能够确定机器人设计的固有频率,并预测具体应用中所经历的振动水平;机器人设计师还可以在设计初期精调控制算法,将机器人臂和传动机构的动态响应考虑在内,从而提高机器人的定位精度;Adams 还使机器人设计师能够在设计初期,通过对机器人手臂移动时,电缆的变形和电缆运动规律进行仿真分析,从而评估不同的电缆导引及管理方式的性能;还可以使用 Adams 开发可管理复杂包装操作的机器人,并能配合所开发的新包装款式。


通过设计研究优化机器人性能


结束语

      通过小编以上的介绍,您是不是对Adams在工业机器人设计这方面的强大功能感兴趣?Adams 使机器人设计师能够在设计初期以更短的时间、更低的成本对预期机器人设计的瞬态动态行为进行精确评估。是不是想知道更多这方面的内容?我们真诚地欢迎您参加即将于5月25-26日在北京举办的MSC 2017用户大会,会议上将有工业机器人方面专家与您进行更多分享!

    欢迎关注《计算机辅助工程》微信公众平台,微信公众号:CAEChina

发布时间:2017年03月27日

您是第5195233位访问者
地址:上海市浦东新区海港大道1550号上海海事大学图书馆B511 邮编:201306
联系电话:021-38284908 传真:021-38284916 E-mail:smucae@163.com
微信号:CAEChina   QQ:274226135   QQ群(中国CAE技术交流):204762677
本系统由北京勤云科技发展有限公司设计
沪ICP备11028865号-2