机器人仿真模拟分析

机器人仿真模拟分析

工程仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分。随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠、灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用。通过仿真试验来研究机器人的各种性能和特点，已经是机器人理论研究必备方法之一。同时，仿真试验结果也为制造机器人提供了有效的参考依据。

机器人行业涉及的研发问题众多，从物理学的角度来讲，机器人研发涉及的学科领域如下图所示：

 

通过仿真可以在设计前期发现产品问题，并提供改进方向。整体来说，机器人行业的主要CAE问题包括：

1、结构强度、刚度分析结构强度、刚度是机器人产品的基本要求。分析内容包括：

零部件和整机产品的强度、刚度部件和整机装配连接分析（螺栓连接和预紧、装配应力，接触应力）

2、结构动特性分析结构动特性是影响工业机器人产品性能的一个重要指标。工作条件下工作频率是否远离系统的固有频率，是否发生共振。机器人产品的动特性分析包括：

零部件和整机的模态分析

工作过程的的瞬态响应分析

零部件动特性匹配：频率响应分析

接合面动刚度、阻尼特性

3、结构优化分析优化产品结构是降低产品成本、提高产品性能的有效方法。对于机器人产品，可以进行的优化有：

满足设计要求的材料参数优化

节省材料的构架结构截面尺寸优化

零部件最优结构形式的拓扑形状优化

满足强度、模态、动响应等多学科要求的多学科优化

4、疲劳寿命分析及优化准确预测和合理设计零部件的疲劳寿命对于预防事故、降低产品成本和提升产品质量具有十分重要的意义。机器人产品的疲劳分析及优化包括：

疲劳载荷谱的编制

零部件和整机的疲劳强度计算

零部件和整机的疲劳寿命预测

疲劳灵敏度分析及优化

5、机构运动特性分析及优化机器人产品的工作功能是通过机构运动来实现的，因此对其进行机构运动特性分析和优化是检验产品性能，优化产品设计的有效方法。通过建立机器人产品的功能化数字样机，可以对机器人产品进行如下分析：

整机运动协调性

零部件运动轨迹、工作范围

工作过程零部件受力分析

定位精度、工作精度分析

刚弹耦合分析，工作过程中关键部件变形、精度影响分析

机构设计方案比较和参数优化

6、控制系统特性分析及优化液压系统和气动系统是机器人产品主要的运动控制系统，直接控制着机器人产品的运动。控制系统的性能直接影响机器人的工作性能。控制系统特性分析和优化包括：

液压/机构的耦合作用对整机的影响

执行机构的受控运动和对电液系统的反馈

液压系统动力源、管路的能量损失和压力波动

阀和执行环节的动态响应

液压油特性和流动状态的变化，液压油温度变化

部件参数对整体系统性能的影响

7、多学科耦合分析机器人是集成结构、液压、电气、控制、运动等多学科耦合的机电液一体化复杂产品。其中结构、机构运动、液压控制等具有较强的交互作用，需要对其进行多学科耦合分析。包括：

刚-弹耦合分析

运动-控制联合分析，运动系统和控制系统的耦合

结构-运动-疲劳一体化分析