[发明专利]一种悬臂式直角坐标机器人的刚柔耦合动力学仿真方法

说明书

本发明公开了一种悬臂式直角坐标机器人的刚柔耦合动力学仿真方法，包括如下步骤：1）去除质量较小的零件单元，保留主要尺寸特征，重新建立简化的装配体模型。2）将简化的模型导入RecurDyn软件，定义固定、移动等约束。3）定义运动方程，设置动力学仿真参数，进行运动学仿真，验证机构间相对运动和约束的正确性。4）导入ANSYS软件进行网格划分，建立模态柔性体。5）将ANSYS导出的中性文件导入RecurDyn软件生成RFI文件，将辅助板和导轨在RecurDyn软件中转化为FFlex柔性体。定义导轨单元与滑块的接触行为，设置接触参数，进行动力学仿真。6）仿真结束后，查看机器人末端执行器运动偏差的仿真结果。

技术领域

本发明属于多体动力学仿真分析领域，特别是涉及悬臂式直角坐标机器人的动力学仿真分析方法。

背景技术

现实中将直角坐标型机器人当作一个整体进行刚柔耦合的动力学仿真很少。为了节约研发成本，缩短研发时间，基于多体动力学对直角坐标型机器人进行整个系统地仿真分析尤为重要。本发明利用RecurDyn多体动力学软件，采用刚柔耦合方法，对悬臂式直角坐标机器人进行系统动态仿真，得到机器人末端执行器运动偏差的实验结果，为进一步结构优化设计提供参考。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中缺少直角坐标机器人系统的动力学仿真方法，提出一种面向悬臂式直角坐标机器人的刚柔耦合动力学仿真方法，以减低研发成本、缩短研发周期、提高产品设计的质量、具备很高的经济效益。具体技术方案如下：

一种悬臂式直角坐标机器人的刚柔耦合动力学仿真方法，包括以下具体步骤：

第一步：由于原模型存在很多较小的零件单元，其存在与否对仿真结果影响很小。因此，利用SolidWorks软件，在保留主要尺寸特征的前提下，重新建立简化的装配体模型，并保存为x_t格式。

第二步：将简化的模型文件导入RecurDyn软件，定义零件之间的固定、移动等约束，定义负载及其质量。由于本分析主要研究在沿长悬臂方向时，末端执行器的运动偏差，所以沿竖直方向上的两个悬臂梁不需要进行移动副约束，将其设置为固定约束。而后进行预仿真分析，将冗余约束采用bushing代替，bushing属性参数设置为e10。

第三步：本方法运动方程的定义数据来源于实际实验工况设置，电机加速度为3000mm/s²，最大速度为1600mm/s。使用RecurDyn软件Expression功能，采用step函数，定义机器人运动方程，并设置动力学仿真参数（End Time/Step/Plot Multiplier StepFactor）。其中， Step设置为800，Plot Multiplier Step Factor设置为5。

第四步：将长悬臂部分保存为x_t格式，导入ANSYS软件，在ANSYS软件中定义MASS21及SOLID185单元，并进行材料属型弹性模量、泊松比、密度设置。对长悬臂划分网格，局部网格细化，定义11个Nodes点，在Nodes点周围定义局部刚化区。然后，将定义的11个Nodes点设置为INTERFACE，设置求解参数，将模态阶数设置为10，生成中性文件。

第五步：将ANSYS导出的中性文件在RecurDyn软件中生成RFI文件，在RecurDyn软件中生成柔性体。在RecurDyn中使用FFlex模块将辅助板、导轨转化为柔性体，并重新拾取约束固定面。针对新生成的导轨柔性体，选择patch功能定义导轨接触面，定义导轨接触面与滑块的接触行为。接触方式选择Geo Surface，并设置接触参数，进行动力学仿真。

第六步：待仿真结束后，点击Result按钮查看机器人末端执行器运动偏差仿真结果。

本发明有益效果在于：