[发明专利]一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法

说明书

本发明公开了一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，包括：建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；建立ADAMS多刚体系统；确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，两种工况为搬运工况和挖掘工况；基于两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。还公开了对应的装置、电子设备，基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂。工作期间的实时力学分析提供了基础。

技术领域

本发明属于机器人力学分析技术领域，尤其涉及一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法。

背景技术

对于液压机械臂的力学分析是机器人设计以及机器人工作运行期间的必要环节，通常采用刚柔耦合分析方法，但是对于多个自由度和/或多个功能以及高负载的情况下，对液压机械臂进行刚柔耦合分析，理论上将机械臂整体柔性化处理得到的分析结果精确度最高，但这无疑会增加求解难度，极易导致分析失败，因此从计算效率上讲现有技术的刚柔耦合分析方法并不现实。

发明内容

本发明的目的是提供一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果获得，两种极端工况下三臂受力形式最为复杂、受力特点最为危险，而且局部应力梯度变化较大，在实际工作过程中容易产生疲劳破坏和开裂变形，由此确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂工作期间的实时力学分析提供了基础。

在ADAMS中创建柔性体通常有两种方法，一种是在ADAMS自带的“ADAMS/Flex”模块中创建柔性体，但基于这种方法建立的柔性体网格相对粗糙、过程比较繁琐易出错、计算精度低；而采用模态中性文件法可以有效解决网格精度低的问题，首先通过专业的有限元软件控制构件的网格划分精度，然后对其模态进行求解，并输出模态中性MNF文件(ModalNeutral File)，最后将该MNF文件导入ADAMS进行后续处理即可。

因此，本发明基于模态中性文件法利用HyperMesh“Radioss”模块求解模态中性文件，将对应的MNF文件导入ADAMS中进行刚柔耦合模型的创建

本发明一方面提供了一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，包括：

步骤1，建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；

步骤2，建立ADAMS多刚体系统；

步骤3，确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，所述两种工况为搬运工况和挖掘工况；

步骤4，基于所述两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。

优选的，所述步骤1包括：

步骤11，以igs格式将需要柔性化的部件模型导入HyperMesh；

步骤12，划分网格；

步骤13，定义材料属性，根据重新定义优化后三臂的材料属性以保证ADAMS 与HyperMesh数据交互时单位的一致；

步骤14，建立外连接点生成刚性单元，所述连接点是在柔性体导入ADAMS 后唯一可以被识别的节点，也是刚性体和柔性体间进行装配时的连接点；

步骤15，设置边界条件和控制卡片，提交Radioss求解MNF文件。

优选的，所述步骤12采用与静力学分析时相同的网格划分方式，在 HyperMesh中对优化后的三臂重新进行网格划分。