[发明专利]一种Mecanum万向轮滚子轮廓补偿和修正建模仿真的方法

摘要

本发明公开了一种Mecanum万向轮滚子轮廓补偿和修正建模仿真的方法，利用Mecanum设计的万向轮滚子轮廓几何方程计算滚子外廓坐标；根据坐标值，在三维实体软件中建立Mecanum万向轮的主要零部件，并完成装配；将模型导入力学仿真软件中，进行受力分析，得到滚子不同部位的载荷；建立滚子外壳有限元模型，包括材料参数，模型网格节点与几何计算坐标节点一致，将不同部位载荷分别逐段加载到滚子外壳，得到滚子轴截面母线上不同部位的变形；将母线上不同部位的变形值与理论计算的坐标叠加，得到补偿后的轮廓母线；用补偿后的数据设计Mecanum万向轮滚子，再进行仿真计算，验证补偿数值的正确性。本发明对滚子外轮廓廓进行变形补偿，使得外廓设计精确合理、行走过程平稳。

主权项

一种Mecanum万向轮滚子轮廓补偿和修正建模仿真的方法，其特征在于，围绕外缘Mecanum万向轮主体的中心车轮骨架，安装若干自由随动滚子，轴线与主体骨架垂直于轴线的中心平面成45°角；该Mecanum万向轮滚子轮廓补偿和修正建模仿真的方法包括以下步骤：步骤一，利用Mecanum万向轮滚子轮廓几何方程计算滚子外廓坐标；Mecanum万向轮滚子母线轮廓为螺旋线，方程为：$\frac{1}{2}{x}^2+{(y-R+r)}^2-R^2=0,0\≤y\≤r$$2R\frac{\sin \frac{\mathrm{\π}}{n}}{\sin \mathrm{\γ}}\≤x\<\sqrt{{2R}^2-2{(R-r)}^2}$式中，x，y——滚子自身坐标系中滚子母线坐标值；R——Mecanum轮半径；r——滚子母线最大半径；γ——滚子轴与Mecanum轮轴螺旋角；n——组成Mecanum万向轮的滚子个数；给定R、r和γ值，能够计算出无数组满足条件的(x，y)，给定x初值和取值间隔，得到一系列满足精度要求的坐标值；由一系列坐标值绘制的曲线为滚子母线，通过母线绕轴旋转可生成滚子模型；步骤二，根据计算出的坐标值向量，在三维实体软件中建立Mecanum万向轮的主要零部件，并完成装配；步骤三，将模型导入力学仿真软件中，进行受力分析，得到滚子不同部位的载荷；将模型存为有限元软件能够导入的格式，建立有限元几何实体模型，根据实际情况赋材料和单元参数；滚子工作的一个周期中，不同部位受载，受载方向不同；将一个滚子工作周期分成若干阶段，各阶段给定适当的边界条件，分别进行受力分析，在各仿真计算结果中，选取典型部位，取得不同典型位置的载荷值，供下一步分析输入；步骤四，建立滚子外壳有限元模型，模型网格节点与几何计算坐标节点一致，将不同部位载荷分别逐段加载到滚子外壳，得到滚子轴截面母线上不同部位的变形；具体方法为：按照实际几何形状和参数建立滚子外壳实体模型，如步骤三导入有限元分析软件，选择单元和材料参数；步骤五，拾取与理论计算值横坐标相同点的变形量，存为补偿坐标向量，纵坐标取反值作为补偿量，与理论计算的坐标值向量叠加，即得到补偿后的轮廓母线一系列坐标值，补偿后的滚子轮廓在前视基准面的投影为不规则的圆形，得到补偿后的轮廓母线；步骤六，用补偿后的数据设计Mecanum万向轮滚子，再次按照步骤三进行仿真计算，验证补偿数值的正确性。