【MBS技术专题】模型分享:机械臂多体动力学仿真分析

 

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综  述  

 

机械臂被广泛应用于工业制造。工作时机械臂要重复移动位置并精确控制,通过控制参数定义自由度,从而保证机械臂移动的精确性。液压及线缆系统应该具有一定的灵活性,保证机械臂工作过程中不会折断。机械臂通过 MotionView 建模,用 MotionSolve 求解、分析。

 

学习目标  

 

  • 如何使用非线性柔性体(NLFE)创建线缆和液压模型。

  • 通过建立3D接触,可以预测线缆和液压系统的载荷和应力。

  • 通过柔性体建模可以预测机械臂的液压钳的应力水平。

  • 与 Activate 建立联合仿真,实现精确控制。

     

多体动力学模型

 

建模过程

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步骤1:导入CAD数据,添加铰链和衬套连接;

步骤2:增加液压钳、轴、支撑架之间的接触; 

步骤3:增加机械臂移动位置的驱动设置;

步骤4:运行这个简单模型; 

 

参考模型:Robot_Arm_01.mdl

在以上模型的基础上增加非线性体的线缆

 

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步骤5:取消当前显示的驱动设置以及接触设置; 

步骤6:创建没有载荷的非线性线缆模型; 

步骤7:通过坐标到线缆位置定义驱动;

步骤8:通过命令 command 文件定义线缆的预载; 

步骤9:运行模型及其Python脚本;

…Altair\utilitymbdnlfeNLFE_generate_

loaded_csv.py to extract the loaded state of the NLFE cables and save it into a CSV file

 

参考模型: 

Robot_Arm_02_Cable0_positioning.mdl

Robot_Arm_02_Cable1_positioning.mdl

 

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步骤10:激活和轴的接触,失效线缆的驱动;

步骤11:导入带有线缆预载点的CSV文件;

步骤12:用柔性体代替液压夹;

步骤13:在线缆连接点上增加球面单元,并且在球面和上上臂之间建立带有摩擦的接触;

步骤14:用力的方式创建驱动,创建与Activate 联合仿真的输入和输出;

 

 Activate 设置 

步骤15:导入机械臂;  

步骤16增加控制器; 

步骤17:运行模型。

 

参考模型:

Robot_Arm_03_Complete.mdl

_03_ControlRobot_Arm_Controls.scm

 

仿真过程

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  • 机械臂运动学仿真,模拟机械臂将轴从右支撑架挪到右支撑架;

  • 模拟缆绳的定位,提取其预载状态;

  • 与 Activate 联合仿真,模拟机械臂的扭矩,将轴移动。

     

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结果读取   

 

  接触力和应力  

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结果读取

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转 角

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转 矩

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总  结  

 

本文对机械臂的工作过程进行多体动力学仿真分析,关键部位柔性体建模,并输出其工作过程的接触力、应力、转矩、转角等结果;通过这些结果的输出,为电动机功率的选择、机械本体结构提供设计依据。

关于 Altair澳汰尔

 

Altair(纳斯达克股票代码:ALTR)是一家全球技术公司,在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能 (AI) 等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争,并创造更可持续的未来。

 

公司总部位于美国密歇根州,服务于12000多家全球企业,应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。

 

 

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