以機(jī)器人及數(shù)控機(jī)床為主體的智能裝備行業(yè)涉及的研發(fā)問題眾多，從物理學(xué)的角度來講，智能裝備研發(fā)涉及的學(xué)科領(lǐng)域如下圖所示：

 

通過仿真可以在設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，并提供改進(jìn)方向。整體來說，智能裝備行業(yè)的主要CAE問題包括：

 

l  靜力學(xué)分析：整體結(jié)構(gòu)及零部件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等分析等

l  動(dòng)力學(xué)分析：結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率、噪音、隨機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等

l  機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度、關(guān)節(jié)力計(jì)算等

l  低頻電磁場分析：電路級和系統(tǒng)級的機(jī)電控制的仿真和優(yōu)化等

l  高頻電磁場分析：PCB板級和設(shè)備級的信號完整性、電源完整性和電磁兼容分析等

l  疲勞分析：反復(fù)受力部件的疲勞性能及耐久性計(jì)算等

l  優(yōu)化分析：結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤罴俺叽鐑?yōu)化減重等

l  復(fù)合材料分析：復(fù)合材料的鋪層強(qiáng)度計(jì)算、鋪層優(yōu)化等

l  跌落碰撞分析：包裝可靠性、碰撞、跌倒、跌落研究等等

l  多物理場分析：電子設(shè)備的電熱結(jié)構(gòu)耦合、機(jī)電液一體化（子）系統(tǒng)級運(yùn)動(dòng)分析等

 

機(jī)床解決方案

 

機(jī)床行業(yè)7大關(guān)鍵技術(shù)：（1）全柔性的滾珠絲桿模型（2）全柔性的線性滑軌模型（3）切削力的便捷定義（4）響應(yīng)分析（FRA）（5）機(jī)床顫振分析（6）機(jī)床零部件疲勞耐久分析（7）機(jī) - 電 - 控一體耦合技術(shù)。

 

（1）全柔性的滾珠絲桿模型

n  自動(dòng)將力和力矩從一個(gè)單元“移交”到下一個(gè)單元

n  類似運(yùn)行用戶子程序

n  RecurDyn定義力單元：矩陣力

 

 

（2）全柔性的線性滑軌模型

自動(dòng)將荷載用拋物線分布方式傳遞到滑軌節(jié)點(diǎn)上，并自動(dòng)修正剛度

RecurDyn MachineTool根據(jù)用戶定義的參數(shù)（如導(dǎo)軌的剛度，幾何尺寸……）自動(dòng)創(chuàng)建力矩陣單元

 

 

（3）切削力的便捷定義

 

 

（4）響應(yīng)分析（FRA）

通過不同的振動(dòng)激勵(lì)（如沖擊chui、激振器等）測試機(jī)床的結(jié)構(gòu)特性

目標(biāo)改進(jìn)機(jī)床的傳遞特性，優(yōu)化機(jī)床的性能

RecurDyn驗(yàn)證

 

 

（5）機(jī)床顫振分析

由機(jī)床零部件相互作用的動(dòng)態(tài)行為和切削作用的動(dòng)態(tài)行為引起

穩(wěn)定性判定根據(jù)Nyquist標(biāo)準(zhǔn)建立

 

 

（6）機(jī)床零部件疲勞耐久分析

系統(tǒng)級的疲勞耐久測試

 

 

（7）機(jī) - 電 - 控一體耦合技術(shù)

 

 

機(jī)器人解決方案

 

n  驗(yàn)證機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能

n  驗(yàn)證機(jī)器人的受力和剛強(qiáng)度

n  驗(yàn)證機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)

n  驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)方式和控制邏輯

n  驗(yàn)證機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境的能力

 

 

（1）機(jī)器人動(dòng)剛度及夾持力

n  手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求

n  減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度

n  驗(yàn)證手腕回轉(zhuǎn)各關(guān)節(jié)軸上要設(shè)置限位開關(guān)和機(jī)械擋塊能否防止關(guān)節(jié)超限造成事故

 

驗(yàn)證：

n  末端執(zhí)行器是否能完成夾持任務(wù)

n  末端執(zhí)行器對夾持物的加持力是否會(huì)造成受損

 

 

（2）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能

n  根據(jù)作業(yè)運(yùn)動(dòng)功能的要求，確定機(jī)器人末端執(zhí)行器應(yīng)達(dá)到的位置軌跡線和姿態(tài)

n  給出各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量，求出機(jī)器人的實(shí)際工作空間及姿態(tài)

n  分析構(gòu)件的速度和加速度

n  末端執(zhí)行器上所夾持的工件角速度分析

 

驗(yàn)證：

n  作業(yè)空間

n  作業(yè)路徑

n  速度

n  加速度

n  關(guān)節(jié)Torque

 

 

（3）機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)器人操作機(jī)是由若干個(gè)構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)都是由驅(qū)動(dòng)器經(jīng)各種機(jī)械傳動(dòng)裝置減速后驅(qū)動(dòng)負(fù)載。數(shù)字樣機(jī)技術(shù)可以驗(yàn)證機(jī)器人中常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能：

 

n  有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)等

n  鋼帶傳動(dòng)裝置

 

 

（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)過程的能力驗(yàn)證

工業(yè)機(jī)器人是一種生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)時(shí)一般需要有外圍設(shè)備完成一些輔助工作。單機(jī)形式工作的工業(yè)機(jī)器人如去鑄件飛邊、刮研、切削加工、焊接等機(jī)器人。

 

（5）驗(yàn)證機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式和控制邏輯

數(shù)字樣機(jī)技術(shù)可以通過仿真驗(yàn)證機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)方式的動(dòng)作行為：

n  電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

n  液壓

n  氣動(dòng)