包機器人研發(fā)中必須考慮控制動作的控制器、運動產(chǎn)生的振動、各個部件的剛度以及機器人所用馬達的慣性比等多種因素。使用“試錯（trial and error）”方式或者直接依靠經(jīng)驗來設(shè)計機器人，往往需要先制造出物理樣機后才能發(fā)現(xiàn)問題，這不僅會增加研發(fā)的時間成本，而且還可能會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。借助仿真方法，可以在物理樣機制造之前，對機器人的重要部件進行早期評估和檢查，從而大幅降低研發(fā)的時間和成本。

ITRI成立于1973年，是一家技術(shù)研發(fā)機構(gòu)，將RecurDyn的虛擬樣機技術(shù)應用于多關(guān)節(jié)機器人的開發(fā)過程中。ITRI利用RecurDyn可以設(shè)計控制機器人運動的控制器，包括電機、軸承和減速器等各種機器人的部件。此外，通過RecurDyn的柔性體建模技術(shù)，可以快速、高效地了解機器人各種姿態(tài)下的振動特性，降低了研發(fā)成本。

▎仿真過程

?  使用 Joint, Bushing, Coupler, Beam force 等構(gòu)建能快速仿真的剛體模型

   - 使用Beam force對Bolt連接部位進行建模，Beam force不僅可以快速進行仿真，還能考慮連接處的剛度系數(shù)

   -使用Coupler進行減速器的建模，同時利用Bushing 固定減速器主體從而定義其扭轉(zhuǎn)剛度

?  利用 CoLink 對控制機器人動作的控制器進行建模，并進行 RecurDyn 的剛體模型和 CoLink 的聯(lián)合仿真

? 將部分體模型柔性化變?yōu)槿嵝泽w，對主體變形引起的振動進行仿真

? 利用包含Eigen Analysis在內(nèi)的Scenario Analysis，預測機器人運動過程中各種姿態(tài)下的固有振動模態(tài)

▎關(guān)鍵仿真技術(shù)

?借助逆向動力學技術(shù)(Inverse Kinematics)，來預測機器人的運動路徑

?利用ParametricModeling參數(shù)化建模功能，可以輕松地調(diào)整控制器的PID增益值

?不僅可以考慮正態(tài)模態(tài)，還可以考慮軸承連接位置處節(jié)點的約束模態(tài)(Reduced Flex)

?借助Scenario Analysis技術(shù)，可以根據(jù)機器人的運動輕松計算多種姿勢的固有振動模態(tài)

▎工具包

?  RecurDyn/Professional

?  RecurDyn/FFlex

?  RecurDyn/Linear

?  RecurDyn/CoLink

▎工程問題

?能快速驗證機器人能否執(zhí)行所需動作的方法

?高效的確定適合機器人驅(qū)動的軸承、電動機和減速器規(guī)格的方法

?隨機器人姿態(tài)發(fā)生變化的振動特性難以確定

?在試生產(chǎn)之前難以設(shè)計控制器

▎解決方案

?借助逆向動力學預測并確認機器人的運動范圍

?通過RecurDyn模型獲得設(shè)計所需的數(shù)據(jù)，如扭矩和剛度

?利用RecurDynMFBD技術(shù)準確預測機器人的振動特性

?基于RecurDyn模型代替物理樣機設(shè)計控制器

▎結(jié)論

?利用虛擬模型快速設(shè)計控制器，無需借助物理樣機即可控制機器人的行為

?通過仿真獲得機器人運動所需的數(shù)據(jù)，包括電機功率、軸承剛度等

?減少對各種設(shè)計進行定量評估所需的時間和成本

?通過可視化分析結(jié)果(如固有振動模式的動畫)獲得設(shè)計改進方案

▎其他應用場景

---

掃碼添加官方微信加入技術(shù)交流群