案例概要

產品：機器人夾爪

分析目標：預測夾爪機構薄弱部位的疲勞壽命

半導體制造工藝需要處理大批量作業任務，這推動了專用機器人及各類自動化技術的發展，其中包括自主移動機器人（AMR）。半導體專用機器人夾爪的一個核心特性是：以極小接觸面積抓取物件，從而滿足潔凈室的潔凈度要求。因此，夾爪在結構上受到諸多限制，同時相較于其機械結構尺寸，還需承載相對較重的物件。此外，為滿足運輸產能需求，上下料作業需每日重復執行數千次。

本案例基于多體動力學模型，對一款面向半導體物料搬運研發的專用機器人夾爪進行夾持力預測分析。同時，采用多柔體動力學（MFBD）技術開展耐久性分析，預測高應力區域的疲勞失效風險。通過該方法，可精準評估夾爪機構內部易損部件的使用壽命。

分析流程

①　基于3D設計模型，構建機器人夾爪動力學模型；

②　輸入夾爪電機實際扭矩值，驗證與數學模型的相關性；

③　建立對稱化有限元模型，開展MFBD分析以完成應力評估；

④　基于MFBD分析得到的應力結果，進行耐久性分析；

⑤　分析并修正缺口系數，校正異常的疲勞壽命預測結果。

核心技術

n構建可還原夾爪實際結構與運動狀態的動力學模型

n通過與實際模型對標，完成接觸、摩擦、材料屬性及輸入載荷的相關性驗證流程

n基于MFBD仿真結果開展應力導向型疲勞耐久性分析

n選用適配的缺口系數，保障耐久性分析可靠性

n基于應力頻次分析制定結構設計方案，對薄弱部位進行結構強化

使用工具

RecurDyn/Professional

RecurDyn/FFlex

RecurDyn/Durability

客戶痛點

n新型機器人夾爪設計需開展夾持力分析；

n滿足高負載需求的動應力分析；

n對設計壽命10年的機器人夾爪進行壽命預測；

n需獲取耐久性分析數據。

解決方案

n基于運動學數據構建數值模型，并與多體動力學（MBD）結果對標，完成夾持力驗證；

n采用MFBD技術，分析目標負載抓取及機器人運行過程中的應力與應變；

n運用應力導向型耐久性分析方法，通過調整缺口系數實現精準壽命預測。

項目成果

n獲取了夾爪設計階段所需夾持力分析的MBD數據；

n得到預設計夾爪的應力與應變結果，識別出結構薄弱區域；

n建立了可靠耐久性分析所需的缺口系數選用方法；

n完成新型夾爪預期壽命評估，并形成相應分析數據。

疲勞失效的預期發生位置與擴展方向