仿真機器人的案例
技術最前沿 | 采用沉浸式3D虛擬現實技術仿真機器人焊接，就像看電影一樣！
摘要
使用3D仿真裝置來訓練機器人如何進行焊接具有諸多優點。因為焊接是一個復雜、精密的過程，想要解釋清楚或者傳授給人，并不是一件特別容易的事情。
將先進的運動控制基本部件、3D視覺和機器人控制，結合到機器人焊接的3D仿真軟件中。機器人焊接的未來是數字化的，而仿真有助于展示之前未曾考慮過的可能性。
在建造任何東西之前，Genesis Systems公司都使用仿真來實現可視化和演示復雜或大規模的機器人過程。這對焊接特別有幫助,這是一個復雜的、精密的過程，想要解釋清楚或者傳授給人，并不是一件特別容易的事情。
虛擬現實與3D
Genesis Systems虛擬解決方案中心的3DG環境，致力于將虛擬現實和沉浸式3D可視化技術結合在一起，從而在概念和設計階段將機器人過程可視化。3DG技術，致力于評估人體工程學參數，如焊木倉m以及機器人的可達性。系統是由16塊面板組成的視聽墻，可以顯示2D和3D圖像。該系統便與攜帶,易于拆卸和安裝。
"對我們來說，這是一個偉大的工具，” Genesis Systems的虛擬解決方案工程師Brendan Brown說道，"在3DG環境下，我們可以吸引客戶過來體驗,讓他們真實的感受即將購買的某個系統。他們可以看到我們前期所做的工作，以及為了給他們提供最佳的解決方案，這是我們所做的售前工作。"
他們還使用3DG系統，與內部設計和工具組一起，對協作過程進行審查。
Brown說: "戴上常規的3D眼鏡,就像在電影院里看電影一樣。然后利用游戲桿，你就可以驅動模型，圍繞機器，鉆到機器下面，出來進去，從各個角度觀察它。"
圖1:采用沉浸式3D虛擬現實技術仿真機器人焊接過程，能夠在開始制造之前，更高效地進行設計和概念評審。
展開 機器人行業工程仿真分析解決方案
工程仿真技術是機器人研究領域中的一個重要部分。隨著機器人研究的不斷深入和機器人領域的不斷發展，機器人仿真系統作為機器人設計和研究過程中安全可靠、靈活方便的工具，發揮著越來越重要的作用。通過仿真試驗來研究機器人的各種性能和特點，已經是機器人理論研究必備方法之一。同時，仿真試驗結果也為制造機器人提供了有效的參考依據。
目前國內對機器人仿真的研究基本上還處于探索階段，大部分研究都依附于已有的軟件而進行的二次開發。優飛迪依托國際領先的工程仿真軟件以及強大的技術服務能力與豐富的機器人行業服務經驗，基于“仿真驅動設計”的新研發模式，針對各種仿真需求，創造性的提出機器人行業仿真設計解決方案，以解決目前機器人行業存在的三大痛點問題：
找不到適合本企業和工程師團隊的工程仿真軟件、仿真精度難以滿足本企業的需求、求解速度難以滿足本企業的需求。
一 行業概述
機器人行業涉及的研發問題眾多，從物理學的角度來講，機器人研發涉及的學科領域如下圖所示：
通過仿真可以在設計前期發現產品問題，并提供改進方向。整體來說，機器人行業的主要CAE問題包括：
1、結構強度、剛度分析
結構強度、剛度是機器人產品的基本要求。分析內容包括：
零部件和整機產品的強度、剛度
部件和整機裝配連接分析（螺栓連接和預緊、裝配應力，接觸應力）
2、結構動特性分析
結構動特性是影響工業機器人產品性能的一個重要指標。工作條件下工作頻率是否遠離
系統的固有頻率，是否發生共振。
展開 從"流浪地球"到ChatGPT，頂流機器人設計需要哪些仿真技術？
機器人一直是科幻類影視作品里的常客。遠有《星球大戰》系列中的R2-D2、足球上長腦袋的BB-8，近有《流浪地球2》里面的“軍犬”笨笨，以及“你動它就動“的門框機器人。不一定類人的外觀、能夠自主活動的關節，配上一定的人工智能控制算法，大概就是人們幻想中未來機器人的樣子。
在現實生活中，機器人不是什么未來技術。它已經廣泛應用于工業、服務業、教育娛樂和軍事等行業中幾十年，并且隨著相關技術的進步在不斷迭代。應該說，機器人是綜合了當代機械、電子、控制等許多學科知識的一類集大成的產品。隨著人工智能的蓬勃發展，這個領域也正在變得更加”性感“。
當然，作為一種機械設備，它也離不開機械設計和仿真。在各類機器人的設計流程中，都需要用到哪些仿真相關技術呢？
——先讓我們來看看神奇的chatGPT怎么說：
1、在機器人仿真設計過程中，有哪些重點技術？
2、在機器人的設計流程中，要用到哪些仿真技術
在這里，”仿真“一詞并不僅僅指對三維模型的力學、熱學等有限元仿真，也包含更廣義的，電路仿真、控制系統的仿真等等。
以多體動力學分析為例。機器人一般都包含多個可動的關節。為了讓機器人的工作表現達到預期目標，在設計階段就需要建立機器人的多體動力學數字樣機，來評估機器人的動力學、運動學特性。對于機器人整體，可以評估不同的控制策略；對于關鍵的承力部件，可以結合有限元仿真軟件完成剛-柔耦合分析。甚至還可以做一些拓撲優化，讓機器手臂的樣子更具未來感。
展開 2024年RecurDyn優秀案例競賽作品分享：核探測機器人底盤設計與越障性能仿真驗證
3.3 溝壑通過性能仿真分析
在跨越溝壑仿真過程中在同一路面設置了4個不同寬度值的溝壑以測量機器人所能跨越溝壑寬度的極值，由于路面設置多個不同寬度溝壑導致總路面長度較長，因此采用IF函數使得機器人快速到達溝壑位置，然后降速進行跨越溝壑仿真，其驅動函數為IF(TIME-5:0.95*pi,0.8*pi,0.7*pi)。具體跨越溝壑仿真過程如下圖3-10所示：
當機器人跨越溝壑寬度值在250mm范圍之內時仿真過程并未出現任何危險狀況，當溝壑寬度值大于250mm時仿真失敗，主要失敗原因包括機器人跨越溝壑時出現翻車與仿真求解超出限制。最終根據仿真結果得到機器人所能跨越溝壑寬度最大值為250mm，所需最大扭矩為36N.m左右，在跨越溝壑過程中線性彈簧阻尼器最大受力變化區間為100~920N，長度變形范圍為-6~10mm，機器人姿態角變化范圍在-20~3°之間，質心高度變化范圍隨著跨越溝壑的寬度增加而增加，最大相對變化高度為35mm。
四、結論
通過對機器人虛擬樣機模型的建立并施加相應的約束、接觸與驅動，對機器人進行了動力學仿真分析，仿真分析結果驗證了機器人整體結構設計的合理性以及底盤運動的穩定性，并對仿真結果與理論分析結果之間存在偏差的數據進行了詳細分析，通過對本章的動力學仿真分析進一步保證了機器人在工作中的穩定性，為實驗樣機的研制奠定了理論基礎。
作者：胡俊濤
展開 
設計仿真 | AI+仿真雙驅動！海克斯康領跑人形機器人研發
在當今科技飛速發展的時代，曾經只存在于科幻作品中的人形機器人正加速走進現實。海克斯康工業仿真軟件憑借其卓越的技術實力和豐富的行業經驗，正成為人形機器人研發領域不可或缺的助力。
人形機器人
邁向未來的智能新伙伴
人形機器人作為人工智能與機械工程的結晶，正迎來前所未有的發展機遇。隨著大語言模型的突破性進展，人形機器人的智能化程度顯著提高，其在工業生產、家庭服務、醫療護理、教育輔助等領域的應用前景廣闊。然而，人形機器人的研發面臨著諸多挑戰，如復雜的機械結構設計、高效的生物能量利用、人機共存的安全性等。海克斯康工業仿真軟件以其全面的動力學模型、結構設計優化、控制系統開發等功能，為解決這些挑戰提供了強大的技術支持。
技術傳承與創新
海克斯康工業仿真軟件
海克斯康工業仿真軟件始于1963年。多年來，海克斯康不斷拓展其技術邊界，構建了涵蓋多體動力學、結構NVH、非線性有限元、流固耦合、復合材料、聲學與噪聲等多個領域的仿真解決方案。旗下的Adams軟件作為虛擬樣機技術的杰出代表，提供了專業的多體動力學仿真技術，能夠幫助研發人員在無樣機階段對人形機器人的機械性能進行優化設計，快速實現控制策略檢測和模型迭代。
全方面解決方案
覆蓋人形機器人研發全流程
海克斯康工業仿真軟件為人形機器人研發提供了從概念設計到性能驗證的全流程解決方案。海克斯康工業軟件在人形機器人的主要應用點如下：
01
運動學、動力學仿真及載荷計算
Adams軟件能夠對人形機器人進行精確的運動學仿真，包括關節運動、步態規劃及平衡控制仿真等。通過建立人形機器人的多體動力學模型，研發人員可以詳細分析各關節的運動軌跡、速度和加速度，優化機器人的行走步態和動作流程，確保其運動的平穩性和靈活性。
展開 機器人工程：高效開發機器人和機器人系統
機器人工程方面的進步對于制造企業提高機器人采用率而言至關重要。
機器人工程構成了幾項前沿技術（人工智能、機器學習、傳感器、可編程邏輯控制器等），并且在平衡可靠性、可擴展性、安全性和能效這幾方面性能時，面臨著一些特有的挑戰。
完全依賴原型測試不僅耗時，而且也是成本無法允許的。仿真和測試解決方案為高效設計制造未來的機器人提供了幾項先進功能。
在本場宣教類網絡研討會中，機器人專家們將為大家演示使用跨領域解決方案的機器人工程最佳實踐。學習內容：
根據真實載荷評估機器人致動器的選型并通過軟件在環/硬件在環測試驗證可編程邏輯控制器的控制邏輯
驗證潛在功能環境中機器人操作手的工作包絡和性能
使用仿真、測試和物聯網執行資產健康情況監控
滿足更嚴苛的性能、可靠性、安全性和效率目標
機器人集成和調試
機器人集成和調試是開發階段至關重要的最后步驟。機器人集成或調試過程中的任何控制邏輯集成問題或自動化故障，其解決成本都極為高昂。系統設計師、制造商、集成商、供應商和最終用戶依賴虛擬建模和測試工具來應對機器人的復雜難題。
采用數字化雙胞胎方法可以盡早、在原型制造之前獲得機器人的性能見解。在本場網絡研討會中，您將了解到，從設計早期階段開始研究各個子系統之間的相互關系，可以消除機器人集成和調試過程中的系統或性能問題。
機器人結構分析
抬升重物的機器人和機器人系統必然會遭遇機械變形。機器人結構分析允許工程師以虛擬方式評估真實工作載荷下機械臂、關節和軸承上的應變。
從分析機器人操作手的運動學和動力學到改進其動力性能，甚至是開發具有無窮無盡種插件的模塊化系統，多物理場 CAE 仿真和測試工具可以提供能夠實現目標結果的實惠解決方案。
展開 基于MATLABPSimulink 的機器人運動學仿真
摘要 利用MATLABPSimulink 仿真軟件對機器人的運動學仿真進行研究,提出基于機構仿真工具SimMechanics 的運動學
仿真和基于MATLAB 函數的運動學仿真,并以平面兩關節機器人為例比較了各自的特點。這兩種仿真方法對于復雜多
關節機器人也同樣適用。
基于MATLABSimulink的機器人運動學仿真.pdf
三維工廠仿真軟件-離散物流機器人編程與PLC
在智能制造的發展進程中，3D仿真技術已經成為推動產業升級、優化生產流程的關鍵工具。其中，Visual Components軟件以其優異的表現和廣泛應用，成為了倍受諸多制造型企業青睞的三維工廠仿真與物流規劃解決方案。本文為您揭示其如何在離散物流仿真，機器人編程以及PLC調試等領域發揮關鍵作用。
● Visual Components——定義行業標準的3D制造模擬平臺
Visual Components作為一款專為制造業量身打造的仿真軟件，它不僅提供了直觀的三維環境以構建工廠布局、設備模型及物料流，更憑借其先進的算法和豐富的組件庫，使得用戶能夠輕松實現從概念到實施的無縫過渡。
● 機器人編程的藝術——離線編程與實時驗證
隨著工業機器人的廣泛應用，編程的速度與調試成為提升生產線靈活性的關鍵。Visual Components集成強大的機器人離線編程功能，允許用戶在無需實際機器人運行的情況下，直接在3D環境中完成程序設計、路徑規劃與動作優化。此功能不僅很大程度地提高了編程效率，還確保了生產安全，避免了因現場調試可能帶來的停機損失。同時，軟件支持與多種主流機器人品牌的無縫對接，實現程序的一鍵導入導出，進一步簡化了工作流程。
● PLC虛擬調試——打破物理邊界，加速系統集成
在復雜的自動化系統中，PLC（可編程邏輯控制器）的調試往往是一項耗時且風險較高的任務。Visual Components引入PLC虛擬調試功能，使工程師能夠在虛擬環境中對控制邏輯進行完整的功能測試與故障排查。通過模擬真實工況，軟件能夠準確反映出PLC程序在實際運行中的行為，顯著減少現場調試時間，降低硬件損壞風險，并確保控制系統與生產設備間的無縫集成。
展開 RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節機器人
包機器人研發中必須考慮控制動作的控制器、運動產生的振動、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驗來設計機器人，往往需要先制造出物理樣機后才能發現問題，這不僅會增加研發的時間成本，而且還可能會影響產品的質量。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，從而大幅降低研發的時間和成本。
ITRI成立于1973年，是一家技術研發機構，將RecurDyn的虛擬樣機技術應用于多關節機器人的開發過程中。ITRI利用RecurDyn可以設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，可以快速、高效地了解機器人各種姿態下的振動特性，降低了研發成本。
展開 RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節機器人
包機器人研發中必須考慮控制動作的控制器、運動產生的振動、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驗來設計機器人，往往需要先制造出物理樣機后才能發現問題，這不僅會增加研發的時間成本，而且還可能會影響產品的質量。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，從而大幅降低研發的時間和成本。
ITRI成立于1973年，是一家技術研發機構，將RecurDyn的虛擬樣機技術應用于多關節機器人的開發過程中。ITRI利用RecurDyn可以設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，可以快速、高效地了解機器人各種姿態下的振動特性，降低了研發成本。
展開 數控機床及機器人仿真解決方案
數字樣機技術可以驗證機器人中常用的機械傳動機構的傳動性能：
n 有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動等
n 鋼帶傳動裝置
（4）執行機構作業過程的能力驗證
工業機器人是一種生產設備，作業時一般需要有外圍設備完成一些輔助工作。單機形式工作的工業機器人如去鑄件飛邊、刮研、切削加工、焊接等機器人。
（5）驗證機器人的驅動方式和控制邏輯
數字樣機技術可以通過仿真驗證機器人在驅動方式的動作行為：
n 電動機驅動
n 液壓
n 氣動
資料分享 I 機器人/機械手模型、SolidWorks機械設計、運動仿真，限時領取！
小編為大家整理了一份資料合集，內容包含solidworks機械設計的基礎視頻、案例講解、運動仿真；工業機器人/機械手的模型、培訓教材、直播課程，免費分享給大家，希望對大家有幫助~
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【機器人仿真案例】基于RecurDyn Durability預測機器人夾爪疲勞壽命
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。
展開 Adams管路機器人仿真
Adams管路機器人仿真
本文通過Adams完成管路機器人建模及仿真，使其可以沿不同管徑的管路運動前進，從而實現管路的檢查及清理。
1.模型的建立
管路機器人主要是根據管路管徑的變化，調整支腿的姿態，使支腿時刻緊貼管內壁，然后實現前移。管理機器人的具體結構如下：
如上圖，機器人主要由前后各三個支腿組成，支腿邊緣各有一個驅動輪，同時為了使支腿實現運動以適應管壁，在支腿側邊添加可伸縮斜支撐。
Adams管路機器人仿真
Adams管路機器人仿真
本文通過Adams完成管路機器人建模及仿真，使其可以沿不同管徑的管路運動前進，從而實現管路的檢查及清理。
1.模型的建立
管路機器人主要是根據管路管徑的變化，調整支腿的姿態，使支腿時刻緊貼管內壁，然后實現前移。管理機器人的具體結構如下：
如上圖，機器人主要由前后各三個支腿組成，支腿邊緣各有一個驅動輪，同時為了使支腿實現運動以適應管壁，在支腿側邊添加可伸縮斜支撐。
