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摘要: 應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件 RecurDyn 對(duì)四履帶足機(jī)器人進(jìn)行全三維建模及越障過(guò)程仿真,并分析了履帶機(jī)器人行走過(guò) 程 中 的 力 學(xué) 模 型,仿真 結(jié) 果 動(dòng) 態(tài),準(zhǔn)確的反映了四履帶足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的越障過(guò)程,驗(yàn)證了四履帶足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)較之雙履帶結(jié)構(gòu)形式出色的越障能力,體現(xiàn) 了 RecurDyn 軟件在履帶機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真分析方面的有效性和優(yōu)越性 。1. 引言2.

圖5-11 導(dǎo)入ADAMS的部件選擇 圖5-12 導(dǎo)入ADAMS的樣機(jī)模型 5.4 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.4.1 軌跡規(guī)劃 軌跡規(guī)劃即為求解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的過(guò)程。將機(jī)器人模型導(dǎo)入ADAMS后，首先是為機(jī)器人添加材料，本機(jī)器人結(jié)構(gòu)為鋁合金。

波士頓動(dòng)力，應(yīng)該是全世界，最知名的機(jī)器人公司了吧？其實(shí)他的機(jī)器人，也是一步步發(fā)展出來(lái)的。2009 PETMAN概念機(jī)，當(dāng)時(shí)只能左右晃動(dòng)，隨時(shí)跌倒的樣子，步行速度大概2公里每小時(shí)。

1正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析采用標(biāo)準(zhǔn)的D-h法進(jìn)行機(jī)械腿模型分析：D-h表如下（2）通過(guò)（1）求解出機(jī)器人各位姿變換矩陣后，求解機(jī)器人手臂變換矩陣。通過(guò)matlab 計(jì)算，寫(xiě)出機(jī)器人末端位置。

本案例基于多體動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)一款面向半導(dǎo)體物料搬運(yùn)研發(fā)的專(zhuān)用機(jī)器人夾爪進(jìn)行夾持力預(yù)測(cè)分析。同時(shí)，采用多柔體動(dòng)力學(xué)（MFBD）技術(shù)開(kāi)展耐久性分析，預(yù)測(cè)高應(yīng)力區(qū)域的疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)該方法，可精準(zhǔn)評(píng)估夾爪機(jī)構(gòu)內(nèi)部易損部件的使用壽命。

通過(guò)建立人形機(jī)器人的多體動(dòng)力學(xué)模型，研發(fā)人員可以詳細(xì)分析各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度，優(yōu)化機(jī)器人的行走步態(tài)和動(dòng)作流程，確保其運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈活性。Adams軟件還提供了強(qiáng)大的動(dòng)力學(xué)分析功能，能夠?qū)θ诵?em>機(jī)器人的各關(guān)節(jié)部件及連接進(jìn)行受力分析。

多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)器人也是我國(guó)研究較早的一項(xiàng)領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)的機(jī)器人有一個(gè)特點(diǎn)就是動(dòng)作非常的機(jī)械化，不夠靈敏。對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域熟悉的人都知道，機(jī)器人主要由機(jī)械部分、傳感部分和控制部分組成。而機(jī)械部分主要是剛性座、手部、腕部、臂部和3個(gè)關(guān)節(jié)組成，這些組成在一起就是一個(gè)剛性多體系統(tǒng)，剛性多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡和自由度有一定的局限性，所以導(dǎo)致機(jī)器人的動(dòng)作比較機(jī)械化。

為了讓機(jī)器人的工作表現(xiàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在設(shè)計(jì)階段就需要建立機(jī)器人的多體動(dòng)力學(xué)數(shù)字樣機(jī)，來(lái)評(píng)估機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。對(duì)于機(jī)器人整體，可以評(píng)估不同的控制策略；對(duì)于關(guān)鍵的承力部件，可以結(jié)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?fù)鋬?yōu)化，讓機(jī)器手臂的樣子更具未來(lái)感。 3、多體動(dòng)力學(xué)仿真在機(jī)器人設(shè)計(jì)中起什么作用？

</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)</strong></p><p>機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)器人開(kāi)發(fā)中的核心環(huán)節(jié)，其成功關(guān)鍵在于確保末端執(zhí)行器能夠可靠、精確且耐久地完成預(yù)定任務(wù)。

一般而言，機(jī)器人首先需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片具有更高的性能與更強(qiáng)的穩(wěn)定性。機(jī)器人的工作環(huán)境復(fù)雜，特別是當(dāng)其被應(yīng)用于工廠(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)中，有可能在高電壓、大電流的環(huán)境下工作，這對(duì)芯片本體的穩(wěn)定性將有更高要求。另外，機(jī)器人的關(guān)節(jié)要完成高轉(zhuǎn)速、頻繁的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高自由度，對(duì)于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)芯片的性能也有更高要求，如此可以更加快速準(zhǔn)確地完成轉(zhuǎn)矩的控制。

隨著工廠(chǎng)智能化轉(zhuǎn)型的深入，“無(wú)人工廠(chǎng)”、“黑燈工廠(chǎng)”不斷涌現(xiàn)，工廠(chǎng)車(chē)間“少人化”、“無(wú)人化”，取而代之的是大量工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，在此背景下，如何確保工業(yè)機(jī)器人空間位置精度，保障其準(zhǔn)確運(yùn)行變得十分關(guān)鍵。 工業(yè)機(jī)器人空間位置精度誤差主要分為運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差和動(dòng)力學(xué)誤差。

▎解決方案?使用專(zhuān)業(yè)的多體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)由多個(gè)部件組成的機(jī)械手進(jìn)行建模和動(dòng)力學(xué)仿真?多柔體動(dòng)力學(xué)是計(jì)算大變形線(xiàn)纜運(yùn)動(dòng)特性的必要手段?通過(guò)高精度的可視化和定量評(píng)估，可以檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械臂的軌跡?一種包含剛體和柔性體之間摩擦的接觸算法▎結(jié)論?MFBD模型準(zhǔn)確地再現(xiàn)了象鼻機(jī)器人機(jī)械手臂的動(dòng)力學(xué)行為?采用MFBD模型進(jìn)行優(yōu)化，使其工作區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍達(dá)到最大?計(jì)算了線(xiàn)纜承受的精確載荷

機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真按照運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的類(lèi)似步驟為機(jī)器人添加材料、運(yùn)動(dòng)副和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，給機(jī)器人手腕末端施加50N最大負(fù)載，仿真模型如圖5-17。

利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真以驗(yàn)證其越障性能。 利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得出了機(jī)器人在越障過(guò)程中質(zhì)心、速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等的變化。結(jié)果表明機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且擁有較好的越障通過(guò)性，尤其在翻越圓臺(tái)障礙時(shí)結(jié)果超出預(yù)設(shè)目標(biāo)。證明了機(jī)器人設(shè)計(jì)的可行性，為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制提供了理論依據(jù)。

▎解決方案 ?借助逆向動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)并確認(rèn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍?通過(guò)RecurDyn模型獲得設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)，如扭矩和剛度?利用RecurDynMFBD技術(shù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)器人的振動(dòng)特性?基于RecurDyn模型代替物理樣機(jī)設(shè)計(jì)控制器 ▎結(jié)論 ?利用虛擬模型快速設(shè)計(jì)控制器，無(wú)需借助物理樣機(jī)即可控制機(jī)器人的行為

▎解決方案 ?借助逆向動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)并確認(rèn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍?通過(guò)RecurDyn模型獲得設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)，如扭矩和剛度?利用RecurDynMFBD技術(shù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)器人的振動(dòng)特性?基于RecurDyn模型代替物理樣機(jī)設(shè)計(jì)控制器 ▎結(jié)論 ?利用虛擬模型快速設(shè)計(jì)控制器，無(wú)需借助物理樣機(jī)即可控制機(jī)器人的行為