用Adams多体仿真软件设计更出色的工业机器人-MSCSoftware.PDF

MSC 软件：用 Adams 多体仿真软件设计更出色的工业机器人 白皮书 用 Adams 多体仿真软件 设计更出色的工业机器人 白皮书 MSC 软件：用 Adams 多体仿真软件设计更出色的工业机器人 引言 由于工业机器人在速度、强度、精度及灵活性方面拥有诸多优势，例如可提高质量、降低生产成本，因 此被越来越多地用于各类应用中。新一代工业机器人的设计师面临着大量挑战，例如金属切削机器人， 受到很大的作用力，不仅要加快操作速度，还要保持定位精度并避免剧烈振动。随着机器人变得越来越 轻并且在较高的负载下工作，传统的机器人设计方法（包括采用方程式或软件对运动学及初级动力学进 行建模）会丧失其效用，这使得动态因素 （例如结构变形和齿轮啮合间隙）在机器人性能方面的重要性 与日俱增。 机器人设计师可采用 Adams 多体仿真（MBS）软件对整个机器人机构的瞬态动力学行为及控制算法进 行仿真，从而提高产品性能。Adams 不仅能通过运动学建模建立机器人的完整工作样机，还能对其所执 行的任务进行仿真，其中包括搬运、制造以及现实生活中的一切活动。这种方法使机器人设计师能够了 解零部件变形、接触力、摩擦力、齿轮啮合间隙、振动等因素，从而更精确地计算机器人的轨迹。在制 造样机之前，Adams 能对在任何操作情景下机器人的动力学性能进行准确的仿真和诊查，通过评估多种 不同的设计配置和控制算法，提升机器人的性能，同时缩短所需的实物试验时间，将机器人尽快推向市 场。 2 MSC 软件：用 Adams 多体仿真软件设计更出色的工业机器人 白皮书 机器人设计师面临提升性能的挑战 设计师需要用尽可能低的成本，获得尽可能高水准的速度、 准确度、耐用性及其他性能参数。能否赢得订单的差别往往 不过是速度上 5% 的优势，因此机器人设计师需要突破设 计过程的束缚。例如，机器人设计师可采用扭矩更高的电机 或者使用更轻的机械臂来缩短机器人到达其最终位置所需 可将 Adams 模型与控制系统模型进行协同仿真 的时间。 随着机器人设计师提升性能，机械臂及其他部件会弯曲至一 在机器人设计中，需要考虑的另一个动态效应的例子是电缆 定角度，因此在计算机器人到达指定位置所进行的关节运动 的管理和导引。最近，一些系统集成商将机器人单元中出现 时，这一变形就变得极为重要。更高的扭矩和更轻的机械臂 停机的头号原因归咎于电缆管理。传统的设计方法在样机测 也使得机器人更易出现振动，因此与以前相比，确定机器人 试阶段之前无法得知电缆变形的形状。 的固有频率并确保其远离机器人的所有工作频率就变得更 加关键。功率更大的机器人也会增加对机器人传动机构的需 Adams MBD 软件可在样机阶段之前预测机器人的动 求，这提升了齿轮敲击及啮合间隙等因素的重要性，并使轴 态性能 承设计变得更加重要。 但大多数机器人设计师仍然采用他们过去数十年一直沿用 Adams MBD 软件超越了传统的机器人设计工具，它提供了 的同一设计工具。他们通常采用运动学模型或简单动力学模 大位移动力学仿真功能，可全面捕获真实环境中的复杂性。 型相结合的轨迹规划器，确定末端执行器到达目标空间位置 Adams 可简化刚体与柔性体、齿轮、轴承、电机、关节及 所遵循的路径，同时在电机加速及减速阶段对平稳的连续运