RecurDyn成功案例：基于仿真设计的多关节机器人

包机器人研发中必须考虑控制动作的控制器、运动产生的振动、各个部件的刚度以及机器人所用马达的惯性比等多种因素。使用“试错（trial and error）”方式或者直接依靠经验来设计机器人，往往需要先制造出物理样机后才能发现问题，这不仅会增加研发的时间成本，而且还可能会影响产品的质量。借助仿真方法，可以在物理样机制造之前，对机器人的重要部件进行早期评估和检查，从而大幅降低研发的时间和成本。

ITRI成立于1973年，是一家技术研发机构，将RecurDyn的虚拟样机技术应用于多关节机器人的开发过程中。ITRI利用RecurDyn可以设计控制机器人运动的控制器，包括电机、轴承和减速器等各种机器人的部件。此外，通过RecurDyn的柔性体建模技术，可以快速、高效地了解机器人各种姿态下的振动特性，降低了研发成本。

▎仿真过程

•  使用 Joint, Bushing, Coupler, Beam force 等构建能快速仿真的刚体模型

   - 使用Beam force对Bolt连接部位进行建模，Beam force不仅可以快速进行仿真，还能考虑连接处的刚度系数

   -使用Coupler进行减速器的建模，同时利用Bushing 固定减速器主体从而定义其扭转刚度

•  利用 CoLink 对控制机器人动作的控制器进行建模，并进行 RecurDyn 的刚体模型和 CoLink 的联合仿真

• 将部分体模型柔性化变为柔性体，对主体变形引起的振动进行仿真

• 利用包含Eigen Analysis在内的Scenario Analysis，预测机器人运动过程中各种姿态下的固有振动模态

▎关键仿真技术

•借助逆向动力学技术(Inverse Kinematics)，来预测机器人的运动路径

•利用ParametricModeling参数化建模功能，可以轻松地调整控制器的PID增益值

•不仅可以考虑正态模态，还可以考虑轴承连接位置处节点的约束模态(Reduced Flex)

•借助Scenario Analysis技术，可以根据机器人的运动轻松计算多种姿势的固有振动模态

▎工具包

•  RecurDyn/Professional

•  RecurDyn/FFlex

•  RecurDyn/Linear

•  RecurDyn/CoLink

▎工程问题

•能快速验证机器人能否执行所需动作的方法

•高效的确定适合机器人驱动的轴承、电动机和减速器规格的方法

•随机器人姿态发生变化的振动特性难以确定

•在试生产之前难以设计控制器

▎解决方案

•借助逆向动力学预测并确认机器人的运动范围

•通过RecurDyn模型获得设计所需的数据，如扭矩和刚度

•利用RecurDynMFBD技术准确预测机器人的振动特性

•基于RecurDyn模型代替物理样机设计控制器

▎结论

•利用虚拟模型快速设计控制器，无需借助物理样机即可控制机器人的行为

•通过仿真获得机器人运动所需的数据，包括电机功率、轴承刚度等

•减少对各种设计进行定量评估所需的时间和成本

•通过可视化分析结果(如固有振动模式的动画)获得设计改进方案

▎其他应用场景

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