案例分享-象鼻机器人机械手优化设计仿真

象鼻机器人通过模拟大象鼻子的外部形状及运动原理，具有良好的操控顺从性、高度的运动灵活性、优异的环境适应性，是无特定骨架的全柔性仿生机器人。设计完美的象鼻机器人能够举重若轻、姿态万千地平稳搬运重负载，正逐步向医疗、教育、家庭、服务等与人类生活更加密切的全新领域拓展，在智能社会中将扮演愈发重要的作用。象鼻机器人的研发过程中需要通过仿真验证进行设计方案的优选确认，下面我们一起来看看基于RecurDyn的象鼻机器人机械手优化设计仿真案例吧。

模拟无限自由度象鼻行为的象鼻机器人机械手由一组圆盘组成，圆盘中心与一根柔性轴联接，通过一组穿过圆盘的电缆进行控制。电缆的两端直接与电机相连。机械臂可连续运动，也可定制特定应用，比如进入危险区域。在该柔性机械臂优化设计时，需要研究的设计参数包括：缆绳张力、缆绳末端随时间的力、驱动机构所需的力、机器人的工作范围。

Customer Challenges面临的挑战

• 需要动态预测象鼻机械手的运动。

• 需要考虑缆绳在工作过程中的大变形和摩擦接触行为。

• 需要考虑机械手不同缆绳材料（尼龙、聚四氟乙烯）所对应的不同运动情况。

• 需要准确计算象鼻机械手的工作空间。

Solutions解决方案

• 采用专业软件RecurDyn对机械手的多体动力学仿真模型进行建模。 

• 采用RecurDyn的柔性多体动力学技术对缆绳的大变形行为进行仿真计算。 

• 采用RecurDyn精确地定量计算机械手的轨迹并全面地进行可视化查看。

• 采用RecurDyn适用于刚体与柔性体接触、摩擦的先进接触算法。

Process流程

① 建立象鼻机器人机械手柔性模型，包括圆盘、电缆、底座、柔性轴等零件。

② 通过用户自定义的运动对安装在象鼻底部的执行器和直流电机进行数学建模。

③ 研究机器人机械手在工作区域内可达到的运动范围。

④ 计算并比较不同材料缆绳（尼龙、聚四氟乙烯）工作过程的强度。

⑤ 计算工作过程缆绳承受的载荷。

⑥ 计算工作过程缆绳与圆盘接触相应的摩擦载荷。

Key Technologiesfor Analysis关键技术

-   考虑多个圆盘、电缆、底座、轴和直流电机的多体动力学专用机械模型。

-   考虑缆绳F-Flex Body大变形及强度的MFBD技术。

-   考虑柔性缆绳与刚体圆盘间的接触与摩擦效应。

Outcomes效果

-    MFBD模型准确地再现了象鼻机器人机械手的动力学行为。

-    采用MFBD模型进行优化，获得工作区域内的最大运动范围。

-    计算得到了缆绳承受的精确载荷。

-    选择了合适的电机和执行器。