一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法技术

本发明专利技术公开了一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，包括：建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；建立ADAMS多刚体系统；确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，两种工况为搬运工况和挖掘工况；基于两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。还公开了对应的装置、电子设备，基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂。工作期间的实时力学分析提供了基础。力学分析提供了基础。力学分析提供了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法


[0001]本专利技术属于机器人力学分析
，尤其涉及一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法。

技术介绍

[0002]对于液压机械臂的力学分析是机器人设计以及机器人工作运行期间的必要环节，通常采用刚柔耦合分析方法，但是对于多个自由度和/或多个功能以及高负载的情况下，对液压机械臂进行刚柔耦合分析，理论上将机械臂整体柔性化处理得到的分析结果精确度最高，但这无疑会增加求解难度，极易导致分析失败，因此从计算效率上讲现有技术的刚柔耦合分析方法并不现实。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果获得，两种极端工况下三臂受力形式最为复杂、受力特点最为危险，而且局部应力梯度变化较大，在实际工作过程中容易产生疲劳破坏和开裂变形，由此确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂工作期间的实时力学分析提供了基础。
[0004]在ADAMS中创建柔性体通常有两种方法，一种是在ADAMS自带的“ADAMS/Flex”模块中创建柔性体，但基于这种方法建立的柔性体网格相对粗糙、过程比较繁琐易出错、计算精度低；而采用模态中性文件法可以有效解决网格精度低的问题，首先通过专业的有限元软件控制构件的网格划分精度，然后对其模态进行求解，并输出模态中性MNF文件(Modal Neutral File)，最后将该MNF文件导入ADAMS进行后续处理即可。
[0005]因此，本专利技术基于模态中性文件法利用HyperMesh“Radioss”模块求解模态中性文件，将对应的MNF文件导入ADAMS中进行刚柔耦合模型的创建
[0006]本专利技术一方面提供了一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，包括：
[0007]步骤1，建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；
[0008]步骤2，建立ADAMS多刚体系统；
[0009]步骤3，确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，所述两种工况为搬运工况和挖掘工况；
[0010]步骤4，基于所述两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。
[0011]优选的，所述步骤1包括：
[0012]步骤11，以igs格式将需要柔性化的部件模型导入HyperMesh；
[0013]步骤12，划分网格；
[0014]步骤13，定义材料属性，根据重新定义优化后三臂的材料属性以保证ADAMS 与HyperMesh数据交互时单位的一致；
[0015]步骤14，建立外连接点生成刚性单元，所述连接点是在柔性体导入ADAMS 后唯一可以被识别的节点，也是刚性体和柔性体间进行装配时的连接点；
[0016]步骤15，设置边界条件和控制卡片，提交Radioss求解MNF文件。
[0017]优选的，所述步骤12采用与静力学分析时相同的网格划分方式，在 HyperMesh中对优化后的三臂重新进行网格划分。
[0018]优选的，所述步骤14利用HyperMesh在优化后三臂各铰接点轴孔的圆心处建立连接点，并以连接点为主节点，轴孔内表面节点为从节点建立RBE2刚性单元，约束连接点的六个自由度。
[0019]优选的，所述步骤15设置后处理控制卡片包括：设置刚性节点为多点约束、定义模态综合法为约束模态、输出类型设置为MNF文件、变换柔性体单位与ADAMS 一致、调用模态综合法以及设置输出STRESS结果。
[0020]优选的，所述步骤2包括：
[0021]步骤21，进行Soilidworks实体建模，并以X_T格式导入ADAMS；
[0022]步骤22，建立ADAMS多刚体系统。
[0023]优选的，所述步骤3包括：
[0024]步骤31，在ADAMS中打开救援机械臂虚拟样机仿真模型，选定优化后三臂的刚体模型，通过“Make Flexible”命令将创建好的三臂柔性体MNF文件进行导入；
[0025]步骤32，成功导入后原三臂刚性体会自动被柔性体替换，将原三臂刚性体约束全部删除并重新对替换的柔性体进行约束；
[0026]步骤33，导入三臂柔性体进行替换并重新添加约束，得到优化后机械臂在搬运和挖掘工况下的刚柔耦合模型。
[0027]本专利技术的第二方面，提供一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析装置，包括：
[0028]模态中性MNF文件建立模块，用于建立柔性体模型从而获得模态中性MNF 文件；
[0029]ADAMS多刚体系统建立模块，用于建立ADAMS多刚体系统；
[0030]刚柔替换模块，用于确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，所述两种工况为搬运工况和挖掘工况；
[0031]仿真模块，用于基于所述两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。
[0032]本专利技术的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。
[0033]本专利技术的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。
[0034]本专利技术提供一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法、装置和电子设备，具有如下有益效果：
[0035]基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果获得，两种极端工况下三臂受力形式最为复杂、受力特点最为危险，而且局部应力梯度变化较大，在实际工作过程中
容易产生疲劳破坏和开裂变形，由此确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂工作期间的实时力学分析提供了基础。
附图说明
[0036]图1为本专利技术提供的多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法流程图。
[0037]图2为本专利技术提供的多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法优化后三臂HyperMesh中网格划分示意图。
[0038]图3为本专利技术提供的多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法优化后三臂各连接点创建后的示意图，其中图3(a)为正视剖面图；图3(b) 为侧视剖面图。
[0039]图4为本专利技术提供的多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法三臂柔性体替换示意图。
[0040]图5(a)为本专利技术提供的多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法搬运工况下机械臂刚柔耦合模型图。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，其特征在于，包括：步骤1，建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；步骤2，建立ADAMS多刚体系统；步骤3，确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，所述两种工况为搬运工况和挖掘工况；步骤4，基于所述两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。2.根据权利要求1所述的一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11，以igs格式将需要柔性化的部件模型导入HyperMesh；步骤12，划分网格；步骤13，定义材料属性，根据重新定义优化后三臂的材料属性以保证ADAMS与HyperMesh数据交互时单位的一致；步骤14，建立外连接点生成刚性单元，所述连接点是在柔性体导入ADAMS后唯一可以被识别的节点，也是刚性体和柔性体间进行装配时的连接点；步骤15，设置边界条件和控制卡片，提交Radioss求解MNF文件。3.根据权利要求2所述的一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，其特征在于，所述步骤12采用与静力学分析时相同的网格划分方式，在HyperMesh中对优化后的三臂重新进行网格划分。4.根据权利要求2所述的一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，其特征在于，所述步骤14利用HyperMesh在优化后三臂各铰接点轴孔的圆心处建立连接点，并以连接点为主节点，轴孔内表面节点为从节点建立RBE2刚性单元，约束连接点的六个自由度。5.根据权利要求2所述的一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，其特征在于，所述步骤15设置后处理控制卡片包括：设置刚性节点为多点约束、定义模态综合法为约束模态、输出类型设置为MNF文件、变换柔性体单位与ADAMS一致、调用模...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦绪坤，陈彤，张新，李兰芸，杨玲，宋黎，
申请(专利权)人：新兴际华集团有限公司，
类型：发明
国别省市：