產品：多軸機器人

分析目標：機器人控制器設計與零件規格確定

在工業機器人的開發中，有許多重要方面，例如:控制器、零件的剛性、運行過程中的振動以及驅動馬達的慣性比。如果機器人的設計只依賴試誤或經驗，那麼設計問題只能在原型機製作完成後才能發現。這可能導致開發週期長，產品品質低。在原型機製作之前透過模擬分析評估設計，可以大幅降低開發成本。成立於1973年的ITRI（工業技術研究院）在開發關節式機器人期間使用了 RecurDyn 進行虛擬原型設計。透過 RecurDyn，ITRI 能夠同時模擬機器人及其控制器。這使得控制器和機器人的各個元件（例如:馬達、軸承和減速器）的高效設計成為可能。此外，RecurDyn 的柔性體建模用於快速且有效率地進行不同姿勢下的振動分析，降低了傳統技術的開發成本。

流程

• 使用樑元素模擬螺栓，可以準確建模螺栓的剛性。
• 使用包含襯套元素來等效減速器的扭轉剛性。

關鍵分析技術

• 逆向運動學用於預測機器人的運動路徑。
• 參數化建模可輕鬆調整控制器的PID增益。
• 使用模態疊加的柔性體建模，包括介面點的正規模態和約束模態，用於連接軸承的節點。
• 在時域模擬的各個時間點上執行模態分析。

工具包

• RecurDyn / Professional
• RecurDyn / RFlex & RFlexGen/ Colink

客戶挑戰

• 快速驗證機器人是否能夠執行所需的運動。
• 快速確定適合機器人設計的軸承、馬達和減速器的規格。
• 難以預測隨機器人姿勢變化的振動特性。
• 在沒有實體原型的情況下設計機器人的運動控制器。

解決方案

• 使用逆向運動學預測機器人的活動範圍。
• 從 RecurDyn 模型中取得扭力和關節力等資料。
• 使用柔性體模型在模擬中準確預測機器人的自然振動模態。
• 使用RecurDyn模型作為受控體而非實體原型進行控制器設計。

成果

• 使用剛體模型模擬，快速設計控制器參數值，無需任何實體原型。
• 透過模擬獲得了適合機器人設計的馬達容量和軸承規格等數據。
• 透過對各種可能設計進行定量評估，降低了時間和成本。
• 視覺化模擬結果，如自然振動模態動畫，提供良好的設計指導。