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柔性机器人系统动力学是机械动力学研究领域的重要课题,其中动力学分析是关键问题,仿真分析软件是研究柔性机器人的重要手段,因此开发高效的动力学仿真软件对理论研究和工程应用都有十分重要的意义。而要完全重新开发这样的仿真软件涉及的工作量非常大,因此充分利用已有的通用软件进行二次开发是一种比较好的解决方案。国际著名的多体动力学仿真软件LMSVirtual.Labmotion可以进行刚性机器人系统仿真,但在弹性分析方面的功能不强。ANSYS是著名的有限元分析软件,主要用于弹性结构分析,但不能直接进行机器人系统动力学仿真。本文结合LMSVirtual.Labmotion和ANSYS开发出了柔性机器人仿真系统,本系统主要包括以下几个方面:
第一,刚性机器人系统的建模及其装配。主要是利用VBScript语言对LMSVirtual.Lab进行二次开发,使得通过LMSVirtual.Lab的工具栏就能够自动完成刚性机器人系统的建模和装配。
第二,柔性机械臂、柔性关节的建模及其中性文件的自动生成。主要是利用UIDL和APDL语言在ANSYS中进行二次开发,使得通过ANSYS主菜单就能够自动创建柔性机械臂和柔性关节,并且自动生成中性文件。
第三,柔性机器人系统模型的自动生成。本系统在用柔性机械臂或者柔性关节的中性文件生成机器人系统的柔性机械臂或者柔性关节时,系统能够自动搜索到约束节点,生成柔性机器人系统模型。
第四,柔性机器人的仿真分析。这部分包括Craig-Bampton工况的创建及其模态求解、系统的求解,数据后处理等几个部分。用户只需要输入模态求解的阶数,系统求解的时间及步长,系统就能自动进行求解。
本文最后通过平面两柔性臂机器人,平面三柔性臂机器人和空间四柔性臂机器人的实例说明了此系统的有效性和优越性。