探索 ANSYS Motion 在模拟机器人手臂装配动力学和优化其性能方面的强大功能。
了解 ANSYS Motion 及其功能
ANSYS Motion 是一款强大的仿真软件，可帮助工程师分析和预测机械系统（包括机械臂）的行为。利用 ANSYS Motion，工程师可以模拟机械臂的运动和动力学，全面了解机械臂在不同条件下的运动和响应。
ANSYS Motion 的一个关键优势在于它能精确建模和仿真机器人手臂各个组件（如关节、链接和致动器）之间错综复杂的相互作用。这项功能使工程师能够评估机械臂的性能，并确定任何可能需要改进的地方或问题。
此外，ANSYS Motion 还提供各种分析工具和功能，使工程师能够研究不同因素对机械臂性能的影响。这包括检查各种控制策略的效果、优化机械臂的轨迹以及评估其稳定性和安全性。
我们的机械臂采用了专门的设计，可通过与位于导轨上的块相连的线性致动器毫不费力地操纵物体。这种创新设计使机械臂能够通过组合块运动无缝操控物体。在本次演示中，机械臂将通过搬运 85 公斤的重物来展示其能力。
在 ANSYS Motion 中设计和构建机械臂模型
在 ANSYS Motion 中创建机械臂模型需要一个循序渐进的过程。首先，工程师必须收集机械臂的基本信息，如尺寸、材料和机械部件。这些数据是使用 ANSYS 3D 设计工具创建精确 3D 模型的基础。
创建三维模型后，工程师可以指定机械臂的运动结构，确定关节和连接的数量和类型，以及每个关节的运动范围。这样，ANSYS Motion 就能精确模拟手臂的运动和动态。
为了模拟三叉戟，我们使用一个固定关节来牢牢固定轨道。此外，还有三个平移关节使机械臂能够移动，以及六个模拟轴承在机械臂和整个系统之间建立连接的旋转关节。请参阅图 1，了解此设置的直观示意图。
图 1：机器人系统的关节定义
接下来，工程师需要定义机械臂的执行器（如电机或液压系统）及其相应的控制策略。这样，ANSYS Motion 就能模拟机械臂的执行和对控制输入的响应。
如图 2 所示，我们使用函数表达式来定义每个块的运动，这样就可以在笛卡尔空间中控制物体。
图 2：函数表达式定义
此外，如图 3 所示，模型还包括一个车身属性对象。与普通求解器相比，ANSYS Motion 提供的这一功能可以加快仿真速度。通过将体的定义从节点体改为模态体，求解器可对其作用域内的特定体执行模态分析。这种高效的多体动力学分析利用刚度信息来精确计算体上的应力和应变。
图 3：体属性对象定义
一旦定义了机械臂的运动结构和致动器，工程师就可以在 ANSYS Motion 中进行仿真，全面分析机械臂的性能。这种分析包括在各种操作场景下对其运动、力、扭矩和其他动态参数的评估。
应力、应变和变形结果可在时域中绘制，如下图动画 1 所示，以优化机械臂的性能。
动画 1：时域应力结果
如图 4 所示，可以分析三个执行器操纵物体所需的力，并绘制出选择执行器的图示。此外，还可以创建并绘制不同工作条件下的各种运动、力、扭矩和其他动态参数，以提高系统的有效性。
图 4：来自平移关节的力反作用力
根据仿真结果，工程师可以对设计进行修改或优化，以提高机械臂的性能。这种模拟和设计改进的迭代过程可帮助工程师创建符合所需性能标准的机械臂模型。
总之，在 ANSYS Motion 中设计和构建机械臂模型需要综合运用机械工程知识、仿真专长以及对机械臂预期应用和性能要求的理解。