[發明專利]軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法

在審

• 申請號: 202010895433.3
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112016233A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 呂清濤;姚佳佳;季松林
• 申請（專利權）人: 江蘇驃馬智能工業設計研究有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06T17/20;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 常州品益專利代理事務所(普通合伙) 32401
• 代理人: 張岳

1.一種軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S101：從設計圖中獲取軌道式巡檢機器人的驅動機構的驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的材料屬性與尺寸；

步驟S102：根據S101獲取的尺寸，利用三維建模軟件對驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌建立三維幾何模型并導入有限元軟件，然后對結構尺寸做參數化處理；

步驟S103：根據S101獲取的材料屬性，利用有限元軟件建立材料庫，同時建立備選材料的材料庫，然后對驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的幾何模型賦予材料屬性；

步驟S104：利用有限元軟件，對步驟S103的幾何模型建立邊界條件，并對關鍵位置的邊界條件做參數化處理；

步驟S105：利用有限元軟件，將步驟S104的三維幾何模型進行有限元網格劃分，使有限元網格模型的參數與驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的參數相匹配，得到驅動機構的有限元網格模型；

步驟S106：利用有限元軟件，對有限元網格模型做動力學分析，得到驅動機構的動力學分析結果；

步驟S107：判斷驅動機構的最大等效應力和最大變形結果是否符合預設條件，如果否，進入步驟S108；如果是，則結束；

步驟S108：更改有限元軟件中驅動機構的幾何尺寸和摩擦系數參數，同時考慮不同材料對結果的影響，從而對設計方案進行優化，返回步驟S106重新計算。

2.根據權利要求1所述的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于：步驟S101中，軌道式巡檢機器人的驅動機構的驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的材料屬性包括驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的密度、彈性模量、泊松比；驅動機構的驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的尺寸包括驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的長、寬、高與相關的關鍵部位尺寸與尺寸公差。

3.根據權利要求1所述的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于：步驟S102中，利用三維建模軟件對驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌建立三維幾何模型并導入有限元軟件，需要將三維軟件模型轉為中間格式的文件，再導入有限元軟件；對結構尺寸做參數化處理中的結構尺寸包括驅動輪組的主動輪和從動輪的外徑尺寸，齒輪組的軸徑尺寸，支架的長、寬、高尺寸，支架的立板、側板的長寬厚度尺寸，行走導軌的內槽長、寬和厚度的尺寸。

4.根據權利要求1所述的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于：步驟S103中，利用有限元軟件建立材料庫，同時建立備選材料的材料庫，如果有限元軟件中無所需的材料庫，就單獨建立材料庫，同時建立的備選材料庫是用于優化分析時對比不同的材料對結果的影響。

5.根據權利要求1所述的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于：步驟S104中，邊界條件包括外部的載荷和約束，外部載荷包括電機的驅動扭矩及巡檢機器人自身的重力，約束包括接觸關系和運動副關系；對關鍵位置的邊界條件做參數化處理，包括對驅動機構的驅動輪和導軌間的摩擦系數、齒輪組內部齒輪間的摩擦系數、電機減速器內部齒面的摩擦系數做參數化處理。

6.根據權利要求1所述的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，其特征在于：步驟S106中，對有限元網格模型做動力學分析，得到驅動機構的動力學分析結果，是根據輸入電機的扭矩外載荷和巡檢機器人自身重力的均布載荷，獲得軌道式巡檢機器人驅動機構的最大等效應力和最大變形結果。