模态频率响应分析为单身的一部分Kinova Gen3机械手臂
这个例子展示了如何分析的肩膀链接Kinova®Gen3超轻型机械臂可能在压力下变形。
机械臂执行精确的操作在各种各样的应用程序从工厂自动化医疗手术。通常,机械手臂由几个链接连接在一个串行链,与基础连接到桌面或地面和末端执行器附加提示。这些链接必须结构强烈避免振动时转子正有一个负载。
加载机械手臂的技巧每个链接的关节造成压力。压力的方向取决于负载的方向。
这个例子计算变形的肩膀链接应用压力下进行模态分析,频率响应分析模拟。你可以找到helper函数animateSixLinkModes.m和几何图形文件Gen3Shoulder.stl下matlab / R20XXx / / pde的主要例子。
模态分析
假设机械臂的一端是固定的,找到自然的固有频率和振型。
创建一个结构模型进行模态分析。
模型= createpde (“结构”,“modal-solid”);
要执行无约束结构的模态分析,您必须指定几何、网格和材料属性。首先,导入的几何的肩膀机械手臂的一部分。
importGeometry(模型,“Gen3Shoulder.stl”);
生成一个网格。
generateMesh(模型);pdemesh(模型)
指定杨氏模量、泊松比和材料的质量密度一致的单位。通常,使用的材料是碳纤维增强塑料的链接。假定材料是均匀的。
E = 1.5 e11;ν= 0.3;ρ= 2000;structuralProperties(模型,“YoungsModulus”,E,…“PoissonsRatio”ν,…“MassDensity”,ρ);
识别面孔应用边界约束和载荷通过绘制的几何面标签。
图pdegplot(模型,“FaceLabels”,“上”)视图([1 - 2])标题(“肩膀把几何与脸标签”)
肩膀链接是固定的一端(面对3)和连接到一个移动连接的另一端(面对4)。应用固定边界条件在面对3。
structuralBC(模型,“脸”3,“约束”,“固定”);
解决模型选择的频率范围。指定频率下限低于零,这样所有模式和频率接近于零的水平,如果有的话)出现在解决方案。
射频=解决(模型,“FrequencyRange”[10000]* 2 *π);
默认情况下,解算器返回圆频率。
modeID = 1:元素个数(RF.NaturalFrequencies);
表达赫兹的频率除以他们 。表中显示的频率。
tmodalResults =表(modeID。”, RF.NaturalFrequencies / 2 / pi);tmodalResults.Properties。VariableNames = {“模式”,“频率”};disp (tmodalResults);
模式频率___ _____ 1947.2 - 2 2662 9361 8037.1 7819.5 5112.6 4982.3 - 4 5 6 7
可视化模式形状的最好办法是动画各自的频率的简谐运动。的animateSixLinkModes函数的第一个六个模式。由此产生的情节显示领域的主要载荷变形。
图帧= animateSixLinkModes (RF);
播放动画,使用以下命令:
电影(图(“单位”、“规范化”,“outerposition”,[0 0 1 1]),框架,5、30)
频率响应分析
模拟的动态压力载荷作用下的肩膀,假设附加链接适用一个大小相等,方向相反的压力的半脸。分析点的频率响应和变形的脸。
首先,创建一个结构模型进行频率响应分析。
车型= createpde (“结构”,“frequency-solid”);
进口相同的几何的肩膀部分用于模态分析。
importGeometry(车型,“Gen3Shoulder.stl”);
生成一个网格。
网= generateMesh(车型);
指定杨氏模量、泊松比和质量密度。
structuralProperties(车型,“YoungsModulus”,E,…“PoissonsRatio”ν,…“MassDensity”,ρ);
肩膀链接是固定的一端(面对3)和连接到一个移动连接的另一端(面对4)。应用固定边界条件在面对3。
structuralBC(车型,“脸”3,“约束”,“固定”);
估计移动链接应用面临的压力4时手臂的负荷。这个图展示了两半脸中心4分的y协调。
使用pressFcnFR功能应用负载的边界面4。这个函数应用推动和扭转压力信号。推压组件是统一的。旋转组件应用左边正压和负压的右边脸上。的定义pressFcnFR功能,请参见压力函数部分这一页的底部。这个函数没有一个明确的对频率的依赖。因此,在频域,这种压力载荷作用在所有频率的解决方案。
structuralBoundaryLoad(车型,…“脸”4…“压力”,…@(地区、州)pressFcnFR(地区、州),…矢量化的,“上”);
解决方案的频率表定义为0到3500赫兹和200步。
弗利斯特雨= linspace(0、3500、200) * 2 *π;
解决使用模态频率响应的模型解算器通过指定对象的模型结果射频输入之一。
R =解决(车型、弗利斯特雨“ModalResults”、RF);
画出频率响应在一个点加载的脸。上的一点脸4位于最大负压加载(0.003;0.0436;0.1307)。插入这个点的位移和策划的结果。
queryPoint = (0.003;0.0436;0.1307);queryPointDisp = interpolateDisplacement (R, queryPoint);图绘制(R.SolutionFrequencies / 2π,abs (queryPointDisp.uy))标题(“横向位移加载脸上点”)包含(的频率(赫兹))ylabel (“Y-Displacement”)xlim ([3500 - 0.0000])
响应的峰值出现在2662赫兹,接近第二振动模式。一个较小的反应也发生在第一模式接近1947 Hz。
找到峰值响应频率索引使用马克斯函数有两个输出参数。第二个峰值频率的输出参数提供索引。
[M,我]= max (abs (queryPointDisp.uy))
M = 1.1256 e-04
我= 152
情节的变形峰值响应频率。主要应用加载,使其兴奋的开放模式和弯曲模式的肩膀。
RD =结构();RD.ux = R.Displacement.ux(:,我);RD.uy = R.Displacement.uy(:,我);RD.uz = R.Displacement.uz(:,我);图(“单位”,“归一化”,“outerposition”,(0 0 1 1));次要情节(2 2 1)pdeplot3D(车型,“ColorMapData”R.Displacement.ux(:我),…“变形”路,“DeformationScaleFactor”1);标题(“X-Displacement”次要情节(2,2,2)pdeplot3D(车型,“ColorMapData”R.Displacement.uy(:我),…“变形”路,“DeformationScaleFactor”1);标题(“Y-Displacement”次要情节(2,2,3)pdeplot3D(车型,“ColorMapData”R.Displacement.uz(:我),…“变形”路,“DeformationScaleFactor”1);标题(“Z-Displacement”次要情节(2,2,4)pdeplot3D(车型,“ColorMapData”R.Displacement.Magnitude(:我),…“变形”路,“DeformationScaleFactor”1);标题(“级”)
压力函数
定义一个函数的压力,pressFcnFR,计算和扭转压力信号。推压组件是统一的。扭压组件应用左边正压和负压右边的脸。扭转压力负荷增加的值的抛物线分布最小点C正峰l和负峰R。扭曲的压力因素获得的抛物线分布pressFcnFR乘以一个正弦函数级的0.1 MPa。统一的推压力值是10 kPa。
函数p = pressFcnFR(地区,~)小气鬼=意味着(region.y);absMaxY = max (abs (region.y));scaleFactor = 0(大小(region.y));%找到点左边的id%和一半的脸%使用纵坐标值。leftHalfIdx =。y < =小气鬼;rightHalfIdx =。y > =小气鬼;%定义一个抛物线比例因子%为每个一半的脸。scaleFactor (leftHalfIdx) =…((region.y (leftHalfIdx) -小气鬼)/ absMaxY) ^ 2;scaleFactor (rightHalfIdx) =…- ((region.y (rightHalfIdx) -小气鬼)/ absMaxY) ^ 2;p = 10 e3 + 0.1 e6 * scaleFactor;结束
