【机器人仿真案例】基于RecurDyn Durability预测机器人夹爪疲劳寿命

案例概要

产品：机器人夹爪

分析目标：预测夹爪机构薄弱部位的疲劳寿命

半导体制造工艺需要处理大批量作业任务，这推动了专用机器人及各类自动化技术的发展，其中包括自主移动机器人（AMR）。半导体专用机器人夹爪的一个核心特性是：以极小接触面积抓取物件，从而满足洁净室的洁净度要求。因此，夹爪在结构上受到诸多限制，同时相较于其机械结构尺寸，还需承载相对较重的物件。此外，为满足运输产能需求，上下料作业需每日重复执行数千次。

本案例基于多体动力学模型，对一款面向半导体物料搬运研发的专用机器人夹爪进行夹持力预测分析。同时，采用多柔体动力学（MFBD）技术开展耐久性分析，预测高应力区域的疲劳失效风险。通过该方法，可精准评估夹爪机构内部易损部件的使用寿命。

分析流程

①　基于3D设计模型，构建机器人夹爪动力学模型；

②　输入夹爪电机实际扭矩值，验证与数学模型的相关性；

③　建立对称化有限元模型，开展MFBD分析以完成应力评估；

④　基于MFBD分析得到的应力结果，进行耐久性分析；

⑤　分析并修正缺口系数，校正异常的疲劳寿命预测结果。

核心技术

n构建可还原夹爪实际结构与运动状态的动力学模型

n通过与实际模型对标，完成接触、摩擦、材料属性及输入载荷的相关性验证流程

n基于MFBD仿真结果开展应力导向型疲劳耐久性分析

n选用适配的缺口系数，保障耐久性分析可靠性

n基于应力频次分析制定结构设计方案，对薄弱部位进行结构强化

使用工具

RecurDyn/Professional

RecurDyn/FFlex

RecurDyn/Durability

客户痛点

n新型机器人夹爪设计需开展夹持力分析；

n满足高负载需求的动应力分析；

n对设计寿命10年的机器人夹爪进行寿命预测；

n需获取耐久性分析数据。

解决方案

n基于运动学数据构建数值模型，并与多体动力学（MBD）结果对标，完成夹持力验证；

n采用MFBD技术，分析目标负载抓取及机器人运行过程中的应力与应变；

n运用应力导向型耐久性分析方法，通过调整缺口系数实现精准寿命预测。

项目成果

n获取了夹爪设计阶段所需夹持力分析的MBD数据；

n得到预设计夹爪的应力与应变结果，识别出结构薄弱区域；

n建立了可靠耐久性分析所需的缺口系数选用方法；

n完成新型夹爪预期寿命评估，并形成相应分析数据。

疲劳失效的预期发生位置与扩展方向