有限要素法を用いたマニピュレータの衝撃解析
Impact analysis of a manipulator using FEM

Abstract


 現在,マニピュレータはその生産性を向上させるため,今まで以上に安定し高速に稼動することが求められている.マニピュレータが高速で稼動する際,内部に発生する応力は増大する.また,高速移動時は接触によって思わぬ反力を衝撃的に受ける.このような応力増大や衝撃力が発生した場合,部品破損や振動による制御の困難を招く可能性がある.
 これまでの研究では,マニピュレータやロボットといった能動的に変形する機構を完全剛体として扱うことが多く,それらが受ける衝撃に対し,機構の安全性を考慮した構造設計,姿勢決定,動作計画などについて議論されることは少なかった.今後,機構が動作することで発生する内力分布や,接触によって生じる衝撃力を設計段階で考慮することがますます重要になってくると考えられる.
 そこで本研究では,マニピュレータのような能動的に動作する機構に対し,動作や接触を行う際に発生する,変形量や衝撃力を解析する手法を開発した.本手法を用いて,マニピュレータをモデル化し,壁との接触を行う際の衝撃解析を行った.


In case of a manipulator operating at a high speed, a consideration of the performance of a drive system such as an actuator is very important. However, the shock wave generated in the mechanism also becomes an important problem to prevent the destruction of itself. In this paper, a scheme for analyzing the shock wave generated in a manipulator is developed by using the Finite Element Method (FEM). In order to check the validity of the scheme, some impact analyses are carried out on a simple model. Then the shock wave in a manipulator, which actively deforms its form, is analyzed.


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