数値モデルによるリンク機構内の衝撃力同定
Impact Force Identification of Link Mechanisms by Using Numerical Models

Abstract


 現在,マニピュレータはその生産性を向上させるため,今まで以上に高速かつ安定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,機構が移動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,衝撃力解析手法の開発の一環として,衝突時に被接触物体を表現するための解析手法であるギャップ要素法を開発し,リンク機構の衝撃力同定に適用した.そして,実験値との比較を行うことで,ギャップ要素法を用いた手法の有効性について検証した.


In the case of a manipulator operating at a high speed, stresses within it may be of large values. The manipulator can also be subjected to an unexpected, exclusive reaction force due to a high-speed impact with other bodies. It is a major problem since the shock wave generated in such cases may damage the mechanism. In this study, the Finite Element Method (FEM) that can be used to analyze the shock wave generated within a link mechanism is developed. The gap-element method is also developed to simulate the impact phenomenon. In order to check the validity of the gap-element method, some numerical tests and experiments are performed and the results are compared. The results show that impact analyses considering member stiffness are possible. The peak values of shock waves obtained from numerical analyses are practically in good agreement with those of the experimental results.


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