一种室内救火机器人支架的受力分析方法

摘要

本发明属于机器人技术领域，具体为一种室内救火机器人支架的受力分析方法，包括如下步骤：步骤1：将各杆件由实体转化为梁单元，并进行网格划分；步骤2：经转换后在静力学分析软件中搭建支架的仿真模型；步骤3：以典型工况的受力情况作为输入，进行ansys仿真,得到不同设计方案的应力分析图和变形图；其结构合理，本发明利用静力学分析一种室内救火机器人支架的受力情况，综合比较多种方案，从设计初期即可得到相对性能更好的支架设计方案,避免在后续耐久试验中出现大量因前期选型不合理而导致的二次设计。

说明书

技术领域

本发明型涉及机器人技术领域，具体为一种室内救火机器人支架的受力分析方法。

背景技术

为了解决现有的救火机器人在室内难以发挥作用的问题，应设计一种专门应用于室内的救火机器人，其应该具有体积小、行动灵敏等特点，因此机器人应该告别拖曳水管式灭火，改配置灭火器进行灭火，这就要求室内救火机器人加装一款耐高温、轻量化的固定支架以配合灭火器及相关设备的固定及安装。同时，该支架应具有良好的力学性能，可以提供足够的强度和刚度，以抵抗救火机器人行驶中遇到的冲击和振动。但当前国内对管架的选择主要是根据经验及市场进行类似载荷的对比和分析，并根据试验进行验证及调整。该方法不仅验证周期较长，而且成本较高，所以在设计初期计算出合适的载荷尤为重要。

因此，如何对室内救火机器人的支架进行系统、可靠地受力分析是一个亟待解决的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种室内救火机器人支架的受力分析方法，能够实现在使用的过程中，通过比较不同的支架设计方案，得到相对应力较小、变形较小、质量较轻的最优方案。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种室内救火机器人支架的受力分析方法，其包括如下步骤：

步骤1：将各杆件由实体转化为梁单元，并进行网格划分；

步骤2：经转换后在静力学分析软件中搭建支架的仿真模型；

步骤3：以典型工况的受力情况作为输入，进行ansys仿真,得到不同设计方案的应力分析图和变形图。

作为本发明所述的一种室内救火机器人支架的受力分析方法的一种优选方案，其中：在ansys仿真中选用梁单元网格划分，简化了网格，同时梁单元的网格适用于各种杆件的受力分析，准确度更高、应用性更强；在网格划分较为粗糙的情况下，采用梁单元建模无论是位移还是应力均得到了很好的解答。如无特别的必要，对于细长结构还是应尽量采用梁单元来模拟，不但计算成本低，而且计算精度高。

作为本发明所述的一种室内救火机器人支架的受力分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤2需根据布置需求和设计定义，确定各杆件的尺寸及节点坐标，并输入系统中各关键参数，建立支架模型。

作为本发明所述的一种室内救火机器人支架的受力分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤3中设计了三种不同的杆件模型方案，有利于综合比较，分析更加直观。

作为本发明所述的一种室内救火机器人支架的受力分析方法的一种优选方案，其中：将各杆件由实体模型转化为有限网格单元后，依据杆件的材料属性赋予网格单元材料属性即可得到杆件的基础模型，再将基础模型保存为静力学仿真软件可读的中性文件；综合机器人支架对于强度、刚度、防火性的要求，以及对于成本的考虑，杆件材料选择喷涂防火图层的优质钢性材料。

作为本发明所述的一种室内救火机器人支架的受力分析方法的一种优选方案，其中：受力分析工况为：分别固定支架底部左侧、右侧的节点，同时对于支架的前侧四个节点施加载荷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用静力学分析一种室内救火机器人支架的受力情况，综合比较多种方案，从设计初期即可得到相对性能更好的支架设计方案,避免在后续耐久试验中出现大量因前期选型不合理而导致的二次设计；同时，因支架设计有了受力分析的理论依据，也可避免过度设计,降低整车成本。另外,本发明流程清晰,可行性高,具有实际应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明方案(a)受力分析结构示意图；

图2为本发明方案(b)受力分析结构示意图；

图3为本发明方案(c)受力分析结构示意图；

图4为本发明步骤流程结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

一种室内救火机器人支架的受力分析方法，其包括如下步骤：

步骤1：将各杆件由实体转化为梁单元，并进行网格划分；

步骤2：经转换后在静力学分析软件中搭建支架的仿真模型；

步骤3：以典型工况的受力情况作为输入，进行ansys仿真,得到不同设计方案的应力分析图和变形图。

其中：在ansys仿真中选用梁单元网格划分，简化了网格，同时梁单元的网格适用于各种杆件的受力分析，准确度更高、应用性更强；在网格划分较为粗糙的情况下，采用梁单元建模无论是位移还是应力均得到了很好的解答。如无特别的必要，对于细长结构还是应尽量采用梁单元来模拟，不但计算成本低，而且计算精度高。

其中：所述步骤2需根据布置需求和设计定义，确定各杆件的尺寸及节点坐标，并输入系统中各关键参数，建立支架模型。

其中：所述步骤3中设计了三种不同的杆件模型方案，三种方案分别为方案(a)、方案(b)、方案(c)，有利于综合比较，分析更加直观。

其中：将各杆件由实体模型转化为有限网格单元后，依据杆件的材料属性赋予网格单元材料属性即可得到杆件的基础模型，再将基础模型保存为静力学仿真软件可读的中性文件；综合机器人支架对于强度、刚度、防火性的要求，以及对于成本的考虑，杆件材料选择喷涂防火图层的优质钢性材料。

其中：受力分析工况为：分别固定支架底部左侧、右侧的节点，同时对于支架的前侧四个节点施加载荷。

综合比较三种方案，方案(b)杆件变形小，应力相对较小，应力集中情况不明显，应以方案(b)作为最优方案。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。