Finite Element Modelling of Compact Gears Using Strain Measurements

• Main Author: Shah, Saujanya
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Avd.) 2020
• Subjects: Design of experiment for finite element analysis; grey-box modelling; scaling of stress; simulated and measured stress; Design av experiment för finita elementanalys; gråboxmodellering; skalning av spänning; simulerad och avmätt spänning; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-281777

Robot design and development has been the backbone of industrial automation and is in the forefront of accelerated development across all areas. Robot designers have been using simulations for reducing product development lead times. With growing demand for faster, precise and efficient robots, the requirements on computerized simulation for stress analysis has become stringent. While the product structure is mostly designed and developed from scratch, some components are sourced from suppliers, leaving a gap in the knowledge for modelling an entirety of a robot. This thesis applies a structured method to develop a grey-box model of the compact gears, which provides the robots its dexterity in a compact form factor. The method utilizes experimental strain measurements as a basis for building the model. Design of experiment is used as the guide for conducting FE analysis on robot links with unit load case, followed by scaling of stresses to actual load case. Simulated and measured stress plots are compared to conclude on optimum modelling approach. Further, the thesis proposes an alternative method for stress analysis of robot links by omitting the compact gear embodiment. While the method applies well on the robot links considered during the study, its validation across other links and robot architecture is yet to be performed. Finally, recommendations for implementation of proposed method and areas for expanding this thesis work are proposed. === Robotdesign har varit ryggraden inom industriell automation och är i framkanten av utvecklingen inom alla områden. Robotdesigners använder sig av simuleringar för att korta utvecklingstider. Med växande krav på snabbare, effektiva och noggranna robotar, har kraven på datorsimuleringar ökat. Medan huvuddelen av strukturen är utvecklad från grunden, är några komponenter köpta från leverantörer vilket skapar ett glapp i kunskapen för att kunna modellera en hel robot. Det här examensarbetet använder en strukturerad metod för att utveckla en "grey-box" modell av en kompaktväxel, vilken tillåter robotens mångsidighet i ett kompakt format. Metoden använder töjningsmätningar till grund för att bygga modellen. Experimentell design används som en guide för att utföra FE analyser på robotdelar med enhetslastfall, vilka skalas till verkliga lastfall. Simulerade och uppmätta spänningar jämförs för att optimera modelleringen. Det föreslås även en metod där kompaktväxlarna inte modelleras som solider. Metoden fungerar väl för robotarmar som ingick i denna studie, dock bör den verifieras på andra modeller och delar. Slutligen föreslås implementering av metoden som tagits fram i denna rapport samt ytterligare arbete för att verifiera metoden.