(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211120186.5 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0七研 究所 地址 300131 天津市红桥区丁字沽一 号路 268号 (72)发明人 符传亮　 (74)专利代理 机构 天津中环 专利商标代理有限 公司 1210 5 专利代理师 王凤英 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护 套筒设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于测量机器人调平顶 杆的减振防护套筒设计方法。 该首先利用三维软 件构建减振防护套筒的三维模型； 接着利用 Hypermesh软件对减振防护套筒进行参数化建 模； 然后构建两级吸能盒的碰撞模 型并验证其可 靠性； 再构建优化数学模型确定两级吸能盒内芯 的具体参数； 最后验证减振防护套筒的强度。 该 方法通过设计两级吸能盒实现减振吸能的效果。 采用本方法设计的减振防护套筒结构简单， 制造 成本低， 具有较高的实际工程应用价值。 减振防 护套筒中的尺 寸参数通过优化模 型求得， 根据实 际使用情况可调整优化模型中的参数设置， 获取 匹配的尺寸参数。 该方法适用范围广， 优化收敛 速度快。 权利要求书3页 说明书6页 附图6页 CN 115270582 A 2022.11.01 CN 115270582 A 1.一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其特征在于， 所述设计方 法包括以下步骤： S1： 根据测量机器人调平机构中的调平顶杆结构尺寸， 构建所述减振 防护套筒的三维 模型； S2： 利用Hypermesh软件 对所述减 振防护套 筒进行参数化仿真 建模； S3： 确定所述减振 防护套筒结构的边界条件和载荷加载方式， 构建所述减振 防护套筒 碰撞模型， 并进行仿真计算， 得到 仿真碰撞计算结果； S4： 验证所述减 振防护套 筒碰撞模型的可靠性； S5： 分配所述减 振防护套 筒一级吸能盒和二级吸能盒的吸能指标； S6： 构建所述一级吸能盒和二级吸能盒结构优化数学模型， 以吸能盒内芯厚度尺寸为 设计变量， 以吸能指标为约束， 以质量最小为优化目标构建优化模型， 若 所述一级吸能盒和 二级吸能盒结构优化数学模型均能到 收敛的最优解， 则输出吸能盒内芯厚度尺寸， 得到一 级吸能盒和二级吸能盒结构； 反之， 则需要修改优化参数， 直至一级吸能盒和二级吸能盒优 化模型均能到收敛的最优解； S7： 对所述一级吸能盒和二级吸能盒进行静力学分析， 得出一级吸能盒和二级吸能盒 的应力云图； S8： 根据所述一级吸能盒和二级吸能盒在应力云图上显示静载荷下的最大应力， 判断 所述一级吸能盒和二级吸能盒的刚度和强度是否满足所设定阈值， 若其刚度和强度均满足 所设定阈值， 则输出所述一级吸能盒和 二级吸能盒的结构尺寸， 完成一级吸能盒和 二级吸 能盒结构设计； 反 之， 则返回到步骤S5， 重新分配一级吸能盒和二级吸能盒的吸能指标； S9： 根据所述一级吸能盒和二级吸能盒的结构尺寸， 设计所述减振防护套筒结构， 得到 符合设计要求的减 振防护套 筒。 2.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 所述减振防护套筒包括一级吸能盒、 一级吸能盒盖、 二级吸能盒和套筒； 所述一 级吸能盒固定在二级吸能盒顶部， 一级吸能盒盖固定在一级吸能盒上， 二级吸能盒侧 面与 所述套筒相固定， 套 筒底端侧面与所述调平 顶杆进行固定 。 3.根据权利要求2所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 所述减振防护套筒的一级吸能盒内芯设为规则 分布的内凹六边形， 二级吸能盒 内芯设为正六边形。 4.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 在对所述减振防护套筒进行参数化仿真建模过程中， 采用Hypermesh 软件中的PS HELL单元进 行建模， 并将所述减振防护套筒的一级吸能盒和二级吸能盒的内芯 厚度尺寸进行参数化。 5.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S 3中， 所述减振防护套筒 结构的边界条件为： 固定一级吸能盒和二级吸能盒 底面的六个自由度； 载荷加载 方式为： 刚性墙以416 0m/s速度向靠 近吸能盒方向移动。 6.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S4中， 所述验证所述减振防护套筒碰撞模 型的可靠性准则为： 若 所述减振防 护套筒仿 真碰撞计算结果中的沙漏能参数占碰撞所产生总能量的比值小于5%， 则说明构建权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270582 A 2的所述减振防护套筒碰撞模型可靠； 若所述减振防护套筒仿真碰撞计算结果中的沙漏能参 数占碰撞所产生总能量的比值大于等于5%， 则 说明碰撞仿真计算结果错误， 需要对所述减 振防护套 筒碰撞模型进行修改。 7.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S 5中， 所述减振防护套筒一级吸能盒和二级吸能盒的吸能指标分配原则为： 一级吸能盒的总吸能量为二级吸能盒的1/2倍； 一级吸能盒和二级吸能盒的总吸能量数值 表示为碰撞过程中冲击力与吸能块变形量的积分， 表达式如下： 式中，ETOTAL为一级吸能盒和二级吸能盒的总吸能量， 单位： KJ；  F(S)为冲击力与吸能块 变形量的函数； T为碰撞过程持续的时间， 单位： s。 8.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S6中， 一级吸能盒的结构优化数 学模型为： 式中，ETOTAL1为一级吸能盒的总吸能量， 单位： KJ； Eobj1为一级吸能盒的目标吸能值， 单 位： KJ；t1为一级吸能盒内芯厚度尺寸， 单位： mm； ｛ t10，t11，t12，t13，t14，t15，……t1n｝ 为一级吸 能盒内芯厚度尺寸的取值范围， 单位： mm； M1为一级吸能盒 的质量， 单位： kg； M1D为一级吸能 盒质量的下限， 单位： kg； M1U为一级吸能盒质量的上限， 单位： kg； ρ 为材 料密度， 单位： kg/m3； 二级吸能盒的结构优化数 学模型为： 式中，ETOTAL2为二级吸能盒的总吸能量， 单位： KJ； Eobj2为二级吸能盒的目标吸能值， 单 位： KJ；t2为二级吸能盒内芯厚度尺寸， 单位： mm； ｛ t20，t21，t22，t23，t24，t25，……t2n｝ 为二级吸 能盒内芯厚度尺寸的取值范围， 单位： mm； M2为二级吸能盒 的质量， 单位： kg； M2D为二级吸能 盒质量的下限， 单位： kg； M2U为二级吸能盒质量的上限， 单位： kg； ρ 为材 料密度， 单位： kg/m3； 若所述一级吸能盒和二级吸能盒结构优化数学模型不收敛， 则需要放宽相对收敛条 件， 增加相邻两迭代步之间目标函数相对变化 量的容忍度。 9.根据权利要求1所述的一种用于测量机器人调平顶杆的减振防护套筒设计方法， 其 特征在于， 步骤S7中， 所述对所述一级吸能盒和二级吸能盒进 行静力学分析的边界条件为： 固定一级吸能盒和二级吸能盒底面六个自由度； 一级吸能盒和二级吸能盒顶面载荷大小通权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270582 A 3