An incremental finite element analysis of mechanisms and robots

Abstract

 In this paper, we present an incremental finite element method of analysis of mechanisms/robots. Our method is based on the idea to decompose any large displacement of a mechanism or robot arm in a series of successive small displacements, so small that the linear finite element method can be applied in their analysis between two successive positions. Evidently, at the end of any small displacement, the position of a deformed member of the mechanism gives us the initial conditions for the following small displacement. After presentation of all the theoretical background of the method, we illustrate it by application to the crank-slider mechanism and to the four-bar-linkage mechanism.

Zusammenfassung

 In diesem Beitrag wird eine Inkrementale Finite Elemente Methode (FEM) für die Analyse von Mechanismen und Robotern vorgestellt. Die Methode basiert auf der Vorstellung, eine größere Bewegung in sukzessive kleinere Bewegungen (Schritte) zu zerlegen, so daß die lineare FEM Theorie in jedem Schritt gültig ist. Am Ende jeden Bewegungschritts Liegen alle Zustandvariablen des erfolgten Schritts des Mechanismusses vor, unter gleichzeitiger Festlegung der Anfangsbedingungen des nächsten Schritts. In dem Aufsatz werden zunächst die theoretischen Grundlagen der Methode dargestellt, und die Methode wird anschließend durch Anwendungsbeispiele (Pleuelstange) erläutert.