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类SCARA并联机器人综合了串联机器人与并联机器人的优缺点,可以实现动平台的连续回转、同时具有较小的设备安装空间小,工作空间较大。随着国家工业现代化的进一步发展和需求增加,越来越多的高强度,高精度,高清洁度要求的岗位会被工业机器人来取代,所以设计单位如何能在设计阶段就能评估出机器人的结构强度,并根据分析结果,对结构进行改进,降低机器人的质量和转动惯量,进一步提高机器人的工作速度和动力学特性,降低机器人的成本,对扩大类SCARA并联机器人应用范围具有十分重要的实际价值。
本文面向工程应用,以类SCARA并联机器人为背景,利用PRO/E建模软件建立了并联机器人的三维实体模型,然后利用有限元分析软件ANSYS作为分析工具,对并联机器人的机械臂连杆进行有限元静、模态和动态特性分析,并根据分析结果进行机身结构的改进设计。
首先,在对当前机器人机械臂连杆设计进行静力学分析的基础上,利用有限元分析结果,研究其应力分布,逐步对机械臂连杆进行结构上的改进,在满足使用机械强度的情况下,通过减小质量和调整质心位置的方法来减小机器人机械臂转动惯量。接着对机器人机械臂连杆在受载荷的情况下,计算了机器人机械臂的前十阶模态,并分析了各阶模态对所研究机械臂连杆的影响,避免其在运转过程中因为共振而导致的破坏。其次,机械臂连杆机构工作时实际上受到随时间变化的动载荷作用,柔性机构的动态应力是造成连杆破坏和功能失效的主要原因之一,运用ANSYS动力学分析模块对机械臂连杆进行动态强度可靠性分析,避免了在连杆破坏以前,因为动态应力过大而导致的塑性变形已经使机构丧失了设计功能。最后,通过运用有限元分析软件得到了机械臂连杆改进后的设计,极大地降低了机械臂连杆的质量和转动惯量,提高了类SCARA并联机器人机械臂的动力学特性。