相关焊接机器人大臂有限元分析及拓扑优化

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1、第1l期组合机床与自动化加工技术No．112014年l1月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueNov．2014文章编号：1001—2265(2014)11—0063—02DO]：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．11．017焊接机器人大臂有限元分析及拓扑优化木李清伟(徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州221008)摘要：采用有限元分析软件ANSYS对焊接机器人大臂进行静力学和模态分析，得到大臂在最危险工况下的应力变化特性和固有频率及其对应振型，了解了大臂结构的薄弱环节，并对大臂进行拓扑优化设计，根据拓扑优化结

2、果建立新的大臂结构，对最优结构的强度校核证明了设计方案的可用性与有效性。关键词：ANSYS；静力学分析；模态分析；拓扑优化中图分类号：TH132；TG65文献标识码：ATheFiniteElementAnalysisandTopologicalOptimizationDesignforWeldingRobot’SArmLIQing—wei(CollegeofMechineryandElectricityEngineering，XuzhouInstituteofTechnology，XuzhouJiangsu221008，China)Abstract：Thestaticanddynamiccha

3、racteristicsoftheweldingrobot’SarmwascarriedoutbyusingAN-SYSbasedonFEM，thestressdistributionandthenaturalfrequencywasobtainedforalimitposition．theweaklinksoftherobot’Saimwasunderstood，andthenthetopologicaloptimizationwasappliedtotherobot台arnl，accordingtotheresultsofthetopologicaloptimization，thenewr

4、obotgarlTlwasestablished，thein—tensityoftheoptimalstructureprovesthedesignschemeeffectivelyandfeasibly．Keywords：ANSYS；staticsanalysis；modalanalysis；topologicaloptimization模软件Pro／E进行实体模型的建立。利用Pro／E快速O引言准确建模的优势，将Pro／E中建立好的三维模型通过焊接机器人大臂是连接腰座和小臂的重要组成部无缝接口导人到ANSYS软件中进行分析。在三维建分，也是影响焊接机器人定位精度的关键要素之一。目前模过程中

5、将一些不影响分析精度的特征如：圆角、倒大臂结构设计大多采用相似设计，没有合理科学的理论角、螺纹孑L等去除，节省计算资源。这是由于这些细小依据，设计出来的大臂，存在着不是局部结构太结实就是因素会使有限元的网格划分非常致密，很大程度上增局部结构的强度不够。用实验的方法去验证大臂结构设加了节点方程的个数，不仅增加了数据准备工作和计计的合理性，不仅整体开发周期长，而且成本也相应增算机求解时间，而且造成了单元形状的不理想，降低了加⋯。此外，大臂作为焊接机器人主要支撑部件，必须具求解精度。大臂三维实体模型如图1所示。备良好的动态特I生，这主要由于当大臂发生微小的振动，末端将产生很大的位移响应，导致焊接过程

6、不稳定，影响焊接质量，甚至会导致焊接机器人发生损坏。针对传统力学方法计算繁琐且精度较低的情况，文中采用有限单元法进行大臂的静动态特性分析。采用三维建模软件Pro／E对大臂进行建模，利用有限元分析软件ANSYS对大臂进行强度和刚度的校核，对大臂进行模态分析，并对大臂进行拓扑优化，使其在较轻质量下满足大臂对强度和刚度的要求。图1大臂三维实体模1大臂有限元模型建立1．2有限元模型的建立(1)单元选择：在拓扑优化中实体单元选择只有1．1实体模型的建立Solid92和Solid95单元，鉴于Solid95单元具有塑性、蠕鉴于ANSYS自带的建模功能比较弱，使用三维建变、大应变、大变形能力，文中使用Sol

7、id95单元。收稿日期：2014—02—28基金项目：江苏省产学研联合创新基金：前瞻性研究资助项目(BY2011123)作者简介：李清伟(197O一)，男，江苏丰县人，徐州工程学院副教授，硕士，主要从事机械设计理论及机器人方面的研究，(E—mail)LQW158958@163．eom。