基于solidworkssimulation洁净机械手机身振动特性研究

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1、基于SolidWorksSimulation洁净机械手机身振动特性研究摘要：利用SolidWorks和SolidWorksSimulation软件对洁净机械手进行三维实体建模与动态特性分析。通过结构优化，改变了洁净机械手的低阶固有频率，避免了共振的产生。通过改变洁净机械手的振型，提高了洁净机械手取放工件的搬运精度，为结构的改进提供了可靠的参考依据。关键词：洁净机械手模态中图分类号：TQ051文献标识码：A文章编号：1674-098X(2013)04(b)-0250-02半导体制造行业在我国的迅速发展，设备的自动化程度也越来越高。现代

2、化的设备常常配置有洁净机械手，以提高生产效率。洁净机械手是为半导体生产自动化专门配备的机械手，它可以在保证产品质量、改善劳动条件、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。在实际工作过程中，洁净机械手在低频率下会产生剧烈的振动，影响洁净机械手的工作可靠性，容易产生因洁净机械手的误操作而使被取工件报废等事故。因此，降低洁净机械手的低频振动，对提高生产效率和稳定产品质量有着极其重要的作用。本文在分析某洁净机械手取放工件特性的基础上，结合其本身的结构特点，优化其动力特性，以期提高取放工件的定位精度。鉴于洁净机械手的取放工件定

3、位精度与机身振动特性在实际产品开发中的重要作用，很多单位和学者对其展开了研究。谢志江［1］通过对搬运机械手进行三维实体建模与动静态特性分析和优化，提高了机械手的低阶固有频率，避免了共振的产生，此方法缺乏对实践工艺的分析。李志刚［2］通过对机械手进行模态、谐响应等分析，并针对实际工况分析瞬态动力学特性，其方法复杂，不便于产品开发实践。在洁净机械手的产品开发中，由于受外形尺寸、洁净度要求、刚度要求、元器件尺寸等因素的限制，产品设计难度大，所以需要一种适合于洁净机械手机身振动特性分析方法，提高其取放工件的定位精度。本文以机械振动学为理论基

4、础，基于SolidWorksSimulation软件，建立了洁净机械手机身模型，分析了洁净机械手振动模态与结构的规律，为洁净机械手振动控制建立了理论依据。1机械振动学理论基础及软件介绍1.1机械振动学理论基础每种结构都有它固有的振动频率，称之为共振频率。这样的频率都和特定形式的振动联系在一起。当某一结构的共振频率被激活时，将表现出一种振动的形态，称之为振动模SolidWorksSimulation［3］与SolidWorks完全集成的设计分析系统。SolidWorksSimulation提供了应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优

5、化分析等解决方案。所涉及的内容有线性静态、频率、动态等分析。该软件采用了有限元方法（FEM）。FEM是一种用于分析工程设计的数字方法。FEM由于其通用性适合使用计算机来实现，因此已被公认为标准的分析方法。2洁净机械手机身振动特性分析2.1洁净机械手机身模型洁净机械手是一个比较复杂的结构，建模时应尽量简化模型的规模，如管线、螺钉、倒角等对分析影响不大的部件或特征都可被忽略掉［4-5］o洁净机械手主要由手臂、手指、手指左末端和手指右末端组成。在SolidWorks软件中建立模型，简化模型如图1所示。材料选用6061铝合金，其弹性模量E=

6、69GPa,泊松比u=0.33,密度P=2700kg/m3o实体转化为有限元模型后，采用网格自由划分，共含有54546个节点和29689个单元（如图1）。2.2洁净机械手模态分析对产品进行模态分析，是产品新研制中不可缺少的重要步骤［6］。通过对洁净机械手进行前5阶的模态分析，获得前5阶固有频率及振型，如表1所示。洁净机械手第4阶振型图，如图2所示。固有频率和振型是机械结构的固有特征，而低阶固有频率，尤其是前5阶固有频率决定了结构的刚度。因此，固有频率应尽可能地避开工作频率，避免共振的产生，提高结构的刚度[7-8]o机械手由伺服电机驱

7、动，电机直接安装在转轴上，因此，当电机高速运转时，对机械手的激励作用是不可忽视的.设为激振频率；为电机转；为上下浮动误差，电机的激振频率可由下式求得：(3)由模态分析可知，机械手的第4阶固有频率为161.49Hz,接近电机的激振频率，会发生共振。参考图2,导致洁净机械手抓取物体时手指左末端局部和手指右末端局部，不能同时吸附上侧工件，导致定位不准确，严重影响了定位精度。因此，有必要对该结构进行优化，改变其低阶固有频率以避免工作时产生共振。2.3洁净机械手优化设计及分析通过对洁净机械手结构进行优化，改变其振动特性，再次对洁净机械手进行模

8、态分析,获得前5阶固有频率及振型,如表2所示。洁净机械手第4阶振型图，如图3所示。由结构优化后的模态分析可知，机械手的第4阶固有频率为143.38Hz,远离电机的激振频率，不会发生共振，参考图3,洁净机械手抓取物体时手指右末端局部振动