基于元结构的机器人基座结构动态分析与优化.pdf

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1、第1O期组合机床与自动化加工技术NO．1O2014年l0月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueoct．2014文章编号：tO01—2265(2014)10—0030—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．10．009基于元结构的机器人基座结构动态分析与优化木蒋毅，郝凯强，平雪良(江南大学机械工程学院江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡214122)摘要：以四自由度直角机器人基座为研究对象，首先利用ANSYS软件对基座结构进行静力分析和模态分析，在此基础上引入了元结构

2、方法，并提取出基座的元结构单元。采用参数化设计方法，研究了元结构结构参数对其动态性能的影响规律。最后，在机器人基座结构基本尺寸不变的前提下，以固有频率和重量为优化目标，依据此规律提出若干结构优化方案，通过方案对比分析确定最终优化方案。优化后的基座基频得到较大幅度的提高，并且重量降低31．3％，改善了基座动态性能，节约了制造成本。关键词：机器人；元结构；模态分析；结构优化中图分类号_．TH165；TG502文献标识码：AStructuralDynamicAnalysisandOptimizationforRobotPedestalBasedonElementStruct

3、ureJIANGYi，HAOKai—qiang，PINGXue—liang(SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAdvancedFoodManufacturingEquipmentandTechnology，WuxiJiangsu214122，China)Abstract：StaticanalysisandmodalanalysisforpedestaloffourdegreesoffreedomCartesianrobotwascal"一fled

4、outwithANSYS．Thenelementstructureapproachwasapplied，andtheelementstructuralunitwasex—tracted．Theinfluenceoftheelementstructureparametersondynamicperformancewasstudiedbyusingpar—ametricdesignmethod．Severalstructureoptimizationprogramswereproposedalongwiththepremiseoffixedpedestaldimensio

5、n，aswellasthetargetofnaturalfrequencyandweightoptimization．Afinaloptimi—zationprogramwaschosen，bywhichthenaturalfrequencyofthepedestalissubstantialincreasedandtheweightisreducedashighas31．3％．Asaresult．thedynamicperformanceofthepedestalisimprovedandthemanufacturingcostisreduced．Keywords：

6、robot；elementstructure；modalanalysis；structuraloptimization新设计刮并辅以有限元对比设计。。J，在机床基座设0引言计中得到具有优良动态性能的支承件。在实际生产过程中，几乎所有的设备都以各自特有本文以四自由度直角搬运机器人基座的结构为的形态进行着振动，本文中的四自由度机器人为直角悬例，首先对基座进行了静刚度分析和模态分析，在此基臂结构，由三个直线运动轴和基座组成，其中基座为箱础上引入元结构方法，在保持基座整体结构尺寸不变式板焊接结构，它是该机器人的一个重要基础部件，起的情况下，通过研究基座内筋格的布局形式和尺寸对

7、着固定机器人和支撑悬臂等关键部件的作用。基座结固有频率的影响，从而得到较优的基座内部结构方案构的设计尺寸和布局形式，决定了其本身的各种动态特并确定最终的优化方案。性，若基座结构设计不合理，导致基座的刚度不足，产生1四自由度直角机器人基座结构分析各种变形、振动，则会影响到末端执行器的运动精度，导致运动过程的不稳定。所以要保证机器人具有良好的1．1机器人基座静刚度分析动态性能，必须首先保证基座具有良好的动态特性。本文研究的机器人基座总长1560mm，高因此，基座的动态特性分析显得尤为重要。1260mm，宽336mm，板厚度为12ram，内部为十字架结元结