弧焊机器人大臂结构模态分析.pdf

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1、第6期机械设计与制造2012年6月MachineryDesign&Manufacture151文章编号：1001—3997(2012)06—0151—02弧焊机器人大臂结构模态分析徐稀文平雪良陈鲁刚李巍(江南大学机械工程学院，无锡214122)(苏州平方实业有限公司，苏州215500)ModaIAnalysisforArc—WeldingRobot’SArmxuXi-wen，PINGXue-liang，CHENLu-gangI,LIWei(SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，W

2、uxi214122，China)(2SuzhouPingfangIndustrialCorporation．，Ltd，Suzhou215500，China)【摘要】弧焊机器人在工作过程中大臂可能会因受到冲击和振动而承受较大动栽荷，某种程度上会影响焊接精度，甚至导致大臂损坏。因此有必要对弧焊机器人的大臂进行模态分析，因为模态分析也是其它动力学分析的起点。依据参数化建模技术与有限元分析理论，首先建立机器人大臂的三维模型，再利用通用有限元分析软件ANSYS对已有仿形设计的弧焊机器人大臂模型进行模态分析，为后续大臂结构的改进及机器人控制方案的制定

3、提供了依据。关键词：机械臂；有限元法；模态分析【Abstract】Whileweldingrobotworks，itsarmmays．ffer~largedynamicstresscausedbyshockandvibration．Thesedynamicloadstosomeextentwillleadtolowerprecisionofwelding，orevenresultindamagetotherobotarm~Soitisnecessarytoapplymodalanalysistowardsrobotarm，meanwhil

4、emodalanalysisisthestartingpointofotherdynamicanalysis，Onthebasisofparametricmodelingtechniqueandfiniteelementanalysistheory，a3Dmodeloftherobotarmiscreatedfirstlyinit,afterwhichitpresentsamodalanalysisoftheimitationrobotarmbyfiniteelementanalysissoftwareANSYS．Theresuhsoft

5、hemodalanalysisprovideabasisforstructureimprovingandrobotmotioncontrolKeywords：RoboticArm；FiniteElementMethod；ModalAnalysis●卜．●1●1h-●1卜．●1●1●1●1r●1h1、●1●1·1●1-●1、h●●1n-●1n-，1●1r+1h-●1●●11r+1h，'、hr●●●101●1●1●1●1●1～●1●1n-●1h．●1●1●1中图分类号：TH16，TP242．3文献标识码：A1引言果引起系统振动的频率成分比较复

6、杂的话，系统一般会在最容易引起共振的频率上振动，而将其它频率过滤掉。在实际生产过程中，几乎所有的设备都处在振动环境，并以因此，当激振频率接近系统的固有频率引起共振时时，系统各自特有的形态进行着振动，这不仅有碍产品功能的发挥，而且的振幅将会非常大，将引发系统不稳定甚至导致结构破坏。因此还会损害操作者的身心健康，污染环境。该弧焊机器人是由许多在设计及实际生产过程中必须要避免共振现象的发生。结构形状复杂的零部件组成的系统，机械组成为串联悬臂结构，大臂为其主要的支撑部件，若大臂发生微小振动，则末端执行器2-2模态分析求解原理会有很大的位移响应，导

7、致焊接过程的不稳定，产生次品、废品，模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，它可以确甚至会使得焊接机器人故障损坏。为了能使焊接机器人安全可靠定结构的固有频率和振型等模态参数。对于一个N自由度系统，地进行焊接工作，必须保证机器人大臂具有良好的动态特性l11。针其通用的动力学方程为：对已有的仿形设计的弧焊机器人大臂，利用有限元软件ANSYSm[M]{￡7(f)}+[G]{tY(f))+[]{(￡)}_{f)}(1)中的模态分析功能，在设计过程中确定大臂的振动特性(频率响式中：[M]、[c]、[]—结构总质量矩阵、结构总阻尼矩阵、结构应和模态

8、)，以便于后续改进结构及调整机器人工作外部环境。同总刚度矩阵；{(￡)}、{(￡)}、{(t)f—结构加速度向量、速时模态分析也是其它动力学分析的起点。度向量、位移向量；{t)f—激振力向量同