基于小六轴工业机器人的动力学仿真及结构优化设计

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随着工业自动化的快速发展,工业机器人已经成为现代工业的重要自动化装备之一。目前,工业机器人主要应用在汽车制造、集成电路、家用电器等行业。我国处于经济快速发展阶段,工业机器人的市场需求量很大,但由于国内机器人产品质量参差不齐,目前大部分工业机器人还是依靠进口。因此,自主研发工业机器人,掌握核心技术,对我国的工业发展和转型有着重大的意义。本文研究了工业机器人的动力学和结构设计的理论及实践,针对一台小六轴工业机器人进行了动力学仿真及结构优化设计,提高了其动力学性能。本文首先介绍了工业机器人的主要结构,并对各个零部件的结构设计提出设计建议;然后运用D-H方法,建立了机器人各轴的连杆坐标系。通过坐标系的变换,推导出机器人的运动学方程及其正反解,为机器人的路径规划提供理论基础。在现有模型的基础上,利用ADAMS软件对6轴工业机器人进行了动力学仿真,得出了在指定工况下,工业机器人各关节的驱动力矩曲线和受力曲线,为电机、减速器等关键零配件的选型以及工业机器人的本体结构分析提供了依据。针对工业机器人的本体结构设计,对机器人关键零部件进行分析简化,建立了有限元分析模型。利用ANSYS软件分析主要承载部件的应力应变分布,找出本体结构上的薄弱点,并对结构进行了优化设计,以减轻本体整体质量。最后还对机器人整机进行了模态分析,提取其前6阶固有频率和振型。通过对模态参数的分析,了解了整机的振动性能。同时对主要结构进行了优化,提高了固有频率,避开共振频率,有利于提高整机的抗振能力。本文计算结果表明,本文所建立的仿真模型合理,动力学分析结果与实际测试数据相符,优化效果明显,为工业机器人的结构设计和改进提供了新的方法。
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