平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)的綜合運(yùn)用，在眾多類型機(jī)器人中，平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人由于體積小、傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單，且在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)具有較大的柔性，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和應(yīng)用先進(jìn)的分析軟件，解決機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文以平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人樣機(jī)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化問(wèn)題。
　　首先，本文介紹了機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。包括機(jī)座、大臂、小臂、腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。
　　其次，運(yùn)用D-H方法，建

2、立了平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人連桿坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的正反解。應(yīng)用關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法，并借助MATLAB軟件對(duì)關(guān)節(jié)位移、速度、加速度進(jìn)行了軌跡仿真，機(jī)械手能由初始位置沿預(yù)定路徑到達(dá)目標(biāo)位置，各關(guān)節(jié)位置變化連續(xù)、平滑、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，均能滿足精度要求。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析方法，選擇拉格朗日法建立機(jī)器人的完整動(dòng)力學(xué)顯式方程，以最簡(jiǎn)單的形式分析復(fù)雜的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。
　　最后，以平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人大臂和小臂的重要性為出發(fā)點(diǎn)，從理

3、論上說(shuō)明了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理及過(guò)程，介紹了ANSYS中參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL相關(guān)概念，應(yīng)用APDL語(yǔ)言對(duì)大臂和小臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)構(gòu)的合理性、可行性，針對(duì)得出的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，建立了手臂有限元分析模型，選取最危險(xiǎn)的受力狀況作為分析工況，進(jìn)行靜力分析，得到手臂的應(yīng)力和位移分布圖，并對(duì)機(jī)器人的剛度進(jìn)行了分析說(shuō)明。然后，對(duì)手臂進(jìn)行了模態(tài)分析，提取前4階模態(tài)，得到對(duì)應(yīng)的頻率值，為避免在其共振頻率附近工作提供了參數(shù)依據(jù)，同時(shí)