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焊接机器人结构基于多目标函数的焊接机器人大臂优化

时间：2017-07-19 来源：机器人在线阅读：9163

4.1前言

大臂是连接平衡缸和小臂，在机器人运动中起着重要的支撑作用。在实际工程要求中，对刚度有一定的要求。通过分析焊接机器人大臂的受力情况，找出大臂的薄弱部分，为优化提供基础。由于大臂受力复杂且在机器人运动中有重要的作用，本章主要通过大臂的重量减轻，以实现降低对关节电机的需求，并且保证其提高焊接机器人大臂的运动轻快化，同时也要保证大臂的可靠性。大臂是机器人的主要支撑，对小臂和末端操作器有很大的影响，所以其高精度和灵活性不可忽略。通过建立大臂的数学模型，建立大臂质量函数、应力函数和变形函数的目标函数。本文主要是运用了ANSYS Workbench Enviroment下的DOE算法。DOE方法是Ansys的多目标优化方法之一。DOE全称为Design Of Experiments，即实验设计。DOE方法是根据设定好约束条件及设计目标后，以高度智能化实现优化设计并返回相关图表。通过ansys软件对大臂进行多目标驱动优化，最后通过对比优化前后的大臂的应力和变形量，验证优化结果的准确性。

4.2大臂有限元分析

刚度是表示大臂对外界力或力矩抵抗变形的能力，相对于强度和稳定性不同。本文中机器人的刚度是指，机器人在承载的条件下，末端操作器变形大小在要求之内。大臂会产生变形，其刚度会影响机器人运动性能，甚至会影响末端操作器的定位精度。因此在大臂设计优化中需要考虑其刚度。所以首先对焊接机器人大臂进行有限元受力分析。

大臂是连接平衡缸和小臂的桥梁，在机器人运动中起着重要的支撑作用。在实际工程要求中，对刚度有一定的要求。其三维图如图4.1所示。

用solidworks建立机器人大臂的三维模型后，导入ansys中进行有限元分析。在ansys在进行大臂结构分析时，主要考虑其结构的非线性行为，主要为最大变形。大应变。首先需要对材料设置，机器人的材料为普通碳钢A?其材料属性如表4.1所示。

有限元的主要思想是将要进行分析的大臂，分割成有限个分区或者单元，用标准方法对其分好的每个单元进行近似求解，最后将所有单元按标准方法组合成一个原油系统近似的系统。

焊接机器人完成任务的首要保证是机械臂运动的可靠性与准确性，机械臂想要准确地运动，结构刚度必须在材料安全范围内。因此需要对机器人大臂进行有

限元分析。通过机器人运动的极限位置对其进行有限元分析，对大臂的优化奠定理论基础。大臂所采用的材料基本属性如表4.1所示。

通过以数据，将机器人大臂三维模型导入到workbench中，进行机器人大臂受力分析。在对大臂优化前，需要对焊接机器人大臂进行受力分析，需要检测一下是否满足工作要求，在满足强度条件的情况下进行优化。大臂受自身重力外，大臂前端还受到弹簧平衡缸的拉力，机器人大臂末端还受到小臂及其他负载的远程拉力和力矩等。经过试验测试到大臂受力及其所受的力矩，其具体情况如表4.2。