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六自由度焊接机器人有限元模型的建立

时间：2017-11-09 来源：机器人在线 阅读：8525
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3焊接机器人有限元模型的建立

运用三维实体建模软件SoildWorks将焊接机器人的实体模型建立出来，如图3-1所示，由于焊接机器人在进行焊接的工作时需要较大的一个活动范围，因此在进行焊接机器人本体设计时一般采用仿造人体手臂的六自由度结构，该结构的焊接机器人手臂运动范围相对比较大，进行作业时近似达到一个球形大小的操作空间，非常适合于焊接的工作，其操作时的动作范围如图3-2所示。但由于焊接机器人主要是悬臂式结构，这与平行四边形结构的机器人相比其结构的刚度相对较低，因此必须要对该型机器人进行刚度与强度的分析。
焊接机器人的底座是固定安装在地面上的，当其大臂、肘部、小臂、手腕、焊枪都处于水平位置时，也就是当所有臂伸展为最长时，焊接机器人本身重量在重力、负载等作用下，焊枪变形的位移量最大，大臂此时所受的弯矩也是最大的。因此焊接机器人处于水平姿态时就是焊接机器人是处于最危险的工况，所以选择该姿态对焊接机器人进行研究。焊接机器人的规格参数表如表3-1所示。
 
 

4 焊接机器人的有限元分析

为了防止焊接机器人模型导入有限元分析软件时出现丢线、丢面或是缺少约束等问题，所以需要通过SoildWorks与ANSYS无缝连接接口直接将焊接机器人整体的CAD模型导入Workbench中进行分析，从而有利于数据的完整性。

1定义材料

焊接机器人的材料及具体属性如表3-2所示。
 

2网格的划分

材料参数设置完毕后，运用Soild45单元对焊接机器人的整体进行网格划分，划分后共形成143287个单元，80814节点。划分后的网格如图3-3所示。
 

3施加约束与载荷

对焊接机器人的实体模型进行简化后，可以把简化后的各部分看成是刚性连接，因此在进行静应力分析时，只要施加重力加速度，Workbench软件就会自动的对机器人装配体的各部分添加重力。
焊接机器人的受力简图如3-4所示，先定义底座的4个圆孔定为固定约束，由于焊接机器人的最大可载参数是4 kg，因此在焊接机器人的末端加载4 kg的力。
 

4焊接机器人整体结构应力分析

在焊接机器人的边界条件设置完成以及力矩施加后，对焊接机器人整体进行静应力分析，在后处理过程中显示焊接机器人的应变及应力云图，如图3-5所示。
 
 
由图3-5可以看出本机器人在所有手臂伸展为最长时并且手腕部分负载4 kg的力后大臂与小臂部分最容易发生应变，因此应分别对大臂与小臂进行分析。
 
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