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焊接机器人各主要部件优化结果

时间：2017-11-16 来源：机器人在线阅读：6463

焊接机器人各主要部件优化结果

焊接机器人的其他零件的优化过程与大的优化设计过程相类似，就不再进行赘述，以下对主要部件优化结果进行简要说明。

(1)小臂结构优化设计

小臂的结构优化设计过程与大臂类似，建立小臂的优化分析模型时应与第三章边界条件、网格划分等保持一致，由于工况—下小臂的变形量较小，为了保证优化后小臂结构变形量符合要求，选取工况—的边界条件。得到小臂优化设计参数如表5.7所示

其中DS_ DBH, DS_ WKH, DS_ WKG, DS_BH指小臂底边厚度、小臂左右两侧边厚度、小臂左右两侧边高度、小臂壁厚。

分析设计变量对目标变量及状态变量的影响，得到图5.13所示设计变量灵敏度图。由图5.13可知，各设计变量与大臂成正相关性，而与小臂最大变形具有负相关性。其中，DS_ DBH对小臂的质量影响最大，灵敏度为0.04347(负号表示负相关);DS_ WKH对小臂最大变形量影响最小为-0.07117。具体灵敏度具体数值如表5.8所示。

将肩部优化后的应力、应变数据与第三章中肩部有限元分析做对比可知:肩部的质量由11.46Kg减小为11.081kg，优化比为3.3%;最大应力由10.196MPa减小为7.9602MPa，而且最大变形量略有下降。

(3)腕部结构优化设计

根据多目标优化设计结果，将腕部底边厚度由17mm减少为15mm，内侧面切除面长度由52mm变为53mm，将修改后的肩部导入ANSYS Workbench分析，如图5.18为腕部应力云图，图5.19为腕部变形云图:

将腕部优化后的应力又应变数据与第三章中腕部有限元分析做对比可知:腕部的质量由0.7213Kg减小为0.696kg，优化比为4.17%;最大应力与最大变形量增加量十分微小。

(4)肘部结构优化设计

根据多目标优化设计结果，将肘部J4电机上部孔直径由70mm增大到90mm，与大臂相联外部孔壁厚由24mm变为14mm。将修改后的肩部导入ANSYS Workbench分析，如图5.20为腕部应力云图，图5.21为腕部变形云图:

在对PR1400型焊接机器人的关键部件进行优化后，可以得到优化后零件的质量、最大应力及最大变形等数据。将其与第三章中的有限元分析数据进行对比，得到零件优化前后的对比如表5. 10所示。

由表5. 10各零件优化前后的对比表可知，优化后小臂、肘部、肩部最大应力均有较大幅度的下降，腕部、大臂最大应力增大量微小;优化后最大变形量没有增加或增加量十分微小，这对满足焊接机器人高精度要求十分重要;腕部质量减小了4.17%，小臂质量减小了1.83%，肘部质量减小了6.5%，大臂质量减小了5.16%，肩部质量减小了3.3%。

本章根据有限元分析的结果，对PR1400型焊接机器人的各关键部件进行了尺寸、拓扑等优化设计，并对优化后的结构进行有限元分析得出应力、变形云图。然后将优化前后的结构进行对比得出优化比，表明优化设计取得了不错的效果。