第15卷第2期 2017年4月
中国工程机学报
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
6自由度模块化机械臂有限元分析及优化
李宪华，疏杨，张雷刚（安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001）
Vol. 15 No.2 Apr.2017
摘要：针对6自由度模块化机械臂的有限元分析，对其结构进行必要的优化改进.首先根据实体模型在 Solidworks中建文三维模型，采用DH法建立各连杆坐标系，得出手臂DH参数表；再将导人到Workbench中的三维模型进行有限元分析，根据有限元分析结果找出机械臂相对薄弱处，对此部分改进优化.优化后，薄弱处最大等效应力下降，机械臂的最大位移量减小，最大等效应力、应变对比改进前下降，提高了机械臂的整体特性以及机板臂的定位精度，
关键调：优化；模块化机械臂；有限元分析；Workbench
文章编号：16725581(2017)020107-06
中图分类号：TP242.6
文献标志码：A
Thefiniteelementanalysisandoptimizationof
thesixaxesofthemodularmanipulator
LIXianhua,SHU Yang,ZHANG Leigang
(School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001, Anhui, China)
Abstract According to the finite element analysis of the six axes of the modular manipulator, the optimization of its structure is necessary. The 3D model of the modular manipulator is established. After that,the several coordinate systems of link is established by using DH method, then the DH parameter table would be concluded. The modular manipulator model was put into the Workbench to make the finite element analysis, through checking the results, its weak position is obtained. Then the manipulator structure was optimized. After the optimization of the manipulators, then integral equivalent stress decreases,so does the maximum displacement of the manipulators. The dynamic characteristics and the position accuracy of the manipulators would be improved while the maximum equivalent stress and the strain decline compare to the previous.
Keywords:optimization;modular manipulator;finite elementanalysis;Workbench
可重构模块化手臂由一系列具有不同功能尺寸特征和一定装配关系的关节、连杆、执行器等模块组成，各模块之间通过机械和电气相连接，并能够构成不同工作空间和自由度的机械臂结构.6 自由度机械臂是目前应用最为广泛的机械臂之一，其性能优劣是对机器人性能优劣评估的重要指标. 近年来，我国大力发展机器人技术，各种类型的机器人得到了广泛运用.机器人性能优劣的评估是目前一个重要课题，
有限元法是Clough[2]在1960年所写论文《平
面应力分析的有限元法》中被首次提出，至今有限元法已经成为工程技术领域中最具实用性、运用最广泛的数值模拟方法.多年来，国内外学者应用有限元法对机器人结构分析和优化做了很多研究.在国外，Jaydeepr3应用有限元法对半直接驱动机器人手臂的结构振动频率模拟预测；韩国 Chung等[4]对一个600kgf的重型搬运机器人进行整机的受力分析和模态分析，Maldonado等[5]利用ANSYS对三角形平动并联机器人在钻井过程中的有限元分析，验证了进行钻井任务重的机器
基金项目：安微省高校自然科学研究重点资助项目（KJ2016A200）
作者简介：李宪华(1980—)，男，弱教授，博土后.E-mail;xhli01163.com 万方数据