第3期 2017年3月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)03004904
D0I : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 03. 013
No.3 Mar.2017
码垛机器人抓手的结构设计及有限元分析与优化
李铁刚，冯显英，岳明君，王兆国
（山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南
250061）
摘要：在机器人选端载荷一定的情况下，文章设计了一种满足色母粒生产线码探机器人抓手可以满足50kg及以下的包装袋码操需求。基于构建的抓手三维几何模型和现代有限元分析，对抓手的整体结构进行了在抓取料袋工作状态下应力分析，获得了结构的应力分布情况，验证了抓手结构强度和安全可靠性。对抓手的关键结构进行了疲劳分析，我出最易发生疲劳破坏的部位，并且对该部分进行了优化设计以改善性能。通过对比优化前后的结采表明，疲劳寿命得到显著提高。基于仿真软件的建模、分析验证保证产品设计的可行性、安全可靠性，提高了产品的设计效率，也为码操机器人抓手的设计提供了依据。
关键词：码操机器人；应力分析；疲劳分析；优化设计
中图分类号：TH165;TG659
文献标识码：A
Structure Design and Finite Element Analysis and Optimization of Palletizing Robot Gripper
LI Tie-gang,FENG Xian-ying,YUE Ming-jun, WANG Zhao-guo
( Ministry of Education Key Laboratory of Efficient and Clean Machine Manufacturing, ShanDong University Jinan 250061, China)
Abstract : Under the circumstance of certain load on the distal end of the robot, this paper designed a meet masterbatch production line palletizing robot gripper which can satisfy the 50kg and following sack palletiser demand. Based on the construction of the starting point of the 3D geometry model and modern finite element analysis, the whole structure of the starting point of grasping under the working state of the reclaiming bag undertook the stress analysis for the structure of the stress distribution, and it' s verified that structural strength and reliability. The key structure of the hand of palletizing robot were applied for fatigue analysis to find out the most prone with fatigue failure of the site, and the design optimization to improve the perform-ance. By comparing the analysis chart before and after optimization,it was obvious that fatigue life is signifi-cantly improved. Powerful function including modelling and analysis and verification based on simulation software improved design of product efficiently
Key words: palletizing robot; stress analysis; fatigue analysis; structural optimum
0引言
随着生产技术发展速度的日益加快，市场竞争愈加激烈，尽可能短的产品周期和高效率的生产成为了各个制造行业的道求目标。运用机械手实现半成品的工序传送或者对产品搬运并码垛，很大程度上提高了生产效率，同时节省了人力和财力，也规避了工人在工作期间意外伤害的风险"。正是基于此行业背景下，应山东济宁某企业要求，基于川崎ZD150S型码垛机器人，其最大负载为150kg条件下，设计用于25kg~
50kg包装袋码垛要求的机器人用码垛抓手，工作效率达到600包/小时。因此，对抓手结构设计轻量化提出了具体的要求。机构各个参数的合理设计，对提高机械手的性能是非常关键的["]。机构的应力问题是设计过程重要的一个环节，传统的设计方法很难准确的计算复杂件的应力，随着近年计算机仿真技术的发展，有限元法得到了广泛的应用3]。
本文首先设计了抓手整体结构，建立了三维模型，然后为了验证所设计的结构的合理性，利用有限元软件对抓手夹持料袋状态进行整体应力分析，找出结构
收稿日期：20160526；修回日期：20160715
作者简介：李铁刚（1990—），男，黑龙江齐齐哈尔人，山东大学预士研究生，研究方向为智能自动化装备设计与制造，（E-mail）teigangli@126
com；通信作者：冯显英(1965一），男，山东济宁人，山东大学款授，博士生导师，研究方向为机电系统检测、诊断与控制，（E-mail)fxying@ sdu. edu. cn。
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