SCARA机器人小臂结构特性分析

论文摘要

SCARA机器人由于体积小,传动原理简单,被广泛运用于电子电气、家用电器,精密机械等领域。随着社会需求的增大和技术的进步,SCARA机器人将会得到迅速的发展。为了尽快将我国的装配机器人产业化,SCARA机器人的设计和生产单位急需对这种机器人的结构和性能进行充分的理论分析和优化。因此,研究和应用先进的分析计算方法,解决结构的优化问题,具有十分重要的理论意义和实用价值。本文针对SCARA机器人小臂,首先从最为有效的数值计算方法——有限单元法入手,通过弹性力学和有限元的相关理论分析,为小臂的结构特性分析奠定了理论基础;然后,利用ANSYS软件对小臂建立有限元分析模型,并在此基础上进行结构静力分析,研究其应力、应变分布状况,分析其强度和刚度等力学性能,为结构优化设计提供依据;又运用模态分析理论,在ANSYS模态分析软件中进行小臂模态分析,获取小臂的前五阶固有频率和振型,对小臂结构的振动特性进行了初步的研究。最后,本论文又利用ANSYS的优化功能,优化了小臂的截面尺寸,从而减少了小臂的质量。计算结果表明,本文所建立的有限元模型合理,静、动态分析结果准确,优化效果较为明显,为SCARA机器人的改进和今后的结构设计提供了依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工业机器人的类型
• 1.3 SCARA机器人的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 SCARA机器人的国外研究状况
• 1.3.2 SCARA机器人的国内研究状况
• 1.3.3 SCARA机器人的发展趋势
• 1.4 SCARA机器人本体结构
• 1.4.1 SCARA机器人本体结构
• 1.4.2 SCARA机器人工作要求
• 1.4.3 SCARA机器人工作空间及主要技术指标
• 1.4.4 SCARA机器人小臂结构
• 1.5 本课题的意义及研究内容
• 1.5.1 选题的目的和意义
• 1.5.2 本课题的主要研究内容
• 第二章 SCARA机器人有限元理论分析及软件介绍
• 2.1 SCARA机器人小臂有限元数值计算方法
• 2.1.1 有限元数值计算方法的特性
• 2.1.2 有限元数值计算方法的一般步骤
• 2.2 有限元法的优越性与局限性
• 2.2.1 有限元法的优越性
• 2.2.2 有限元法的局限性
• 2.3 有限元法的基本理论
• 2.3.1 弹性力学的基本方程
• 2.3.2 虚功原理
• 2.3.3 线弹性力学的变分原理
• 2.3.4 结构有限元法
• 2.3.5 小臂结构振动的基本方程
• 2.4 有限元分析软件
• 2.4.1 ANSYS在有限元分析软件中的地位
• 2.4.2 ANSYS的特点
• 2.4.3 ANSYS软件的分析步骤
• 第三章 SCARA机器人小臂结构有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 小臂实体模型的建立
• 3.2.1 基于ANSYS平台的建模设计
• 3.2.2 ANSYS实体建模方法
• 3.2.3 小臂实体模型的简化
• 3.3 小臂有限元模型的建立
• 3.3.1 网格划分的步骤
• 3.3.2 网格划分应注意的问题
• 3.3.3 选取单元数据
• 3.3.4 小臂实体模型的网格划分
• 3.4 小臂结构有限元静力分析
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 小臂有限元模型载荷的施加
• 3.4.3 小臂有限元模型静力计算求解及后处理
• 3.4.4 小臂有限元静力计算结果分析
• 3.5 小臂结构有限元动力分析
• 3.5.1 引言
• 3.5.2 模态分析的作用
• 3.5.3 模态分析的步骤
• 3.5.4 小臂结构有限元模态分析
• 3.5.5 小臂的模态计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 SCARA机器人小臂有限元优化分析
• 4.1 优化设计概述
• 4.2 优化设计方法
• 4.3 截面优化理论简介
• 4.3.1 设计变量
• 4.3.2 约束条件
• 4.3.3 目标函数
• 4.4 ANSYS优化过程分析步骤
• 4.5 优化数学模型应注意的问题
• 4.6 小臂优化设计分析
• 4.6.1 优化设计小臂有限元模型
• 4.6.2 确定小臂优化变量
• 4.6.3 小臂的优化数学模型
• 4.6.4 小臂优化结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢