注塑机械手臂的静力分析与拓扑优化

用Solid Works对注塑机械手进行建模,通过有限元分析软件ANSYS对机械手最危险工况进行静力分析,得到其位移应力变化特性,并在此基础上对机械手模型进行拓扑优化。在满足刚度和强度的要求下,依据拓扑云图对机械手基座和主臂梁进行结构优化,通过优化设计,减少机械手30%的重量,降低机械手的生产成本。结果表明拓扑优化的机械手静力特性与拓扑前的机械手相比变化很小,符合要求,故这里为机械手的结构优化设计提供一种切实可行的优化方法,提高了工作效率并降低了成本和缩短了产品研发周期。     

基于拓扑优化方法的机器人机身轻量化设计

本文以某爬壁机器人机身为分析对象,对其进行强度分析,得出机身的应力云图,确认机身侧板有材料冗余,有必要对其进行轻量化设计。对机身侧板进行拓扑优化,再对其基于加工工艺的要求进行调整。优化结果显示:机身侧壁的质量减轻了68.776%,机身最大应力下降3.083%,优化结果很好地满足了机身可加工性与轻量化的要求。     

面向3D打印的码垛机械手小臂轻量化设计

针对码垛机器人的轻量化问题,设计了一种面向3D打印的码垛机械手小臂。通过SolidWorks建立机械手小臂原模型,利用ANSYS Workbench对原模型进行静力分析,并在此基础上进行机械手小臂模型的拓扑优化。在以满足机械手小臂力学性能的前提下,结合拓扑优化云图,利用Rhino Grasshopper模块进行机械手小臂中部设计区域的二次重构,设计了3种不同随机点数的镂空Voronoi结构,导入SolidWorks完成机械手小臂的模型重组。通过ANSYS Workbench对优化后的机械手小臂进行静力仿真分析,对比原模型在静力方面不仅满足使用性能要求,且降低了机械手小臂的总体质量。通过3D打印和数字化设计相结合,为机械手小臂新产品提供了一种可行的设计方案,并解决了拓扑优化后的复杂结构难加工的问题,缩短了研发周期,提高了制造效率。     

基于SolidWorks和ANSYS的五自由度关节式机械手结构设计及分析

在介绍五自由度关节式机械手结构方案基础上,基于SolidWorks完成机械手机身、手臂及腕部的结构设计,并完成各部件的三维实体建模,最终实现机械手整体的三维模型及渲染。经导入ANSYS系统中,实现对该机械手的有限元分析,对机械手结构设计进行性能验证,及时发现不足之处,为进一步优化设计提供理论指导。     

注塑机械手机身振动特性分析与动力学分析

注塑机械手床身是机床的重要基础部件,它的动态特性和静态特性直接影响注塑机械手稳定性。以某注塑机械手为研究对象,采用Pro-E Wildfire 3.0建立机械手床身的三维实体模型,借助大型有限元软件ANSYS建立机械手的有限元模型,对其进行网格划分、边界条件加载和求解计算,在有限元的后处理中进行协响应分析与瞬态动力学分析。根据有限元分析结果,得到各阶响应的时间-位移曲线和振幅频率特性曲线,为改进注塑机械手机身受力状况和结构优化设计提供理论依据。     

四旋翼无人机机身静力学分析

四旋翼无人机优点众多,应用广泛,极具研究价值,为研究四旋翼无人机机身受力情况,采用有限元分析方法进行分析。首先建立四旋翼无人机三维物理模型,然后利用Ansys Workbench研究四旋翼无人机在无风工况、平均风工况、极限工况下悬停时机身结构的强度和刚度响应,得到了相应的变形云图和应力云图,极限工况下机身受到的最大等效应力为16.165 MPa,最大变形为2.209 mm。计算结果表明,机身结构的静强度和刚度满足设计使用要求。     

新型磨机换衬板机械手的工作空间分析

机械手的工作空间是评价机械手工作能力的一项重要指标。基于Solid Works研究设计一种新型磨机换衬板机械手,并对机械手的正运动学和工作空间问题研究分析。首先,通过Solid Works进行建立新型磨机换衬板机械手结构的三维模型;其次,采用D-H法进行建立机械手的运动学方程并求解,并使用MATLAB Robotics Toolbox工具箱进行运动学模型验证;最后,采用蒙特卡洛法和基于Sim Mechanics建模仿真法进行工作空间对比分析,得到机械手末端手抓的工作空间点云图基本一致。对比分析结果表明与机械手本体设计参数相符合,从而验证了设计的新型磨机换衬板机械手结构的合理性。     

搬砖机械手的动力分析及结构优化

在码垛机器人的设计中,动力分析与结构优化至关重要。本文以某公司生产的基于高速四轴码垛机器人的搬砖机器人的机械手为研究对象,详细分析了机械手的动态载荷。以此为基础,运用有限元分析软件UG Nastran对机械手在搬砖运动的状态进行受力分析,对夹板结构进行了优化和校核,减轻了机械手的重量,降低了生产成本,提高了工作效率。     

危险弹药机器人机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立危险弹药机器人机械手运动学模型;采用蒙特卡罗方法求解机械手末端执行器的位置向量集合;在Matlab环境下,用点云图描绘出机械手工作空间。运用Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,仿真出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证参数设计的合理性,也为进一步研究机器人的动力学、轨迹规划打基础。     

搬运式机械手传动设计研究

机械手在工业中的应用减少了危险作业对操作人员的损害,减轻了人们的劳动强度,已替代了大部分人工作业。本文以搬运式机械手为例,深入探讨了包含腕部链传动与机身回转部分的机械手传动设计的关键结构和技术。     

一种七自由度机械臂的研制

冗余度机器人相比较非冗余度机器人具有消除不可避免的奇异位形、躲避任务空间障碍、克服关节运动极限等优点。介绍设计了一种新型的七自由度机械臂,其结构设计是在6R机械臂的基础上增加一个自由度,是一种典型的冗余度机械臂。阐述了该机械臂的结构设计标准,并在此基础上构建各连杆坐标系,计算了主要部件的转动惯量并据此选择了电机和谐波减速器,最后在有限元分析软件ANSYS中对关键部件进行了有限元分析。仿真结果表明,所设计的部件性能达到设计要求。     

三自由度水下机械手研制

为了研究无人无缆自主式水下机器人的深海作业性能,在分析了水下机械手工作环境及作业性能的基础上,研制了三自由度水下机械手。在考虑了本体材料、耐压壳体形状、水密接插件和关节走线形式等基础上,进行了水下机械手的本体结构设计,同时也对水下机械手的关节驱动方式进行了研究。为了实现对水下机械手的有效控制,采用上位机和下位机两级控制方式,并完成了硬件和软件设计。最后进行了实验调试,其结果表明了所研制的水下机械手满足设计要求。     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率。机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题。通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作空间的截面。针对机械臂有效工作空间的截面积建立数学解析模型,最后运用遗传算法求得满足约束条件下的机械臂有效工作空间最优解和能够实现高效作业的最优结构参数。仿真结果表明,该模型能够有效求解角度与运动约束下的串联式机械臂结构优化问题。     

基于ADAMS的重载操作机的动力学仿真

通过对锻造操作机工作原理的分析,基于虚拟样机技术,在ADAMS软件中建立了重载操作机整机系统的虚拟样机,对操作机进行动力学仿真分析,得出典型工况下操作机的受力情况曲线.考虑了驱动力大小、大惯量构件、柔性体构件以及附加倾覆力矩等因素对操作机性能的影响,为设计操作机的结构设计提供了理论及数据依据.     

一种针对圆锥体外表面贴装的机械手设计分析与优化

针对圆锥体外表面贴装工作设计了一种串联式机械臂末端机械手。对圆锥体进行空间分析,根据圆锥体几何特征确定贴装技术方案并进行构型设计。完成机械手结构设计,利用拉格朗日法推导动力学方程,利用D-H法对正逆运动学进行求解。利用遗传算法NSGA-Ⅱ对执行器高负载零部件进行结构尺寸优化并对优化前后零部件进行有限元分析对比。通过虚拟样机、样机动态实验结果对比验证设计机械手的可行性,并分析了外界影响因素,最终证明设计的机械手可行并为其后续改进提供了方向。     

具有容错性能的6R机械手位置反解

一般6R机械手在一个关节发生故障时，成为5R机械手或称欠自由度机械手。如果机械手抓取的是棒状物体，可以对手爪围绕棒中心线的转动姿态参数不加限制，从而把这一转动虚拟成一个未知的旋转关节，这样欠自由度机械手的位置反解问题就转换成含有6个未知量的位置反解问题。由于其结构参数将发生变化，且故障的关节是不确定的，因而反解程序须满足这一不确定性要求。一旦位置反解的运动学方程建立之后，解方程的过程与一般6R机械手的算法类似。通过数值算例，验证了机械手末端姿态γ不加限制时，这种单关节故障的一般6R机械手位置反解的个数是16。     

3(3-RPS)并-串联机构及其运动学分析研究

针对并联机构运动学和动力学性能方面存在的问题,提出了一种新结构-3(3-RPS)并-串联机构,对3(3-RPS)并-串联机构进行了运动学方面的研究,对3(3-RPS)并-串联机构的结构特点进行了介绍,利用螺旋理论及修正的Kutzbach–Grüble公式对3(3-RPS)并-串联机构进行了自由度计算,利用机构影响系数法和螺旋理论对3(3-RPS)并-串联机构的速度和加速度进行了建模,得到了3(3-RPS)并-串联机构速度和加速度的理论模型,利用工程分析软件ADAMS和Abaqus对3(3-RPS)并-串联机构进行了运动学仿真及结构受力分析,得到了上平台在空间中的速度和加速度曲线变化图与机构的结构受力变形图。研究结果表明:3(3-RPS)并-串联机构的自由度数为9,速度和加速度值等于各层之和;本研究分析3(3-RPS)并-串联机构运动学的方法也适合其他并-串联机构。     

平面冗余与非冗余并联机器人工作空间图谱的比较研究

并联机器人的结构参数决定其工作空间的特性。本文对并联机器人的杆件尺寸参数采用无量纲处理方法,建立了平面冗余与非冗余并联机器人的结构参数与工作空间形状的函数关系,绘制了两者基于无量纲参数的工作空间图谱,比较了两类工作空间的特点与优缺点,为并联机器人的机构设计提供了系统的参考依据。     

一种新型并联机器人机构的运动分析及完全各向同性设计

提出了一种新型二移动一转动的三自由度空间并联机器人机构,分析了其位置和速度的正逆解析解,讨论了机构的奇异性。由于该机构的雅可比矩阵为3×3阶对角阵,因此该机构为无耦合并联机构。根据机构雅克比矩阵条件数恒等于1的条件,对机构的各向同性进行设计,得到了具有完全各向同性特性的机构结构尺寸条件。     

系统中搬运机械手的本体结构设计

根据教学培训系统总体设计方案及机械手设计要求,经设计分析后利用Pro/E软件逐步进行机械手零件结构三维参数建模并完成总体装配。装配虚拟样机经干涉检查、运动仿真等初步分析后达到预期结构设计要求,各设计零件经加工后装配得到实物并运用于系统中。