冗余度机器人运动学模糊优化

冗余度机器人由于具有冗余自由度,可以在运动学上实现机器人避奇异位形,仿止关节运动范围越限,避障碍物等多种优化,从而使该类机器人的操作性能和灵活性能得到了提高.文章采用多目标模糊优化方法,建立了冗余度机器人运动学的多目标模糊优化的数学模型,构造了模糊优越集,从而求解出多目标函数在可行域空间的最优解,最后经过仿真验证了该方法的可行性.     

VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计

研究了VHT800立式车铣加工中心立柱结构的静动态优化及轻量化设计方法,解决了企业经验设计结构存在的静、动态性能不足以及结构过于笨重的问题.首先基于机床实际典型工况下的立柱载荷及边界条件,运用拓扑优化技术建立了体积约束下的立柱结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化概念模型;然后对概念模型进行结构刚度设计及工艺设计.最终为企业提供了新的立柱结构方案,该方案的结构刚度和一阶固有频率比经验设计结构分别提高了13.6%和17.1%,同时质量减轻了9.7%,表明该设计方法能够有效提高机床立柱结构静、动态性能并实现结构轻量化设计.     

轮毂锻造机器人欠秩端拾器热-结构耦合分析及优化

为了提高高温环境下轮毂锻造机器人欠秩端拾器夹持的有效性和承载性,对欠秩端拾器进行了热-结构耦合分析及结构优化。首先,基于有限元理论将欠秩端拾器所受热力载荷和静力载荷耦合,得到欠秩端拾器关键部件在耦合力场作用下的热应力分布及应力和应变结果;然后,根据所得热应力分布云图,对欠秩端拾器各指节进行隔热优化设计以及热-结构耦合分析;最后,根据隔热结构的等效应力结果进行了欠秩端拾器的拓扑结构优化。数值分析表明：相比优化前的结构,隔热优化后欠秩端拾器的首、中和末指节在参照节点处的温度分别降低了33.78%、50.42%和35.31%;拓扑优化后欠秩端拾器的首、中和末指节的质量分别减少了38.75%、18.63%和26.45%,实现了轮毂锻造机器人欠秩端拾器的耐高温及轻量化的优化目标。     

SSWZ330重型联轴器的渐进结构拓扑优化设计

针对联轴器设计方法传统,导致该部件寿命低、构成部件的各个零件寿命差异大等问题,利用HyperWorks FEM设计分析软件,采用渐进结构拓扑优化方法,将“去除-恢复”决策和单元灵敏度算法相结合,对SSWZ330重型联轴器进行了渐进结构拓扑优化设计。优化过程中采用基于单元“去除-恢复”决策,通过计算单元应力灵敏度以及迭代灵敏度,依据给定结构的目标体积、体积进化率和滤波半径,确定删除或保留的单元,解决了传统结构设计中多约束优化问题,实现了SSWZ330重型联轴器的渐进结构拓扑优化设计。优化后的法兰叉架和套头体积减少了83%,实现了HyperWorks软件在机械部件渐进结构拓扑优化设计领域的实际应用。     

基于机床整机有限元分析的横梁的轻量化设计

针对传统机床横梁设计中存在材料利用效率低、刚度不足和设计周期较长的问题,以某型号龙门加工中心横梁结构为研究对象,基于拓扑优化和筋板形式选择对横梁进行轻量化设计。首先对加工中心整机进行静力学分析、模态分析和谐响应分析,分析结果表明横梁为影响加工中心性能的关键零部件。然后以横梁为优化目标,对横梁进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了横梁的最优基本结构形式,通过对比选择静、动态性能较好的‘X’类型筋板进行布局,得到了最终的横梁优化结构。最后对优化的横梁结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在横梁质量减轻2.1%的同时,优化后的整机的静刚度和前6阶固有频率均得到了不同程度的提高。     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

下肢外骨骼机器人大腿板模态分析与拓扑优化

为提高下肢外骨骼机器人的性能,需对下肢外骨骼机器人部分零件进行结构优化。针对下肢外骨骼机器人大腿板,利用拓扑优化方法,将零件的模态数据作为优化依据。首先建立零件的三维模型,将其导入到Workbench软件中进行静力学分析和模态分析,得到大腿板在最大工作载荷处的最大应力和最大应变以及大腿板前4阶固有频率和最大振幅。然后进行开槽处理,将槽宽设为变量,求解出不同槽宽下的模态参数。最后根据固有频率和振幅参数,在满足减重需求和零件强度需求的情况下,选定槽宽的最优值。经开槽处理后大腿板质量减少明显,固有频率有所减小,抗振性能有所下降,但依然能够满足工况需求,且零件的静力学分析也能够满足要求,故验证了拓扑优化的可行性,对下肢外骨骼机器人结构优化具有参考价值。     

直角坐标机器人悬臂结构优化设计与分析

提出了一种针对工程实际问题的拓扑优化设计方法,对直角坐标机器人悬臂结构进行了拓扑优化设计和力学性能分析。先对整机进行了有限元分析,找出了影响整机精度的关键结构即Y轴悬臂梁。后采用变密度法对悬臂梁横截面进行了拓扑优化,重构筋肋分布,根据优化后的截面形状重建三维模型并进行了力学性能有限元分析。优化前后对比分析结果表明:优化后的悬臂结构的变形减小,最大应力明显降低,结构的质量也显著减轻。该方法对以后机械结构分析和拓扑优化设计具有一定的指导意义。     

某发射塔起重机悬臂梁结构拓扑优化设计

基于有限元理论和拓扑优化方法,以某航天发射塔起重机悬臂梁为研究对象,以刚度值的质量控制为目标,通过理论建模、静力学计算和拓扑计算对悬臂梁进行质量优化,经对比分析确定最优结构形式。结果表明：优化后的结构性能和经济性能满足工程要求。目前该设计已经在工程实践中成功应用。     

ANSYS下数控车床床身拓扑优化设计

为获得较好的设计方案,将有限元和结构拓扑优化方法应用于数控机床设计.以减重为优化目标,利用ANSYS对数控车床床身进行了拓扑优化,并利用Pro/Mechanica对优化结果进行了动静态分析.结果表明改进后的床身结构在保持原结构的静强度和动态特性的同时比原设计方案的用料减少了12.019kg.     

基于多目标函数的工业机器人平衡系统优化

针对工业机器人弹簧平衡缸的参数变化对工业机器人的不平衡力矩的影响,对其参数进行了相关的实验与测试。为提高工业机器人的工作性能与效率,对平衡缸参数造成的不平衡力矩的影响进行了分析及优化。在工业机器人重力参数和结构参数研究与测试的基础上,推导出工业机器人的不平衡力矩,得出各个参数对不平衡力矩的影响,以及机器人的运动学、动力学特性。构造参数相应的的约束条件和目标函数的非线性约束条件,结合多目标函数优化模型并对工程实例进行优化。最后,对优化前与优化后的结果进行了对比分析,得到了相应的优化效果。实验结果表明:优化结果满足实验要求;优化后,不平衡力矩的最大值降低,机器人运动更加稳定;优化系统具有有效性和实用性。     

两厢车型顶盖尾部起皱研究及优化方案

以实际生产中某MPV车型出现的顶盖尾部造型两位置的起皱案例为基础,通过对模具结构以及原有生产工艺进行分析,结合现场生产情况的跟踪调查,采用CAE软件对冲压件生产过程进行模拟,找出起皱产生的主要原因,并分别针对两位置的起皱原因制定顶盖尾部起皱优化工艺。在前工序加工过程中,会因工艺型面R角产生加工硬化;而在后工序整形中,该硬化部分形状不能恢复平整,导致出现型面起皱缺陷。通过消除加工硬化,提高零件装车匹配性及车身精度,避免顶盖在冲压成形过程中因起皱、叠料导致的凸、凹模型面磨损快,提高模具使用寿命。     

考虑位姿变换的钻铆工业机器人刚度寻优

针对航空航天飞机蒙皮壁板等大尺度构件自动钻铆加工中工业机器人刚度较低、加工精度差的问题,以KUKA KR600 R2830型工业机器人为例,通过调整工业机器人加工位姿的方式进行刚度优化。建立所选型号工业机器人运动学模型,在此基础上建立刚度模型并通过刚度辨识实验求解工业机器人各关节刚度;采用蒙特卡洛法绘制工业机器人作业空间并结合刚度性能评价指标在工作空间基础上绘制刚度云图,表征机器人刚度性能分布;结合参数优化后的模拟退火算法求解机械臂刚度最优位姿及当前位姿下的关节角;最后利用仿真及实验进行验证,证明刚度最大位姿的有效性。此方法可为高精重载工业机器人的加工稳定性研究提供思路和指导,提升6R工业机器人钻铆质量。     

基于CAE的高空消防车变幅液压缸的结构优化

变幅液压缸是汽车起重机的核心零部件之一,其可靠性直接影响主机的性能。应用有限元法对变幅液压缸进行结构分析,发现缸筒的薄弱环节,为结构优化提供了方向;应用序列二次规划算法结合多目标结构优化方法,确定结构优化最佳方案,在提高油缸产品可靠性的基础上实现轻量化。     

无缆双向微机器人外磁场系统的研究与仿真

目前的管道机器人受到能源供给的限制,不能长时间远距离进行工作.本文提出了一种基于组合线圈结构的磁场系统驱动实验方案,以实现石蜡热膨胀驱动器的无缆双向微机器人的磁控驱动与移动实验参数的检测.介绍了该组合线圈的功率优化与设计方法,分析了保证一定区域内磁场均匀性的技术方案,用ANSYS 软件对所设计的组合线圈进行了仿真和验证.实验结果表明,该组合结构磁场系统的性能可以满足无缆微机器人的磁控驱动的设计要求.     

基于PLC控制的注塑件去边打磨机器人工作站的设计

针对圆柱形管状注塑件在生产过程中所产生的飞边的去除和打磨问题,设计一种基于PLC控制的注塑件去边打磨机器人工作站。介绍机器人工作站总体结构的设计,在设计夹紧装置时应用TRIZ理论中的冲突矩阵解决设计过程中出现的技术冲突;对机器人工作站的PLC控制系统的硬件与软件进行了设计。该机器人工作站结构简单、控制方便,最终实现了注塑件的去边和打磨,满足工业需求。     

弧焊机器人结构光视觉检测的图像处理

对弧焊机器人结构光视觉检测的图像处理算法进行了一定的研究,针对以往的方法提出了一些改进方案并进行了试验.在图像预处理的滤波中,采用区域分割与多尺度检测相结合的方法,克服了单尺度LOG滤波线条容易断续的缺点,又缩小了图像处理的区域,提高了运算速度.在后处理的轮廓提取中,用遗传算法这种全局优化算法进行模板匹配,通过格雷编码、适应度函数确定、概率选择算子、交叉算子、变异算子等,很好地实现了模板匹配和位置坐标提取.结果表明,这些改进的算法,提高了弧焊机器人结构光检测的精度和适应性.     

基于灵巧度3-RCR并联机器人机构的结构参数优化

对新型三平移3-RCR并联机构的位置解、雅克比条件数进行了求解分析;基于3-RCR并联机构的全域条件数,以灵巧度作为优化目标,利用遗传算法对其结构参数进行优化研究,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的灵巧度图谱,为该类并联机构的进一步研究和应用提供了参考.     

KR16-2机器人运动学分析及路径规划

为提高KR16-2机器人在实际工作中的效率,通过改进的D-H法,建立KR16-2的运动学方程并构建模型。采用五段位置S曲线插补法对轨迹进行优化处理,提高机器人运动的平稳性。提出适应度的多重控制方法,结合对各类算子的重新标定,得到该机器人工作的最优平滑路径。仿真实验表明:采用此方法该机器人获得了较平滑且距离最优的路径。