SCARA机器人大臂结构模态分析与拓扑优化

选择顺应性装配机器手臂(SCARA)在水平面内运动速度快、重复定位精度高。为优化SCARA机器人大臂机械结构性能,减轻大臂重量,采用了模态分析与拓扑优化相结合的方法。首先建立SCARA机器人大臂三维模型,导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中作静力学分析和模态分析,得到前6阶固有频率和振型结果;然后,利用拓扑优化方法为大臂去除材料的优化方向提出建议,重新设计大臂的优化结构并计算优化结构的模态参数;最后,对比优化前后模态参数结果,证明优化后的结构在减轻大臂重量的同时提高了大臂的机械性能。     

恒加速度离心机转臂的稳健设计方法

在对恒加速度离心机转臂结构参数取值范围粗略估计的基础上,安排以Pro/E软件实现的正交数值实验,并用正交多项式拟合出各主要参数对转臂重量、转臂所受最大应力和转臂最大位移的响应面模型.然后,以转臂的重量为优化目标,而以转臂所受的最大应力和最大位移量为约束条件,对响应面模型进行优化,找出转臂最合理的结构参数组合,并用有限元软件对优化结构所受最大应力和最大位移进行验证.计算结果表明转臂以Pro/E为基础的稳健设计,可提高设计效率,并得到满意的设计结果.     

军用救援车托臂的有限元分析及结构优化

托臂是救援车托举装置的重要组成部件,针对其质量过大,受力不合理的问题,利用ANSYS有限元分析软件,对其进行满载工况分析,得到其应力和应变的分布情况。根据分析结果,对选定区域进行拓扑优化,在保证托臂结构强度和刚度的前提下,以托臂重量最小为目标进行改进。结果表明:优化后的托臂重量减少了22.14%,优化后的结构不仅节省了材料的消耗,同时也为整体结构的优化改造提供了理论依据,有助于提高车辆的机动性能。     

基于核环境下应急机器人机械臂结构分析与优化设计

为了探究应急机器人在核环境下安装不同工具头作业时机械臂的强度和可靠性,分析设计的合理性,为改进结构、提高性能稳定性及延长寿命提供依据,建立了应急机器人的有限元模型,并选取破碎锤和挖斗两种典型末端工具作业时的两种不利工况,通过ANSYS有限元软件进行静力学仿真分析。结果表明:应力集中主要发生在工具头施力处及油缸与臂铰接处,是可能产生破坏的主要原因。针对动臂进行结构优化设计,使其重量由41.7 kg优化为30.1 kg,减重28.06%;并根据优化结果加工出试验样机,将理论分析用于生产实践上,验证了优化结果的可行性。     

飞机起落架的动力学分析与拓扑优化研究

针对某型飞机前起落架质量大、收放困难等问题,利用三维软件建立了飞机前起落架的三维模型并将其导入于Adams中,建立了适应于Adams软件飞机前起落架的动力学仿真模型,然后对其进行了着陆动态仿真分析,仿真结果与实际非常吻合,并利用动力学分析得到的工况条件,基于变密度法与优化准则法对飞机前起落架扭力臂结构进行了拓扑优化设计,计算结果表明,在满足刚度与强度的条件下扭力臂质量减小了2.72kg,减小幅度为25.4％,对飞机起落架的结构优化设计具有一定的参考价值.     

动臂型塔式起重机的平衡臂结构优化研究

主要论述以动臂型塔式起重机平衡臂结构轻量化为目标,以结构强度、变形(挠度)、塔机平衡臂梁杆稳定性和平衡重布置要求等为约束条件,通过合理简化塔机平衡臂模型,采用ANSYS有限元软件及梁杆单元进行模拟,利用一阶优化算法,来完成参数化建模的优化设计.由此可有效降低平衡臂结构重量,提高平衡重设置对整机抗倾覆稳定性的效果,进而减轻整机自重.发现,塔机弦杆的稳定性是制约塔式起重机平衡臂自重的瓶颈因素.这对于大吨位动臂型塔式起重机的结构轻量化将有重要意义.     

弧焊机器人大臂结构模态分析

弧焊机器人在工作过程中大臂可能会因受到冲击和振动而承受较大动载荷,某种程度上会影响焊接精度,甚至导致大臂损坏。因此有必要对弧焊机器人的大臂进行模态分析,因为模态分析也是其它动力学分析的起点。依据参数化建模技术与有限元分析理论,首先建立机器人大臂的三维模型,再利用通用有限元分析软件ANSYS对已有仿形设计的弧焊机器人大臂模型进行模态分析,为后续大臂结构的改进及机器人控制方案的制定提供了依据。     

黄骅港一期推车机大臂的优化设计

在对一期翻车机系统中的推车机大臂的工况加以分析的基础上,建立了推车机大臂的三维实体模型,计算大臂的工作载荷,利用有限元分析软件ANSYS对其进行了应力分析,找出大臂开裂的原因,为改进设计提供了理论依据,并验证了改进后大臂结构的合理性。     

液压凿岩台车钻臂结构优化设计

以多自由度多关节凿岩台车钻臂为研究对象,基于凿岩台车液压三角支撑以及万向回转结构,对组成钻臂的主要构件进行参数化三维建模,并利用UG软件自带的间隙检查功能检查模型的干涉情况,确保模型不会发生干涉.根据凿岩台车钻臂实际作业条件,分别对钻臂底座和推进梁托架尺寸进行优化以及拓扑优化,使其在满足强度的要求下减轻钻臂重量,并在减...     

一种新型高铁接触网绝缘子冲洗机构优化及模态分析

运用ANSYS Workbench对一种新型绝缘子冲洗机构的伸缩臂进行静力学分析,并利用Design Exploration实现了以伸缩臂重量极小化为目标的截面参数优化。在满足负载要求的前提下,伸缩臂整体质量减少22.1%(17.9kg)。对处于工作状态的伸缩机构进行模态分析,研究优化后机构在该状态下的动态特性,结果表明:优化后机构在该状态下的动态特性良好,优化结果可行。     

多臂节机械臂架系统连杆组参数化建模及优化设计

针对多臂节机械臂架系统连杆计算效率不高,优化设计手段保守的问题,以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件,将臂节之间的油缸及连杆作为整体考虑成连杆组,利用ANSYS APDL语言对连杆组进行参数化建模,并在多工况下进行优化分析,得到连杆组的最优结构模型;通过结构应力试验,验证了计算方法的可行性.结果表明,参数化建模及优化设...     

高速重载码垛机器人刚柔耦合模型建立及动态特性分析方法

针对高速码垛机器人高速、高加速度、大负载的工作特性,提出一种考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析方法。首先,建立刚柔耦合动力学模型,对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述; 其次,基于建立的刚柔耦合动力学模型,对机器人的重要动态特性——振动模态进行分析; 最后,设计力锤瞬态激励实验,对2种方法的有效性进行验证。实验结果表明,该结构建模方法有效地分析了高速重载码垛机器人关节柔性的影响,动态特性分析方法有效地分析了机器人的振动模态。     

Kinematic design of an anthropomimetic 7-DOF cable-driven robotic arm

In this paper, an anthropomimetic design of a 7-DOF dexterous robotic arm is proposed. Similar to the human arm, the arm consists of three sequentially connected modules, i.e., a 3-DOF shoulder module, a 1-DOF elbow module, and a 3-DOF wrist module. All three arm modules are also driven by cables in order to mimic the driving scheme and functionality of the human muscles. This paper addresses three critical design analysis issues, i.e., the displacement analysis, the tension-closure analysis, and the workspace analysis. A closed-form solution approach is presented for the forward displacement analysis, while the inverse displacement solution is obtained through an efficient optimization algorithm, in which both task-decomposition and dimension-reduction techniques are employed. An effective tension-closure analysis algorithm is also formulated based on the theory of convex analysis. The orientation workspace for the 3-DOF shoulder and wrist modules are then analyzed using a new equi-volumetric partition scheme based on the intuitive Tilt-and-Torsion angle parameterization. An optimization approach is then investigated for the kinematic design of the three joint modules, in which the design objective is to maximize the matched workspace of the robotic arm joints with that of the human arm joints. A research prototype of the 7-DOF cable-driven robotic arm has also been developed in order to demonstrate the anthropomimetic design concept. With a lightweight structure of 1 kg, the cable-driven robotic arm can carry a payload of 5 kg and has motion repeatability of±2.5mm.     

随车起重机伸缩臂截面多目标优化

为了提高某火箭炮弹药装填车随车起重机伸缩臂的结构刚度,减轻结构质量,建立了随车起重机伸缩臂参数化模型,并对伸缩臂在水平受载状态下进行仿真分析。以伸缩臂截面尺寸参数为设计变量,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型。在此基础上,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对伸缩臂自身重量、挠度进行多目标优化。优化结果表明:伸缩臂质量减轻了24.5%,减重效果明显。文中所采用的将参数化建模、有限元分析和数值寻优相结合的优化方法,可为起重机伸缩臂截面优化提供一定的参考。     

OPTIMAL DESIGN OF A 6－AXIS FORCE TRANSDUCER BASED ON STEWART PLATFORM RELATED TO SENSITIVITY ISOTROPY

The design method of a 6-axis force robot's transducer based on the Stewart platform is detailed. For this purpose, the sensitivity isotropy evaluation criteria of the transducer are defined, and by the aid of computer, the relationships between the criteria and the parameters of all the transducers based on the Stewart platform are investigated within the geometric model of the solution space, which can provide the theoretical background for the optimal construction design of the 6-axis force transducer related to the sensitivity isotropy.     

12自由度双足机器人的开发与步态规划研究

针对一种新型的仿人型12自由度双足机器人,首先介绍了其基于Solid Works的机械结构设计,具体阐述了双足机器人机械主体的组成、自由度配置以及其拟人关节和传动机构的设计;构建了双足机器人基于D—H坐标系的运动学模型。而后重点研究了一种离线的步态规划方法,其核心思想是将双足机器人的前向步态和侧向步态分别简化为七连杆模型和五连杆模型,分别加以几何约束分析,然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验并在Matlab环境下进行仿真,验证了所述规划方法的有效性。     

新型机器人6维力／力矩传感器结构的刚度性能指标分析

提出了一种新颖的6维力/力矩传感器并联结构,应用并联机器人机构学理论求出其刚度矩阵,定义其刚度性能指标,并对其刚度性能指标进行分析计算,为该传感器的设计与应用提供理论依据。分析计算结果表明,该并联结构的6维力/力矩传感器是位移刚度和扭转刚度各项同性的,可应用到机器人手腕、手指和其它使用多维力/力矩传感器的场合。     

改进型PYR全方位关节及在柔性臂中的应用

深入剖析了PYR型关节机构,在总结以往研究基础上集中解决该类手腕、关节机构的进一步小型化以及存在的刚度问题,研制出了新型PYR关节及手腕机构;基于模块化、组合式设计思想,研制了七自由度仿人手臂。本研究的意义还在于,基于这种小型化、模块化的PYR关节,很容易设计、研制多自由度柔性手腕、机器人柔性臂,从而为汽车、空间领域提供高灵活性的机器人新机构。     

基于MTMD的某注塑机械手振动控制研究

针对某注塑机械手产生较大振动问题,采用多重调谐质量吸振器(MTMD)技术抑制机械手取件手指的振动;提出MTMD参数优化设计方法和参数选择技术路线;扫频分析表明,安装36个TMD后,机械手手指三个方向的振幅得到有效抑制.设计的动力吸振器减振效果良好.     

基于Pro/E和ADAMS的双足步行机器人造型及仿真研究

对步行机器人的双足进行了三维造型及运动仿真研究。首先利用通用软件Pro/E对人形机器人支撑受力部位腿部进行了三维造型的设计与装配,并在相应软件中检测了装配的正确性及精确度。然后根据ZMP稳定判据分析得出机器人步行的稳定性条件,最后将腿部模型其导入ADAMS中并对其进行了步行运动仿真。研究结果表明,所设计的步行机器人双足关节转角插值正确合理、无干涉,能够较好满足双足机器人的步行需要,论文成果具备一定参考价值和积极意义。