噴涂機器人結構優(yōu)化及其位姿誤差分析.pdf

1、噴涂機器人具有柔性大、噴涂質量和材料使用率高、易操作和維護、設備利用率高等特點，已廣泛應用在汽車、建材、家電等領域。我國噴涂機器人研發(fā)存在結構可靠性差和定位精度低等問題，研制出的產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，結構部件使用壽命低，噴涂作業(yè)不達標，直接影響了噴涂機器人的應用與發(fā)展。因此，針對噴涂機器人存在的這些問題，本文以噴涂機器人關鍵部件機械臂為研究對象，運用有限元法、拓撲優(yōu)化和攝動法，開展關鍵部件靜力學分析，大臂輕量化設計，末端靜態(tài)位姿誤差分析的研究

2、，驗證了關鍵部件的強度和剛度，實現(xiàn)了大臂的輕量化設計，得到了角度參數(shù)誤差是影響末端位姿誤差的重要因素的結論，提高了結構的可靠性和定位精度，對噴涂機器人性能的提升起到了很好的促進作用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴噴涂機器人關鍵部件的靜力學分析?；谟邢拊治龇?，對噴涂機器人的關鍵部件進行靜力學分析，建立了噴涂機器人的底座、腰部、大臂等關鍵部件的三維模型，使用 ADAMS仿真分析，獲得噴涂機械臂的最大力及扭矩參數(shù)；結合實際工況與ADA

3、MS分析結果，建立基于ABAQUS仿真平臺的噴涂機械臂靜力學分析模型，對腰部、大臂等機械臂的關鍵部件進行了剛度及強度分析，結果表明結構滿足設計要求。⑵機器人大臂輕量化設計方法研究。基于最優(yōu)化理論，采用 OptiStruct求解器，以大臂最小柔軟度為優(yōu)化目標，大臂的體積為約束條件，以劃分出的優(yōu)化區(qū)域為設計變量，建立了機器人大臂的優(yōu)化數(shù)學模型，并對大臂進行輕量化設計。根據(jù)計算得到拓撲優(yōu)化結構圖，對大臂進行二次設計，并利用ABAQUS檢驗其剛

4、度及其強度。結果表明，在滿足大臂剛度和強度的條件下，優(yōu)化后的機器人大臂質量減輕了6.26KG，優(yōu)化效果顯著。⑶噴涂機器人的末端靜態(tài)位姿誤差分析。分析了噴涂機器人末端誤差產(chǎn)生的原因，建立了機器人運動學D-H模型。依據(jù)空間坐標變換原理和所建立的D-H模型創(chuàng)建了攝動法誤差模型，運用MATLAB數(shù)學軟件對位置誤差和姿態(tài)誤差進行了仿真分析。得到了各個因素對位置誤差和姿態(tài)誤差的影響曲線，并得出角度參數(shù)誤差是影響末端位姿誤差的主要因素，并且結構角參數(shù)