HR50折弯机器人结构分析与优化设计

摘要

折弯机器人是钣金自动化加工系统中的关键设备，其主要功能是实现板料折弯过程中的自动上下料和跟随折弯加工等。折弯机器人的性能对产品的加工效率和质量具有重要的影响。目前，钣金自动化加工系统正朝着高速、高精度的方向发展，对折弯机器人的动静态性能提出了更高的要求。
　　本文以HR50折弯机器人为研究对象，针对整机进行动静态分析，并对运动部件进行优化设计。本文的主要研究内容如下:
　　1.建立整机的有限元模型，在XYZ三个主要行程上各取10个工位进行静力学分析。通过变形云图和参考点的位移分析整机的静刚度，并研究工位对刚度的影响。通过应力云图分析各受力零部件和连接部位的强度和应力集中。静力学分析为改善某些部位的强度、避免应力集中和之后的优化设计提供了参考。
　　2.通过有限元模态分析和模态实验相结合的方式分析整机的动态特性，获得了模态振型及其对应的频率，筛选对工作平台的振动影响较大的振型，为后期的优化设计提供参考。
　　3.开展HR50折弯机器人整机的刚柔耦合动力学仿真分析。通过实验获得导轨滑块结合部的刚度和阻尼参数，并建立等效模型，使用Craig-Bampton法建立柔性体模型，结合实验测试得到的加速度响应曲线建立驱动进行仿真。分析手腕前端在Y向和Z向运动时的精度。
　　4.使用变密度法对Y轴的横隔板进行拓扑优化，寻求最佳的材料分布形式。基于网格变形技术对Y轴和Z轴的外壳进行形状优化，使用HyperMorph建立形状变量，以质量为约束，以静力作用下的位移和模态分析的低阶频率建立的组合柔度指数作为目标，寻求最优解，得到更合理的外形形状。

目录

声明

摘要

主要符号含义

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 工业机器人与自动化折弯技术发展现状

1．3 工业机器人结构分析与优化研究现状

1．4 HR50折弯机器人简介

1．4．1 HR50折弯机器人机身结构组成

1．4．2 HR50折弯机器人主要参数

1．4．3 HR50折弯机器人的应用

1．5 课题研究内容

第二章 HR50折弯机器人静力学分析

2．1 引言

2．2 几何模型

2．3 有限元模型

2．3．1 2D单元网格划分

2．3．2 3D单元网格划分

2．3．3 结合部的处理

2．4 工况分析

2．5 施加载荷

2．6 施加约束

2．7 结果分析

2．7．1 应力分析

2．7．2 位移分析

2．8 本章小结

第三章 HR50折弯机器人模态分析与模态实验

3．1 引言

3．2 模态理论

3．3 有限元模态分析

3．3．1 建立有限元模型

3．3．2 设置模态分析步

3．3．3 结果分析

3．4 整机模态实验

3．4．1 模态实验系统

3．4．2 布置采样点

3．4．3 设置实验参数

3．4．4 实验结果分析

3．5 模态分析与实验结果对比

3．6 本章小结

第四章 整机刚柔耦合动力学分析

4．1 引言

4．2 刚柔耦合动力学简介

4．2．1 刚柔耦合动力学理论

4．2．2 使用界面点约束的模态综合法

4．3 生成柔性体文件

4．3．1 构件简化

4．3．2 生成柔性体

4．4 导轨滑块结合部参数识别

4．4．1 结合部参数识别方法

4．4．2 参数识别实验设置

4．4．3 实验结果分析

4．5 建立连接关系

4．6 加速度测试与建立驱动

4．6．1 测试方法

4．6．2 测试结果分析

4．6．3 建立驱动

4．7 结果分析

4．8 本章小结

第五章 主要部件优化设计

5．1 引言

5．2 结构优化简介

5．3 优化方法介绍

5．3．1 变密度拓扑优化

5．3．2 基于网格变形技术的形状优化

5．4 Y轴优化

5．4．1 Y轴简介

5．4．2 建立Y轴优化模型

5．4．3 设置约束与分析步

5．4．4 横隔板拓扑优化

5．4．5 Y轴轴身形状优化

5．4．6 Y轴模型重建

5．4．7 优化前后对比

5．5 Z轴优化

5．5．1 Z轴简介

5．5．2 设置约束与分析步

5．5．3 Z轴轴身形状优化

5．5．4 Z轴模型重建

5．5．5 优化前后对比

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作不足与展望

致谢

参考文献