大型喷浆机器人的动力学分析研究

摘要

本论文主要对山东科技大学机器人中心研制的大型喷浆机器人的动力学分析方面的问题进行了探讨。该机器人具有八个自由度，是一种具有冗余自由度的机器人。本文探讨了三维造型软件UG的特点，针对动力学仿真分析和有限元分析使用的目的总结了若干建模技巧，建立了大型喷浆机器人的三维几何模型。结合D-H方法及牛顿-欧拉方法建立了机器人的动力学模型，为机器人的控制及仿真等工作提供准确了理论分析模型。把UG建立的几何模型导入机械系统动力学仿真分析软件MSC.ADAMS中，进一步建立了机器人的虚拟样机模型，在仿真过程中探讨了由操作空间到关节空间再到驱动空间的映射问题，并借助ADAMS软件实现了这一过程，导出了虚拟样机分析的结果，得到了一系列感兴趣的关节的力，并输出了Nastran格式的有限元动态载荷。探讨了有限单元法的基本原理及进行有限元建模的原则及技巧，给出了机器人基臂和伸臂部分的有限元模型，进行了静力分析，直观地得出了这两个部件在最恶劣工况下的应力分布情况，为改进强度设计提供了依据。进行模态分析，得出了基臂和伸臂的前十阶模态，直观地了解了结构的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况，分析了两种接近固有频率的振动源，并对伸臂的壳体单元部分作了优化设计，为以后的改进设计和相关实验提供了依据，为后续的动力分析提供了基础。

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1 绪论

1.1课题的提出

1.2课题的目的、意义和内容

2 大型喷浆机器人的实体建模

2.1 Unigraphics软件介绍

2.2用于CAE分析的UG建模技巧

2.3大型喷浆机器人的实体模型

2.4本章小结

3 大型喷浆机器人的动力学分析

3.1机器人动力学分析理论基础

3.2大型喷浆机器人的动力学方程推导

3.3本章小结

4 大型喷浆机器人机械系统动力学仿真分析

4.1机械系统动力学分析基础

4.2大型喷浆机器人的动力学仿真分析

4.3本章小结

5 大型喷浆机器人的有限元分析

5.1有限元方法简介及应用

5.2大型喷浆机器人的有限元建模

5.3大型喷浆机器人的静力分析

5.4大型喷浆机器人的模态分析

5.5伸臂截面的优化设计

5.6本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献