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SCARA机器人小臂结构特性分析.pdf

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SCARA机器人小臂结构特性分析.pdf

SCARA机器人小臂结构特性分析STRUCTURALCHARACTERISTICANALYSISOFTHESCARAROBOT’SSMALLARM硕士学位论文学科专业机械制造及其自动化研究生张红指导教师王刚教授天津大学机械工程学院二零零八年八月中文摘要SCARA机器人由于体积小,传动原理简单,被广泛运用于电子电气、家用电器,精密机械等领域。随着社会需求的增大和技术的进步,SCARA机器人将会得到迅速的发展。为了尽快将我国的装配机器人产业化,SCARA机器人的设计和生产单位急需对这种机器人的结构和性能进行充分的理论分析和优化。因此,研究和应用先进的分析计算方法,解决结构的优化问题,具有十分重要的理论意义和实用价值。本文针对SCARA机器人小臂,首先从最为有效的数值计算方法一有限单元法入手,通过弹性力学和有限元的相关理论分析,为小臂的结构特性分析奠定了理论基础;然后,利用ANSYS软件对小臂建立有限元分析模型,并在此基础上进行结构静力分析,研究其应力、应变分布状况,分析其强度和刚度等力学性能,为结构优化设计提供依据;又运用模态分析理论,在ANSYS模态分析软件中进行小臂模态分析,获取小臂的前五阶固有频率和振型,对小臂结构的振动特性进行了初步的研究。最后,本论文又利用ANSYS的优化功能,优化了小臂的截面尺寸,从而减少了小臂的质量。计算结果表明,本文所建立的有限元模型合理,静、动态分析结果准确,优化效果较为明显,为SCARA机器人的改进和今后的结构设计提供了依据。关键词SCARA机器人有限元分析ANSYS结构特性优化设计ABSTRACTTHESCARAROBOTISWIDELYUTILIZEDINTHEFIELDOFELECTRONIC.ELECTRICALHOUSEHOLD,PRECISIONMACHINERY,ANDSOON,FORITSSMALLINSIZEANDSIMPLEPRINCIPLE.WITHTHEACCRETIONOFDEMANDANDPROGRESSOFTECHNIQUE,THESCARAROBOTWILLBEDEVELOPEDQUICKLY.FORTHEINDUSTRIALIZATIONOFOURCOUNTRY’SASSEMBLYROBOTASSOONASPOSSIBLE,THEFULLTHEORETICALANALYSISANDOPTIMIZATIONTOTHESCARAROBOT’SSTRUCTUREANDCAPABILITYISURGENTLYNEEDEDFORDESIGNANDTHEPRODUCTIONUNIT.SO,STUDYANDAPPLYTHEADVANCEDMETHODOFANALYSISANDCALCULATION,SOLVETHEPROBLEMOFOPTIMIZATIONOFTHESCARAROBOT’SSTRUCTURE,WHICHISVERYIMPORTANTANDVALUABLE.TMSARTICLE’SATTENTIONISCONCENTRATEDONTHESMALLALTLLOFTHESCARAROBOT.FIRSTLY,STUDYTHETHEORIESOFELASTICITYANDFINITEELEMENTANALYSIS,WHICHISTHEFOUNDATIONOFANALYSISTHESMALLARLTL’SSTRUCTURE;THEN,BUILDAMODELOFTHESMALLARTNWITHTHEANSYSSOFTWARE,ANDANALYSISTHESTATICSOFITSSTRUCTURE,STUDYTHEDISTRIBUTIONOFSTRESSANDSTRAIN,ANALYSISTHEINTENSITYANDRIGIDITY,WHICHPROVIDEABASISFORTHEOPTIMUMDESIGNOFSTRUCTURE;ANDTHEN,THEMODELANALYSISOFSMALLANNISCARRIEDOILWITHTHEANSYSSOFTWAREBASEDONTHETHEORYOFMODALANALYSIS,THENTHEFIRSTFIVESTEPNATURALFREQUENCYANDVIBRATIONMODEISTOGET.FINALLY,BYUSINGTHEOPTIMIZATIONFUNCTIONOFTHEANSYSSOFTWARE,THESECTIONDIMENSIONSOFTHESMALLARMISOPTIMIZED,THUSTHEWEIGHTOFTHESMALLANNISREDUCED.THECOMPUTEDRESULTINDICATEDTHATFINITEELEMENTMODELISREASONABLE。THERESULTOFTHESTATICSTATEANDTHEDYNAMICANALYSISISACCURATE,THEEFFECTOFOPTIMIZATIONISOBVIOUS,WHICHPROVIDEATHEORETICALLYBASISFORTHEBETTERMENTANDDESIGNOFTHESCARAROBOT.KEYWORDSTHESCARROBOT,FINITEELEMENTANALYSIS,ANSYS,STRUCTURECHARACTERISTIC,OPTIMIZATIONDESIGN独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名狐红签字日期2口。8年罗月G日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤鲞基堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丕鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名弘红导师签名签字日期20000年罗月G日签字日期’伊纩年7月乒.日,

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