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机器人结构的优化分析工程机器人结构的有限元优化设计中,需要对设计方案多次修改、计算,关键词有限元,结构优化
1.问题的提出工业机器人是计算机技术出现后发展起来的一种新型机械结构,工作效率和机动性比传统机械高很多随之而来的是,机器人的结构设计在减少质量、提高刚度方面比传统机械结构有更高的要求在设计工作中,结构的最优化显得更为重要在结构的优化设计中,有限元法是一个比较有效的方法通常,建立模型和模型的修改都是手工完成的对于结构比较复杂或者需要修改的地方很多的情况下,优化的时间比较长其中计算时间相对较少,建模和结构修改所占比重较大如何减少建模和结构修改的的时间,是提高结构优化效率的关键APDL语言是ANSYS软件提供给用户的一个依赖于ANSYS程序的交互式软件___环境APDL语言具有类似一般计算机语言的常见功能,如类似于常数定义、变量定义和赋值的参数定义,分支和循环控制语句,类似于子程序调用的宏调用等功能除此以外,还包含有比较强的数学运算能力,如算术运算、比较、取整和标准FORTRAN的三角函数、指数函数、双曲函数等利用APDL语言还可以读取ANSYS程序数据库中的数据进行数学运算,以及建立分析模型,控制ANSYS程序的运行过程等功能图1所示是一个三杆并联的机器人结构的原始设计方案机器人的机座采用门式结构,三个驱动杆的长度可变,使得末端件能够完成指定的运动由于采用三个驱动杆,上横梁的核心部分呈等边三角形,如图2所示结构沿立柱平面无法设计成对称形式,横梁在两个立柱之间沿x方向的位置难以确定而且,原始设计方案的有限元分析结果表明,横梁与1驱动杆相联的悬伸端沿z向变形比较大,刚性比与
2、3杆相联的部分弱很多,约为其它两个杆所在部位刚度的十分之一这种刚度的不一致性给末端件在高工作载荷下的运动精度带来一定的影响确定上横梁沿x方向的位置是很有必要的对于上述问题,一般的优化策略是不断地改变上横梁的位置,经多次试算,最终找到一个合适的位置每次试算,都要根据计算结果修改模型,重新建模手工操作迭代过程,如果迭代次数比较多,很难避免出现失误,优化失败的几率比较高模型修正以后,上横梁的壁板和筋板形状会发生变化由于上横梁的内部结构形状比较复杂,壁板和筋板形状的变化对上横梁刚度的影响难以预测,试算的次数比较多,修改模型的工作量也...。