考虑静动力学性能的钢质壁面作业机器人小臂结构拓扑优化

作     者：梁康养 严谨 庞翠娟 Liang Kangyang;Yan Jin;Pang Cuijuan

作者机构：广东海洋大学海洋工程与能源学院广东湛江524088 广东海洋大学船舶与海运学院广东湛江524005 

基　　金：广东省自然科学基金资助项目(2022A1515011562) 广东省促进经济高质量发展专项(粤融办函161号,GDNRC56) 湛江市科技计划项目(2020B01049) 

出 版 物：《机电工程技术》 (Mechanical & Electrical Engineering Technology)

年 卷 期：2023年第52卷第10期

页      码：145-148页

摘      要：钢质壁面作业机器人主要在垂直或倾斜的高空环境下进行清洁、探伤、焊接、除锈等作业,具有较高的轻量化和稳定性要求。机器人机械手小臂是连接大臂和执行末端的重要部件,具有外形尺寸大、板材厚度小和质量占比高的特点,整体受力大且长期处于振动状态,对结构的强度、刚度和振动等结构特性有较高要求。为对钢质壁面作业机器人机械手的小臂结构进行减重及提升结构特性,基于变密度法的优化算法,利用ANSYS Workbench有限元软件实现小臂结构的拓扑优化,进行轻量化设计。分析不同优化方案,得到同时考虑结构静、动力学性能的双目标能有效优化小臂结构。小臂结构优化设计后的质量下降了6.84%,等效应力降低了40.70%,总变形缩小14.43%,1阶固定频率增幅1.73%,达到轻量化降重效果,结构特性同时得以明显改善。研究结果有助于避免结构设计的盲目性,为下一步机器人整体结构的设计与优化提供思路,可为同类产品结构设计提供参考。

主 题 词：钢质壁面作业机器人 小臂 拓扑优化 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 080203[080203] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1009-9492.2023.10.027

馆 藏 号：203124222...