摘要：针对按经验法设计得到的焊接平台龙门架结构存在质量偏大和隔振能力较弱的问题,提出了一种基于有限元法—近似模型—遗传算法三者结合的多目标优化方法。通过对龙门架进行静力学与模态分析研究,获得了龙门架存在刚度与强度冗余的信息;以质量、最大静变形量、最大等效应力和1阶模态频率为性能指标,龙门架上7个尺寸参数为设计变量,选用中心复合试验设计对龙门架结构进行7因素5水平的仿真试验;根据响应面法构建近似模型代替龙门架有限元仿真模型,采用遗传算法对龙门架结构进行多目标求解优化。研究结果表明:优化后龙门架质量减少了7.34%,最大静变形量增加了0.0434mm,最大等效应力增加了4.16MPa,1阶模态频率提高了1.22Hz,有效避开了共振频率范围,隔振能力明显提升,可满足焊接平台的设计要求。

摘要：针对角钢法兰焊接机器人龙门架结构在设计过程中其强度和刚度满足设计要求而存在质量冗余的问题,提出了一种灵敏度分析与近似模型相结合的轻量化设计方法。利用SolidWorks与ANSYS软件建立了龙门架结构的CAD模型,对其进行了静动态特性分析;定义龙门架结构6个重要尺寸参数为设计变量,以龙门架结构总体质量最轻为优化目标;采用拉丁超立方试验设计(Design of Experiment,DOE)方法,获得了各设计变量的试验样本和对应的响应值,并对比分析了格里克(Kriging)模型和非参数回归(Non-Parametric Regression,NPR)模型建立的龙门架结构近似模型;在两种近似模型的基础上,采用多目标遗传算法(Multi-Objective Genetic Algorithm,MOGA)对龙门架结构优化目标函数进行求解。研究结果表明:优化后的龙门架结构总体质量减少了95.81 kg,其最大静变形量和最大等效应变分别增加了0.00355 mm、1.1035 MPa,并且1阶模态频率增加了15.69 Hz;研究成果为角钢法兰焊接机器人龙门架优化设计提供了重要参考依据。

摘要：针对焊接机器人龙门架组件齿轮齿条传动机构长期运行中易发生疲劳损坏的问题,提出利用ANSYS与nCode软件联合对齿轮齿条进行疲劳分析。建立齿轮齿条有限元模型,结合实际工况定义边界条件;在极端工况下对齿轮齿条进行瞬态动力学分析,得出最大穿透量较小,不会发生穿透现象,且最大等效应力远小于屈服极限,满足强度设计要求。为了研究不同摩擦系数、转速及负载对齿轮齿条在动载条件下疲劳寿命的影响,采用nCode DesignLife软件进行仿真分析,研究结果表明:在动载条件下,摩擦系数对齿轮齿条啮合时产生的等效应力影响较明显,转速对疲劳循环次数影响最大,摩擦系数对齿轮齿条疲劳损伤的影响最明显,该研究成果可为齿轮齿条抗疲劳优化提供理论指导。