【摘要】：針對一種工業(yè)型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機器人設(shè)計了一種懸臂梁式腕力傳感器彈性體結(jié)構(gòu)形式,對其材料的選取進行了說明,利用有限元分析軟件ANSYS對其進行了建模、設(shè)置約束、施加載荷,最后查看了彈性體的應(yīng)變圖并對其進行了強度、剛度校核。分析結(jié)果顯示,該彈性體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能良好,應(yīng)變片粘貼梁處應(yīng)變大,符合該機器人使用要求。
【圖文】：

雙端固定梁桁架梁懸臂梁八角環(huán)(垂直方向)八角環(huán)(切向)靈敏度β靜剛度K靈敏度β靜剛度K靈敏度β靜剛度K靈敏度β靜剛度K靈敏度β靜剛度K3L/4Ebh216Ebh3/L33L/4Ebh216Ebh3/L36L/Ebh3Ebh3/4L31．09Ｒ/Ebh2Ebh3/0．715Ｒ32．18L/Ebh2Ebh3/3．7681．2彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇在懸臂梁結(jié)構(gòu)的彈性體中，十字浮動交叉梁結(jié)構(gòu)是最典型的一種，應(yīng)用也最廣泛。因此，選用十字浮動交叉梁結(jié)構(gòu)彈性體為腕力傳感器的變形元件。根據(jù)實驗室機器人腕部結(jié)構(gòu)的尺寸，設(shè)計出的彈性體如圖1所示，在進行彈性體分析時，認(rèn)為其底座和中心臺為理想剛體，當(dāng)浮動梁的變形量大于主梁的變形量的20倍時，可忽略主梁的變形量，而將主梁簡化為懸臂梁結(jié)構(gòu)進行分析。圖1彈性體主體結(jié)構(gòu)及名稱目前，國內(nèi)外機器人所用腕力傳感器的彈性體材料多采用LY12硬鋁和40Cr。由于LY12硬鋁價格便宜、易于加工，且其密度只有40Cr的1/3左右。所以本傳感器彈性體材料采用LY12硬鋁合金。LY硬鋁的主要機械性能參數(shù)如表2所示。表2LY硬鋁的機械性能參數(shù)彈性模量E/(1010N·m－2)剪切模量G/(1010N·m－2)密度ρ/(103kg·m－3)泊松比μ屈服強度σs/(kN·m－2)7．22．72．780．333．42彈性體力學(xué)性能分析本文將利用ANSYS分析軟件對研制出的腕力傳感器彈性體進行有限元分析，主要研究其力學(xué)性能。2．1彈性體有限元模型的建立本文所采用的彈性體結(jié)構(gòu)作為整體，用LY12硬鋁合金一次性加工成型，這樣的結(jié)構(gòu)可使傳感器的剛度、靈敏度等都有很大的提升。本文選用ANSYS中的SOLID95高精度實體單元作為仿真的單元，智能網(wǎng)格劃分控制，使彈性體主梁上每條線劃分為15份，其余由ANSYS自動劃分

體力學(xué)性能分析本文將利用ANSYS分析軟件對研制出的腕力傳感器彈性體進行有限元分析，主要研究其力學(xué)性能。2．1彈性體有限元模型的建立本文所采用的彈性體結(jié)構(gòu)作為整體，用LY12硬鋁合金一次性加工成型，這樣的結(jié)構(gòu)可使傳感器的剛度、靈敏度等都有很大的提升。本文選用ANSYS中的SOLID95高精度實體單元作為仿真的單元，智能網(wǎng)格劃分控制，，使彈性體主梁上每條線劃分為15份，其余由ANSYS自動劃分，最后得到的有限元模型共有44145個節(jié)點，26454個單元。在ANSYS中進行彈性體的實體建模模型及網(wǎng)格劃分后的結(jié)果如圖2所示。圖2ANSYS中彈性體劃分網(wǎng)格后模型2．2設(shè)置約束及施加載荷網(wǎng)格劃分后要對彈性體模型進行約束的設(shè)置，彈性體的底座和機器人的手臂相連接，使用4個螺栓使其連接在一起，可看做剛性連接。所以，對彈性體模型底部的設(shè)置要使其全部的自由度為零。接下來要對彈性體模型施加集中力/力矩。根據(jù)該傳感器的測力要求和實際中機器人手腕的受力情況，這里確定6種典型的工況:通過坐標(biāo)原點，分別沿X，Y，Z方向及繞X，Y，Z方向作用于彈性體十字梁的集中力與力矩分別為:Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz。在力/力矩加載中，坐標(biāo)原點設(shè)定在中心臺的中心位置。由于彈性體的對稱結(jié)構(gòu)，在Fx，F(xiàn)y和Mx，My作用下的彈性體變形及應(yīng)變情況相似。故只對Fx，F(xiàn)z和Mx，Mz進行分析。腕力傳感器實際工作中，彈性體通過中心臺上的4個螺栓和機器人手連接在一起，這樣手的受力就通過4個螺栓傳遞給了傳感器的彈性體，所以力/力矩加載應(yīng)在中心臺的4個螺栓相應(yīng)位置(注:中心臺上4個孔即為螺栓孔位置)施加單維力和力矩，設(shè)定個坐標(biāo)軸正方向為正，力矩方向由右手定則判斷。通過查看求解后應(yīng)變圖，就可以了解
【作者單位】： 中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所;
【分類號】：TP212

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐科軍,李成,朱志能,劉家軍;機器人腕力傳感器動態(tài)響應(yīng)的實時補償[J];自動化學(xué)報;2001年05期

2 王剛,孫雷;一種具有簡單結(jié)構(gòu)的機器人腕力傳感器[J];機床與液壓;2002年01期

3 唐慧強,黃惟一;智能化腕力傳感器的設(shè)計[J];機器人;2003年01期

4 許德章,吳仲城,葛運建,申飛,戈瑜;機器人六維腕力傳感器耦合矩陣的確定與攝動分析[J];儀器儀表學(xué)報;2005年01期

5 ;光機電[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2008年08期

6 李相彬;;機器人腕力傳感器[J];機械與電子;1991年01期

7 徐科軍,杜濤;腕力傳感器多維時序建模[J];自動化儀表;1994年01期

8 王全玉,趙杰,蔡鶴皋;六維柔性腕力傳感器的設(shè)計研究[J];機器人;1996年05期

9 金振林,高峰,陳貴林;新型3-2-1正交結(jié)構(gòu)機器人六分量腕力傳感器設(shè)計[J];機械設(shè)計;2001年05期

10 崔巖,崔澤;一種新型機器人柔性腕力傳感器的設(shè)計[J];機械與電子;2004年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 曹效英;黃惟一;;直接驅(qū)動主從遙控操作系統(tǒng)的分析[A];1995中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1995年

2 楊朝虹;張海珠;;機器人技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[A];先進制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2006年

3 王明輝;王楠;李斌;;面向災(zāi)難救援的機器人控制站系統(tǒng)設(shè)計[A];中國儀器儀表學(xué)會第十二屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

4 郭戈;王燕;王偉;;一種多機器人協(xié)作方法[A];第二十屆中國控制會議論文集（下）[C];2001年

5 崔世鋼;邴志剛;彭商賢;王玉東;;基于遠程腦概念的服務(wù)機器人開發(fā)平臺的設(shè)計與研究[A];先進制造技術(shù)論壇暨第二屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2003年

6 楊瑩;丁X;許侃;;國際機器人科學(xué)知識前沿演化的可視化分析[A];科學(xué)學(xué)理論與科學(xué)計量學(xué)探索——全國科學(xué)技術(shù)學(xué)暨科學(xué)學(xué)理論與學(xué)科建設(shè)2008年聯(lián)合年會論文集[C];2008年

7 唐矯燕;趙群飛;黃杰;楊汝清;;基于兩足步行椅機器人的人在環(huán)中的助殘機器人控制系統(tǒng)[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

8 薛頌東;曾建潮;杜靜;;具運動學(xué)特性約束的群機器人目標(biāo)搜索[A];2009中國控制與決策會議論文集（2）[C];2009年

9 張國偉;李斌;龔海里;王聰;鄭懷兵;;廢墟洞穴搜救機器人控制軟件設(shè)計與實現(xiàn)[A];中國儀器儀表學(xué)會第十二屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

10 崔世鋼;方景林;劉嘉q;彭商賢;邴志剛;;服務(wù)機器人開發(fā)中測控問題的研究[A];中國儀器儀表學(xué)會第五屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 陳琳;機器人總動員[N];第一財經(jīng)日報;2010年

2 記者 孫亞斐;千余支隊伍攜機器人亮相金城[N];蘭州日報;2011年

3 崔鑫;機器人也能和您一起下廚[N];北京科技報;2012年

4 本報記者　 陳淑娟;機器人走近生活[N];計算機世界;2006年

5 財宣邋Q孟推

本文編號：2522769