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上下料杭州桁架机器人仿真研究基本概况

发布日期:2021-10-30 11:52:00 来源:http://hangzhou.googolnb.com/news709733.html

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上下料桁架机器人仿真研究基本概况

工业机器人是一个综合机械、电子、计算机、自动控制、传感技术等多学科多领域的复杂系统,代表了当代科学技术发展活跃的领域之一。

桁架机器人也叫直角坐标机器人,是工业机器人的一种,由于其结构简单、运动精度高、工作范围广等优点,因而被广泛应用于上下料、搬运、喷涂、焊接、装配等工作中。桁架机器人主要以直线运动为主,由 X,Y 及 Z ( 或旋转) 方向分别提供 3 个独立的自由度,完成工作空间点的定位工作。上下料桁架机器人作为自动化生产线的重要组成部分,对整个系统起着至关重要的作用,必须保证桁架机器人正常工作情况下的运动精度及可靠性。因此,对桁架机器人的静、动态性能进行研究具有重要的意义。

国内外学者对桁架机器人都进行了大量的研究,实际工作中上下料桁架机器人产生的变形和振动将会直接影响其加工精度及稳定性,而采用传统的设计方法已越来越难以满足现代加工产品的高精度、高可靠性要求,因此,亟需寻求更精确、有效的现代设计方法来解决这问题。利用现代设计方法可以在计算机环境下进行桁架机器人的建模、仿真等操作,快速地研发出高刚度、高可靠性以及轻量化的桁架机器人

本文描述 SolidWorks-Workbench 平台对整体上下料桁架机器人两个典型工况进行三维实体建模和FEA 仿真分析,研究上下料桁架机器人的运动精度及稳定性,并为桁架机器人的进一步分析研究和结构优化提供理论指导。


1、桁架机器人的整体结构

桁架机器人应用于自动化生产线中,它主要代替人工进行上下料,高速高精度,能有效地提高生产效率。

例如:某生产线主要是基于 2台 16 轴加工中心和两台 RH19 桁架机器人并配套 1 台圆盘料仓、1 套转移翻转机构以及一条下料输送带,其动作流程: 首先Di一台 RH19 桁架机器人从料仓上一次性抓取 4 个毛坯工件,接着将其运输到Di一台 16轴加工中心进行Di一道工序加工,同时机器人将Di一台加工中心上加工好的工件抓取运输到转移翻转机构上,然后转移翻转机构将加工好的半成品工件运输到第二台 RH19 桁架机器人抓取对接位置处,接着第二台桁架机器人将转移翻转机构上的工件抓取运输到第二台 16 轴加工中心上进行第二序加工,然后第二台桁架机器人抓取第二台加工中心上加工好的工件运输到下料输送带上,完成下料,如此循环,组成两套机器人完成两台加工中心上下料的全自动生产线。而该自动化生产线能否顺利进行,关键取决于桁架机器人的运动精度和稳定性。

桁架机器人主要由横梁、竖梁、立柱、抓手系统、滑台装配、传动系统 ( 齿轮齿条机构) 以及伺服系统等几个部分组成,利用 SolidWorks 软件可建立三维实体模型。

2、桁架机器人有限元模型的建立

桁架机器人是一个复杂的装配体,直接将其进行网格划分和有限元分析会极大地影响网格划分质量和计算效率以及计算结果的准确性。因此,首先基于 SolidWorks 平台,将横梁、竖梁、滑台等部件上的螺纹孔、倒角等对整体机器人应力应变影响较小的细小结构进行简化。

然后将简化后的桁架机器人模型导入到 ANSYS[1]Workbench 中,为了达到合理的仿真分析效果,则需要有较好的网格质量,因此对桁架机器人的各个组成部件分别进行网格划分。

3、桁架机器人的静动态性能分析

桁架机器人在正常工作状态下,机械手在横梁上不断进行上升-水平移动-下降等动作,其运动精度及其稳定性必将会受到不同动态载荷的影响。

4、桁架机器人的疲劳寿命分析

在工程结构设计中,刚度、强度以及疲劳寿命是其 3 个基本的要求,疲劳损伤往往是工程机构失效的主要原因之一。随着桁架机器人的长期工作运行,疲劳损伤或破裂现象时有发生,因此,较为准确地预测桁架机器人的疲劳寿命对预防安全事故的发生尤为重要。


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