摘要: 工业机械手已成为国家支柱产业之一的制造业必不可少的重要组成部分，各种新功用的机械手还在持续涌现。随着中国人口红利消失、用人成本逐年攀升，相当程度影响了制造业的可持续发展。随着“中国制造2025”的推出、产业转型升级的不断推进，工业机器人... 展开 工业机械手已成为国家支柱产业之一的制造业必不可少的重要组成部分，各种新功用的机械手还在持续涌现。随着中国人口红利消失、用人成本逐年攀升，相当程度影响了制造业的可持续发展。随着“中国制造2025”的推出、产业转型升级的不断推进，工业机器人作为智能装备的典型代表，国内制造业对其需求日益高涨。本文采用以CAD/CAE技术为核心的计算机辅助技术，从静力学与动力学两方面对五自由度连杆机构打磨机械手性能及相关影响因素进行了分析研究。 介绍机械手的技术参数、结构设计、工作流程及原理，完成了机械手各部分的机械结构设计；将机械手的三维模型导入到ADAMS中，开展机械手全工作流程的动力学仿真，分析评估机械手的运动空间及所能实现的姿态，得到各连杆变量的变化规律以及机械手末端的位置、运动速度和加速度的变化规律；分析砂轮切削厚度、砂轮转速及打磨节拍三种关键因素对机械手动态特性的影响规律，并得到各连杆、齿轮对的载荷及砂轮边缘的振动参数，为机械手的优化设计提供依据。 在对模型进行合理简化的基础上，选用适当的单元类型和单元尺寸划分网格，应用ANSYS Workbench软件对有限元模型进行有限元及模态计算，得到机械手在典型工作姿态下的应力云图与位移云图，该机械手在典型姿态下的整体应力水平不高，强度满足要求，尤其是横梁的强度富裕量较大；并计算得到关键部件主梁、横梁及转台的各阶固有频率和模态振型，为机械手的改进提供数据支撑。 在整体布局合理的前提下，保证足够的结构强度，同时轻量化以减少惯性力，对关键部件进行结构优化设计。以虚拟样机动力学分析、静力学分析与模态分析结果为基础，利用有限元方法计算关键部件横梁的力学行为，设计区域体积最小作为优化目标，进行拓扑优化计算；以拓扑优化的计算结果为参考，设计得到新的结构方案；通过力学特性与模态参数验证并对比新的结构方案，得到一个优化的机械手横梁构型，最终达到结构轻量化及优化机械手的动态特性的目的。 收起