一種機器人倍速平移機構的結構設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機器人倍速平移機構的結構設計方法，屬于機械設備設計領域，包括：模擬所述主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷，并分析得出動態(tài)載荷；將所述動態(tài)載荷施加到所述主梁上，計算出所述主梁的等效靜態(tài)載荷；以所述主梁的等效靜態(tài)載荷為邊界條件，采用變密度法對主梁結構進行拓撲優(yōu)化設計。本發(fā)明的技術方案通過將機器人倍速平移機構主梁的等效靜態(tài)載荷作為邊界條件，基于變密度法得到主梁的最優(yōu)材料分布，最終得到一種具有最優(yōu)綜合性能的倍速平移機構，能夠在減輕結構重量的同時，減小最大變形，滿足了機器人快速、高精度的工作要求。
【專利說明】一種機器人倍速平移機構的結構設計方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械設備設計領域，涉及一種結構設計方法，尤其涉及一種適用于機器人倍速平移機構的結構設計方法。

【背景技術】
[0002]沖壓機器人作為一種自動化系統(tǒng)中的搬運平臺，已經(jīng)被廣泛地應用于汽車和航空航天行業(yè)。機器人技術日益完善，向著高速、高重復定位精度和小工作空間的方向發(fā)展。
[0003]但由于移動速度快，機器人倍速平移機構在高速運動中會產(chǎn)生很大的慣性力，導致部件發(fā)生變形，影響機構的定位精度。同時，對于驅(qū)動機器人來講，倍速平移機構的重量是附加的負載，因此在滿足一定剛度條件下減少倍速平移機構的質(zhì)量，不僅可提高搬運機器人的操作精度和生產(chǎn)節(jié)拍，而且可減小機器人的驅(qū)動功率，降低能耗。
[0004]目前，對機器人倍速平移機構的設計多數(shù)采用經(jīng)驗類比的設計方法。但是這種方法簡單、依靠人工經(jīng)驗、精確度不高，同時時間長、成本高，難以適應機器人快速、高精度的工作要求，因此，本領域的技術人員致力于解決機器人平移機構的重量問題，實現(xiàn)平移機構的輕量化設計。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明通過模擬機器人倍速平移機構的主梁的實際工況，得到主梁的動態(tài)載荷，并采用等效靜態(tài)載荷法計算主梁的等效靜態(tài)載荷。以等效靜態(tài)載荷施加于主梁上，基于變密度法得到主梁的最優(yōu)材料分布，最終得到一種具有最優(yōu)綜合性能的倍速平移機構，能夠在減輕結構重量的同時，減小最大變形，滿足了機器人快速、高精度的工作要求。
[0006]為達到上述目的，具體技術方案如下:
[0007]提供了一種機器人倍速平移機構的結構設計方法，所述機器人倍速平移機構包括主梁，其特征在于，所述結構設計方法包括:
[0008]步驟1，模擬所述主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷，并分析得出動態(tài)載荷；
[0009]步驟2，將所述動態(tài)載荷施加到所述主梁上，計算出所述主梁的等效靜態(tài)載荷；
[0010]步驟3，以所述主梁的等效靜態(tài)載荷為邊界條件，采用變密度法對主梁結構進行拓撲優(yōu)化設計。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟I中通過多體動力學仿真分析技術建立所述倍速平移機構的多體動力學模型來模擬所述主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟2中通過瞬態(tài)響應分析，得到動態(tài)載荷產(chǎn)生的位移場，運用等效靜態(tài)載荷法，計算等效靜態(tài)載荷。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟3中的拓撲優(yōu)化設計的數(shù)學模型如下式(I)中所示:
[0014]Minimize Umax
[0015]s.t.V ^ Vmax(I),
[0016]式中Uniax為主梁結構最大應變能，V為主梁結構的體積，Vmax為給定的主梁結構體積上限。
[0017]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的技術方案通過將機器人倍速平移機構的主梁的等效靜態(tài)載荷作為邊界條件，基于變密度法得到主梁的最優(yōu)材料分布，最終得到一種具有最優(yōu)綜合性能的倍速平移機構，能夠在減輕結構重量的同時，減小最大變形，滿足了機器人快速、高精度的工作要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1是本發(fā)明實施例中某型號倍速平移機構的主梁結構優(yōu)化前的結構示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例中主梁單元密度云圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例中優(yōu)化后主梁結構示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0024]以下將結合附圖對本發(fā)明的實施例做具體闡釋。
[0025]本發(fā)明的實施例的一種機器人倍速平移機構的結構設計方法，其中機器人倍速平移機構包括具有對稱結構的主梁。結構設計方法包括:
[0026]步驟I和2，模擬主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷，并分析得出動態(tài)載荷。將動態(tài)載荷施加到主梁上，運用等效靜態(tài)載荷法確定主梁的等效靜態(tài)載荷。
[0027]在不考慮阻尼條件下，等效靜態(tài)載荷f；,可由以下方式表達:
[0028]

【權利要求】
1.一種機器人倍速平移機構的結構設計方法，所述機器人倍速平移機構包括主梁，其特征在于，所述結構設計方法包括: 步驟1，模擬所述主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷，并分析得出動態(tài)載荷； 步驟2，將所述動態(tài)載荷施加到所述主梁上，計算出所述主梁的等效靜態(tài)載荷； 步驟3，以所述主梁的等效靜態(tài)載荷為邊界條件，采用變密度法對主梁結構進行拓撲優(yōu)化設計。
2.如權利要求1所述的機器人倍速平移機構的結構設計方法，其特征在于，所述步驟I中通過多體動力學仿真分析技術建立所述倍速平移機構的多體動力學模型來模擬所述主梁在現(xiàn)實工況中所受的載荷。
3.如權利要求1所述的機器人倍速平移機構的結構設計方法，其特征在于，所述步驟2中通過瞬態(tài)響應分析，得到動態(tài)載荷產(chǎn)生的位移場，運用等效靜態(tài)載荷法，計算等效靜態(tài)載荷。
4.如權利要求1所述的機器人倍速平移機構的結構設計方法，其特征在于，所述步驟3中的拓撲優(yōu)化設計的數(shù)學模型如下式(I)中所示:
Minimize Umax s.t.Vfflax(I)， 式中Umax為主梁結構最大應變能，V為主梁結構的體積，Vfflax為給定的主梁結構體積上限。
【文檔編號】G06F17/50GK104182584SQ201410422385
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】楊琴琴, 丁曉紅, 汪兵兵, 朱益晨, 童梁 申請人:上海發(fā)那科機器人有限公司