基于ANSYS Workbench 的送料機(jī)器人機(jī)械手靜力學(xué)分析

蘇長(zhǎng)青 丁凱元 薛凱勛 劉浩淼

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110136）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，送料機(jī)器人是能在高溫、高壓等極度惡劣的環(huán)境中工作的機(jī)器人,它具有操作方便，效率高等特點(diǎn)，它在某種程度上代替了人類的工作。因此對(duì)送料機(jī)器人的研究是有十分重要的意[1]。

本文以送料機(jī)器人機(jī)械手為研究對(duì)象，利用ANSYS Workbench 軟件建立了送料機(jī)械手的靜力學(xué)模型，并進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到其大臂和小臂的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D。不但證明了機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性，也為相關(guān)的部件的設(shè)計(jì)制造提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

圖1 送料機(jī)器人整體示意圖

1 靜力學(xué)模型的建立

圖1 為將送料機(jī)器人機(jī)械手用CATIA 將模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench 中[2]。

2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分是有限元分析的關(guān)鍵步驟之一，直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和正確性。本文采用自由網(wǎng)格劃分，如圖2、圖3 所示。

圖2 小臂的網(wǎng)格劃分

圖3 大臂的網(wǎng)格劃分

3 大臂和小臂的靜力學(xué)分析

其分別有兩個(gè)工作極限狀態(tài)，一是轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，一是轉(zhuǎn)動(dòng)到豎直位置。分析計(jì)算之后，應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D如圖4～圖7所示[4]。

圖4 大臂水平方向應(yīng)變?cè)茍D

圖5 大臂水平方向應(yīng)力云圖

圖6 大臂豎直方向應(yīng)變?cè)茍D

圖7 大臂豎直方向應(yīng)力云圖

由圖4～圖7 可知：送料機(jī)器人機(jī)械手大臂在水平方向最大應(yīng)變?yōu)?.5767×10-6m，豎直方向最大應(yīng)變?yōu)?.3691×10-6m；同理可得，送料機(jī)器人機(jī)械手小臂在水平方向最大應(yīng)變?yōu)?.7643×10-5m，豎直方向最大應(yīng)變?yōu)?.1803×10-6m；由此可知，符合要求。

4 結(jié)論

通過靜力學(xué)分析，從應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D中可看出，在正常工作狀態(tài)下應(yīng)力、應(yīng)變均在可承受的范圍之內(nèi)。所以說送料機(jī)器人機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，為下一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供可靠的基礎(chǔ)[5]。