工业机器人的结构分析与优化
工业机器人的系统组成及各部分作用
工业机器人的系统组成及各部分作用一、引言工业机器人是一种自动化操作装置，主要用于工业生产中重复性高、作业环境危险的工作。
它的出现不仅提高了生产效率，而且还减少了人力成本和劳动强度。
要了解工业机器人的系统组成及各部分作用，我们需要从整体系统结构、各部分功能和作用等方面进行深入分析。
二、系统组成1. 机械结构机械结构是工业机器人的主体框架，它由基座、臂部、手部等部分组成，用于支撑和连接其他各部分。
其中，基座是机器人的底部支撑，臂部是机器人的动作执行部分，手部是机器人的操作器具，通过各部件的灵活组合，可以完成各种工业操作任务。
2. 控制系统控制系统是工业机器人的大脑，包括传感器、控制器、执行器等组成部分。
传感器用于获取外部环境的信息，控制器用于对机器人的动作进行指令和控制，执行器则是根据控制器的指令完成各项操作任务。
三、各部分作用1. 机械结构机械结构的作用是支撑和连接机器人的各部分，使之能够进行灵活的运动和操作。
通过合理的结构设计，可以实现机器人的高效作业和灵活操作，提高生产效率。
2. 控制系统控制系统的作用是实现机器人的自动化操作，传感器用于获取外部环境信息，控制器通过对信息的处理和分析，指挥执行器完成任务。
这种自动化操作不仅可以提高生产效率，还可以降低人力成本和减少劳动强度，同时也能保证生产过程中的安全性。
四、个人观点和理解通过对工业机器人的系统组成及各部分作用进行全面分析，我们可以深刻理解工业机器人的工作原理和作用。
我认为，工业机器人的出现标志着人类生产方式的进步和自动化水平的提高，它不仅可以大幅度提高生产效率，还可以降低生产成本，实现可持续发展和智能制造。
五、总结与展望通过本文的探讨，我们对工业机器人的系统组成及各部分作用有了更深入的了解。
在未来，随着科技的发展和人工智能技术的应用，工业机器人的性能和作用将会不断提升，我们期待工业机器人能够在更多领域发挥作用，为人类生活和生产带来更多便利。
工业机器人的系统组成及各部分作用是一个复杂而又精密的系统工程，它的实现对于提高整个生产效率和改善生产环境起着至关重要的作用。
搬运机器人结构设计与分析设计说明
搬运机器人结构设计与分析摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。
目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。
通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。
此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。
通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。
关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work.The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot.Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating第1章总论1.1 概述搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
工业机器人设计与实例详解
工业机器人设计与实例详解工业机器人是一种具有高度自动化和智能化的机器设备。
它广泛应用于各种制造领域，如汽车制造、电子制造、医疗器械制造等。
本文将详细介绍工业机器人的设计与实例。
一、工业机器人的设计1.结构设计工业机器人的结构设计包括机械结构、传动系统、控制系统和电气系统等。
机械结构应具有足够的刚度和精度，使机器人能够承受重载和高速度。
传动系统应具有高精度和高效率，以确保机器人的高速度和精度。
控制系统应具有高性能和高稳定性，以确保机器人的高精度和高速度。
电气系统应具有高可靠性和高效率，以确保机器人的稳定性和运行效率。
2.运动学设计工业机器人的运动学设计是机器人设计中非常重要的一个方面。
它涉及机器人的轨迹规划、运动学正逆问题、末端执行器设计和动力学分析等。
运动学设计应满足机器人的高速度和高精度要求。
3.控制算法设计工业机器人的控制算法设计关键是机器人的路径规划和控制系统的设计。
路径规划应采用高效的算法，以实现机器人的高速度和高精度。
控制系统的设计应具有高性能和高稳定性，以确保机器人的高速度和高精度。
二、工业机器人的实例1.汽车制造在汽车制造中，工业机器人被广泛应用于车身焊接、喷漆、车体检测和零件加工等领域。
通过使用工业机器人，可以实现车身的高精度和高效率生产，提高汽车制造的质量和效率。
2.电子制造在电子制造中，工业机器人被广泛应用于半导体生产和电子零件组装等领域。
通过使用工业机器人，可以实现电子产品的高精度和高效率生产，提高电子制造的质量和效率。
3.医疗器械制造在医疗器械制造中，工业机器人被广泛应用于手术器械生产和医疗器械组装等领域。
通过使用工业机器人，可以实现医疗器械的高精度和高效率生产，提高医疗器械制造的质量和效率。
综上所述，工业机器人的设计与实例是机器人技术中的重要方面。
要设计出高精度、高效率、高性能和高稳定性的工业机器人，需要考虑机器人的结构设计、运动学设计和控制算法设计等方面。
同时，工业机器人在汽车制造、电子制造和医疗器械制造等领域中的广泛应用，为制造业的高质量和高效率生产提供了有力的保障。
工业机器人机器人本体设计分析
工业机器人机器人本体设计分析声明：本文内容信息来源于公开渠道，对文中内容的准确性、完整性、及时性或可靠性不作任何保证。
本文内容仅供参考与学习交流使用，不构成相关领域的建议和依据。
一、机器人结构设计机器人的结构设计是指针对特定任务和工作环境，对机器人的外形、连接方式、关节结构等进行设计和优化的过程。
合理的机器人结构设计能够提高机器人的功能性、灵活性和稳定性，从而更好地完成各种任务。
下面将从机器人的外形设计、连接方式设计以及关节结构设计三个方面详细论述机器人结构设计相关内容。
（一）外形设计1、外形尺寸设计：机器人的外形尺寸设计需要考虑到工作空间的限制以及任务的需求。
合理的外形尺寸设计可以使机器人在狭小的空间内自由移动，并且能够达到所需的工作范围。
2、外形材料选择：机器人的外形材料选择应考虑到机器人的使用环境和任务特点。
例如，在潮湿的环境中工作的机器人可以选择防水材料，而在高温环境中工作的机器人则需要选择耐高温材料。
3、外形形状设计：机器人的外形形状设计既要满足机器人的运动需求，又要符合人类对机器人的认知和接受。
因此，外形形状设计需要考虑到机器人的动态特性和人机交互的需求。
（二）连接方式设计1、运动连接方式设计：机器人的运动连接方式包括传动装置、连接结构等。
传动装置的设计应满足机器人的工作要求，如速度、精度、承载能力等。
连接结构的设计应具有稳定性和刚度，以确保机器人在高速和大力矩下不发生松动或变形。
2、电气连接方式设计：机器人的电气连接方式包括电缆布线、接插件等。
电缆布线的设计应考虑到机器人的自由度和运动范围，并保证电缆的可靠性和耐久性。
接插件的选择和布局应方便维护和更换。
3、通讯连接方式设计：机器人的通讯连接方式包括传感器和控制系统之间的通讯方式。
合理的通讯连接方式可以提高机器人的响应速度和数据传输效率，从而提高机器人的工作效率和稳定性。
（三）关节结构设计1、关节类型选择：关节是机器人身体各部分连接起来并实现运动的重要组成部分。
工业机器人的控制系统设计与优化
工业机器人的控制系统设计与优化工业机器人作为现代制造业的重要设备，已经广泛应用于各个领域。
而实现机器人的高效运作，则离不开一个精心设计和优化的控制系统。
工业机器人的控制系统设计与优化是提高机器人工作效率、精度和可靠性的核心要素之一。
本文将从控制系统的设计、优化和相关技术方面进行讨论。
一、工业机器人的控制系统设计1. 控制系统的组成工业机器人的控制系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件包括电机、传感器、执行器等设备。
而软件包括机器人的程序以及对程序的控制和监控等。
在设计控制系统时，需要根据机器人的具体任务需求，选择合适的硬件设备和软件平台。
2. 控制系统的架构工业机器人的控制系统通常采用分布式控制架构。
在这种架构下，主控制器负责整体控制，并负责与外部设备进行通信。
而子控制器则负责执行具体的任务，如运动控制、传感器数据采集等。
这种架构具有扩展性和灵活性，可以满足不同的应用需求。
3. 运动控制在工业机器人的控制系统中，运动控制是其中一个重要的部分。
通过运动控制，可以实现机器人的高速、高精度的运动。
传统的运动控制方法包括位置控制和轨迹控制。
而现代的运动控制方法，如模型预测控制和自适应控制等，可以进一步提高机器人的运动精度和鲁棒性。
4. 传感器与反馈控制传感器在工业机器人的控制系统中起着重要的作用。
通过传感器，可以获取机器人当前的状态信息，包括位置、力量、速度等。
而反馈控制则是根据传感器反馈的信息，动态调整机器人的控制策略，使其达到期望的运动状态。
常见的传感器包括编码器、力传感器、视觉传感器等。
二、工业机器人控制系统的优化1. 程序优化在设计工业机器人的控制系统时，需要对控制程序进行优化。
程序优化可以通过减少冗余代码、合理选择算法和数据结构等方式来提高程序的执行效率和响应速度。
此外，为了保证程序的可靠性和稳定性，还需要进行错误处理和异常处理。
2. 运动路径规划运动路径规划是工业机器人控制系统优化的关键技术之一。
工业机器人的成本结构分析与降低途径
工业机器人的成本结构分析与降低途径工业机器人是一种通过自动化技术和电子科技来代替人力完成重复性、高强度、高危险性工作的装置。
然而，由于其成本较高，使得许多企业在引入机器人时面临着挑战。
本文将对工业机器人的成本结构进行分析，并提供相应的降低成本的途径。
I. 成本结构分析工业机器人的成本结构通常包括以下几个方面：1. 机器人本体成本：机器人的核心构成部分，包括机械结构、电控系统、传感器等，这些部件的品质和性能将直接影响到机器人的定价。
2. 研发与设计成本：机器人的研发与设计工作需要大量的人力和物力投入，包括工程师的薪资和开发软硬件所需的费用等。
3. 生产与制造成本：机器人的生产与制造需要相应的生产线和设备，成本包括材料、人工、设备采购等。
4. 安装与调试成本：机器人在实际使用前需要进行安装和调试，包括对机器人进行测试、调整和培训操作人员等。
5. 运营与维护成本：机器人在运营过程中需要进行维护和保养，包括维修零部件、更换附件、软件升级等。
II. 降低成本的途径为了降低工业机器人的成本，可以从以下几个方面着手：1. 优化机器人设计：通过对机器人的结构和组件进行优化设计，选择合适的材料和工艺，可以降低制造成本和提高机器人的性能。
2. 自主研发与降低知识产权费用：企业可以自主进行研发和设计，减少对专利技术的依赖，降低知识产权费用。
3. 自动化生产线：建立自动化生产线可以提高生产效率，降低用工成本，同时可以与机器人进行协同作业，提高机器人的使用效率。
4. 引入柔性制造技术：柔性制造技术可以提高机器人的适应性和智能化，减少机器人的改造和维护成本。
5. 降低安装与维护成本：合理的安装和调试计划可以减少机器人的安装与调试成本，定期维护和保养可以延长机器人的使用寿命。
6. 提高机器人的可信度和稳定性：稳定可靠的机器人可以减少故障率和维修成本，提高机器人的使用效率。
总结：工业机器人的成本结构分析是企业引入机器人前的重要一步，了解成本结构可以帮助企业更好地制定合理的成本控制方案。
工业机器人的夹具设计与优化
工业机器人的夹具设计与优化一、引言在现代制造业中，工业机器人被广泛应用于各个领域，如汽车制造、电子制造、医疗器械等。
工业机器人的夹具是机器人系统中至关重要的一部分，它能够确保工件的稳定固定，提高生产效率和质量。
本文将探讨工业机器人的夹具设计与优化的相关问题。
二、夹具设计原则1. 刚性要求：夹具必须具备足够的刚性，以确保工件在加工过程中不发生形变或位移。
刚性强的夹具可以提高加工精度和稳定度。
2. 定位精度：夹具需要具备良好的定位精度，使工件能够准确的与机器人操作系统进行配合。
这样可以确保加工过程中的精度和一致性。
3. 适应性：夹具设计应考虑到工件的不同形状、尺寸和材料特性，以便适应不同的加工任务。
4. 操作便捷性：夹具设计应尽量简化操作过程，减轻操作人员的劳动强度，并提高操作效率。
5. 安全性：夹具设计必须符合安全标准，确保操作人员的生命安全和身体健康。
三、夹具设计的步骤1. 确定加工要求：夹具的设计应根据加工要求确定，包括工件形状、尺寸、材料等方面的要求。
2. 分析工件特点：对于不同形状和材料的工件，需要分析其特点，确定夹具的形状、结构和材料。
3. 设计夹具结构：根据工件的特点和加工要求，设计夹具的结构，包括夹具的定位元件、夹持元件和固定元件等。
4. 选择夹具材料：夹具的材料应根据工件的材料和加工要求选择，具备足够的硬度、韧性和耐磨性。
5. 进行夹具分析：通过有限元分析等方法，对夹具进行分析评估，保证夹具的刚度和稳定性。
6. 进行夹具试制：设计完成后，进行夹具的试制和实验验证，检验夹具的性能和可靠性。
四、夹具优化方法1. 材料优化：选择合适的夹具材料，以提高夹具的刚度和耐用性。
采用高强度、高韧性的材料，如合金钢、钢铁等。
2. 结构优化：通过改变夹具的结构和布局，提高夹具的稳定性和刚度。
例如使用支撑结构、加强连接部位等。
3. 重量优化：夹具的重量对机器人的运动速度和稳定性有影响。
可以通过减少夹具的重量，提高机器人的运动效率。
SCARA机器人结构设计与动力学分析
基于上述动力学特性分析的结果，可以进一步进行SCARA机器人的结构设计。
SCARA机器人结构设计
SCARA机器人的结构设计应该根据实际应用需求和动力学特性进行优化，以 提高机器人的性能和精度。以下是一些关键的结构设计要素：
1、机构运动副：机构运动副是连接各连杆和关节的要素，直接影响机器人 的运动精度和稳定性。应该选择低摩擦、高精度和高耐用的运动副类型，如球面 副、平面副等，以保证机器人的运动精度和长期稳定性。
5、防震设计：在机器人结构设计中，防震设计也是非常重要的一环。可以 通过在关节或连杆中加入阻尼器、优化结构设计等方法来减小机器人的震动和提 高其稳定性。
6、人机交互设计：在SCARA机器人结构设计中，还需要考虑人机交互的问题。 可以通过在末端执行器上安装安全装置、设置可视化界面等方式来提高机器人的 安全性和易用性，使机器人更加方便快捷地完成各种任务。
SCARA机器人结构设计与动力 学分析
引言
SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）机器人是一种常见 的工业机器人，因其具有良好的空间运动能力和高精度定位而被广泛应用于电子 装配、玩具制造、医药包装等领域。SCARA机器人的结构与动力学分析是提高其 性能和精度的重要基础。本次演示将详细介绍SCARA机器人的结构，分析其动力 学特性，并进行结构设计。
21、惯性张量：惯性张量是描述机器人惯性特性的重要参数，包括绕三个轴 的旋转惯量和质量分布等信息。惯性张量的准确计算和控制对于实现SCARA机器 人的稳定运动和精确定位具有重要意义。
211、动力传递：动力传递是SCARA机器人运动的重要环节。通过合理的动力 传递路径和机构设计，可以实现机器人各关节的协调运动，提高机器人的整体性 能和精度。同时，还需要考虑驱动器的选择和优化，以提高机器人的动力输出和 效率。
机械设备的结构优化设计
机械设备的结构优化设计随着科技的不断进步，机械设备在工业生产和日常生活中扮演着极为重要的角色。
而机械设备的结构优化设计则是提高机械设备性能和效率的关键。
本文将从结构优化设计的概念、优化的方法和具体案例等方面进行探讨。
一、结构优化设计的概念结构优化设计是指通过改变机械设备的结构形式，使其在给定的条件下达到最佳的性能和效率。
结构优化设计的目标是在满足机械设备的功能和性能要求的前提下，尽可能地减少材料的使用量，降低成本，提高可靠性和安全性。
它涉及到材料的选择、零部件的布局和连接等方面的考虑，需要综合考虑各种因素的影响。
二、结构优化设计的方法1. 材料优化：选择合适的材料是结构优化设计的基础。
不同的材料具有不同的物理性质和机械性能，因此需要根据具体的应用需求选择合适的材料。
在材料的选择过程中，需要考虑机械强度、耐磨性、导热性等因素的影响。
2. 拓扑优化：拓扑优化是一种常用的结构优化设计方法。
它通过改变结构的形状和布局来达到优化的效果。
通常会利用计算机辅助设计软件进行拓扑优化分析，通过数学模型和算法确定最佳的结构形式。
拓扑优化方法可以帮助设计师提供一些意想不到的形状和结构，以提高机械设备的性能和效率。
3. 参数优化：参数优化是指在给定的结构形式下，通过对结构参数的调整来实现最佳的设计效果。
在参数优化过程中，需要根据具体的设计需求确定设计目标和约束条件，通过数学模型和优化算法寻找最佳的参数组合。
三、结构优化设计的案例1. 案例一：某汽车发动机气缸头的结构优化设计某汽车发动机气缸头在原设计上存在材料消耗过大、重量较重等问题。
通过拓扑优化分析，设计师确定了气缸头的最佳形状，并采用了轻量化材料进行制造。
经过优化设计后，气缸头的重量减少了20%，材料消耗减少了30%，同时保持了原有的功能和性能。
2. 案例二：某工业机器人的结构优化设计某工业机器人在原设计上存在结构不稳定、承载能力不足等问题。
通过参数优化分析，设计师对机器人的关键结构参数进行了调整，并增加了加固结构。
机器人力学分析与优化设计
机器人力学分析与优化设计机器人是一种用于替代人力完成某些特定任务的机械装置，其在工业生产、医疗服务、家庭助理等领域得到了广泛应用。
机器人的效率与精度受到其机械结构及动作控制的限制。
其中，机器人力学则是优化机器人的机械结构以提高其运动控制和操作能力的重要手段。
机器人力学是通过分析机器人的运动学、动力学和力学模型来研究机器人机械结构与动作控制的学科。
具体来说，机器人运动学主要研究机器人的运动轨迹、速度和加速度等；机器人动力学则研究机器人的受力、动量和能量等；机器人力学模型则是基于机器人的运动学与动力学来建立机器人力学模型。
这些理论分析结果能够帮助机器人生产商和使用者更准确地评估机器人的性能，并优化机器人的设计和控制算法。
机器人机械结构的优化设计是机器人力学分析的重要应用，其既可以通过改变机器人的结构形态以适应特定任务的需求，也可以通过控制机器人节点的质量和惯性矩等参数以实现更好的控制。
以下是三种常见的机器人结构优化设计。
首先，串联机器人结构是由多个臂部和连接器组成的机器人结构。
通过改变臂部长度、方向和连接器的种类和数量，可以改变机器人的力学性质和工作范围。
一些服务型机器人常采用这种结构以实现较为复杂的运动轨迹和姿态控制。
其次，平面机器人结构是由多个关节和连接器组成的平面结构，能够在平面内实现多种运动控制。
改变关节的数量、类型和位置等参数可以改变机器人的灵活性和工作范围。
其次，并联机器人结构则是由多个并联的机械臂和连接器组成的机器人结构，其具有更大的承载能力和更高的工作速度。
通过改变机械臂长度、弯曲角度和连接器位置等参数，可以优化机器人的机械性能和运动控制。
机器人力学分析与优化设计可以帮助机器人生产商和使用者更好地评估机器人的性能和控制算法，提高机器人的运动控制和操作能力。
机器人技术的不断发展将迎来更广阔的应用前景。
工业机器人的成本结构分析与降低途径
工业机器人的成本结构分析与降低途径随着科技的进步和工业生产的不断发展，工业机器人在生产过程中扮演着越来越重要的角色。
然而，工业机器人的成本一直是制约其广泛应用的关键问题之一。
本文将从成本结构分析和降低途径两个方面对工业机器人的成本问题展开探讨。
一、成本结构分析工业机器人的成本结构主要包括硬件成本、软件成本、维护成本和运营成本。
了解这些成本的组成及其所占比例对于找到降低成本的途径至关重要。
1. 硬件成本硬件成本是工业机器人最显著的成本之一，包括机器人本体的购买和组装、传感器、执行器、控制系统等部件的成本。
其中，机器人本体的购买和组装往往是最大的硬件成本，占据总成本的较大比例。
2. 软件成本软件成本是工业机器人的另一个重要成本，包括机器人的控制系统、编程软件和相关应用软件等。
这些软件通常需要定制开发，因此软件成本可能不容小觑。
3. 维护成本维护成本涉及到机器人的定期保养、维修和更换零部件的费用。
机器人在长时间运行后会出现一些故障，并且随着使用寿命的增加，维护成本也有可能会越来越高。
4. 运营成本运营成本包括机器人的能源消耗、劳动力成本、培训费用等。
尤其是劳动力成本往往占据了运营成本的重要部分，因为工业机器人在作业过程中往往需要工人进行操作、监控和维护。
二、降低工业机器人成本的途径降低工业机器人成本是实现其广泛应用的关键。
以下是几个降低成本的途径：1. 技术创新通过技术创新来提高机器人的生产效率和降低成本。
比如，采用先进的传感器技术和自动控制算法，可以提高机器人的感知和决策能力，减少人工干预的需求，从而降低成本。
2. 可持续发展注重机器人的可持续发展，通过延长机器人的使用寿命和提高维护效率来降低成本。
定期保养和检修机器人，及时更换老化的零部件，可以降低机器人的维护成本并延长其使用寿命。
3. 灵活应用充分发挥工业机器人的灵活性和多功能性，在不同的生产环境中灵活应用。
通过合理规划机器人的使用，避免闲置或过度配置，可以最大程度地减少成本。
机器人力学特性的分析与优化
机器人力学特性的分析与优化一、引言机器人技术的发展已经深刻影响了人类的生活和生产方式。
机器人在工业、医疗、军事等领域发挥着越来越重要的作用。
在设计和制造机器人时，研究其力学特性是至关重要的。
本文将针对机器人的力学特性展开分析，并提出优化方法，以实现机器人的高效运行和精准控制。
二、机器人力学特性的分析1. 关节特性分析机器人的关节是控制机器人运动的核心部件。
而关节的力学特性对机器人的运动速度、精度和负载承受能力有着决定性的影响。
为了分析关节的特性，我们可以从几个方面考虑：（1）关节自由度：关节自由度决定了机器人能够执行的运动方式的种类。
通常，关节自由度越高，机器人的灵活性就越大。
（2）关节转动范围：关节的转动范围限制了机器人的可操作范围，需要根据实际应用需求进行平衡。
（3）关节扭矩和刚度：关节的扭矩和刚度决定了机器人的负载能力和运动的稳定性。
如果关节的扭矩和刚度不足，机器人在承受负载时可能会发生误差累积和运动不稳定的问题。
2. 运动学特性分析机器人的运动学特性描述了机器人在工作空间内的位置和方向随时间的变化规律。
运动学特性的分析可以帮助我们了解机器人的速度、加速度、轨迹规划等关键参数。
在实际应用中，我们常常需要根据任务的要求对机器人的运动进行规划和优化，因此对运动学特性的分析尤为重要。
3. 动力学特性分析机器人的动力学特性描述了机器人运动时所受到的力和力矩以及其对机器人产生的影响。
动力学特性的分析可以帮助我们确定机器人的负载能力、动力控制策略以及避免机器人与环境或人体产生碰撞等问题。
在高精度和高速度要求的应用中，动力学特性的优化尤为重要。
三、机器人力学特性的优化方法1. 关节特性优化为了优化机器人的关节特性，我们可以从以下几个方面入手：（1）选用合适的关节型号和规格：关节的型号和规格直接影响着机器人的力学性能。
通过选用性能良好的关节，可以提高机器人的精度和负载能力。
（2）优化关节传动系统：关节传动系统的设计和选择对机器人的力学特性有着重要影响。
工业机器人集成应用(机构设计篇)
工业机器人集成应用(机构设计篇)1. 引言1.1 概述工业机器人是指具备自主控制能力、用于执行各类操作任务的智能化设备，广泛应用于制造业领域。
随着科技的不断进步和工业自动化水平的提高，工业机器人集成应用在生产线上扮演着越来越重要的角色。
机构设计作为其中至关重要的一环，对机器人的运动性能和功能实现起着决定性作用。
1.2 文章结构本文将围绕工业机器人集成应用中的机构设计展开论述。
首先介绍了引言部分，然后在接下来的章节中逐步深入探讨了机构设计理论、设计方法与标准以及常见案例分析等内容。
最后，通过总结已经探讨的主题点和结果展示，并对未来发展进行展望和建议。
1.3 目的本文旨在全面而系统地介绍工业机器人集成应用中机构设计理论与方法，并结合实际案例进行分析。
通过深入研究不同类型工业机器人的结构设计，可以帮助读者更好地理解机器人运动学和动力学基础，并提供一些标准化与规范化的要求。
此外，本文将对常见的工业机器人案例进行具体分析，以提供读者关于不同机构设计方案实际应用的启示。
通过本文的阅读，读者将能够更好地理解工业机器人集成应用中机构设计的重要性和挑战，并为未来该领域的发展提供有益参考。
2. 机构设计理论:2.1 功能需求分析:在进行工业机器人的机构设计之前，首先需要进行功能需求分析。
这包括确定机器人所需具备的基本功能，例如运动范围、负载能力、精度要求以及速度等。
通过对工作环境和任务要求的全面了解，可以确定机器人需要哪些关键性能指标。
功能需求分析为后续的机构设计提供了重要依据。
2.2 运动学基础:运动学是研究物体在空间中运动状态的学科。
在工业机器人的机构设计中，必须深入了解运动学基础知识。
这包括旋转和平移的数学描述方法、坐标系与坐标变换理论等内容。
掌握这些基础知识可以帮助我们更好地理解和描述机器人在三维空间中的姿态和位置变化。
2.3 动力学基础:动力学是研究物体受到力或力矩作用下产生加速度和角加速度变化规律的学科。
工业机器人的关键技术解析
工业机器人的关键技术解析工业机器人是一种能够代替人类完成繁重、重复或危险的工作任务的自动化设备，其应用范围广泛且不断发展。
工业机器人的核心在于其关键技术，本文将对工业机器人的关键技术进行解析，从机械结构、传感器技术、运动控制技术、视觉系统以及人机协同等方面进行探讨。
一、机械结构工业机器人的机械结构对其性能和功能至关重要。
一般来说，工业机器人的机械结构可以分为臂部、手部和连接部分。
臂部通常采用关节式结构，可以实现灵活的运动轨迹；手部则用于抓取和操作物品；而连接部分则用于连接机器人的各个部分。
机械结构的设计需要考虑到机器人的负载能力、运动范围和稳定性等因素，以及与制造、装配和维护的便捷性。
二、传感器技术传感器是工业机器人实现感知和交互的重要工具。
其中最常见的传感器技术包括视觉传感器、力传感器和位置传感器。
视觉传感器可以帮助机器人感知和分析环境中的信息，判断物体的位置、形状和颜色等，从而实现精准抓取和操作；力传感器可以测量机器人与物体之间的作用力，使机器人能够适应不同的工作场景；位置传感器则可以实时追踪机器人的位置和运动状态，提供准确的反馈数据。
三、运动控制技术工业机器人的运动控制技术是实现机器人精准运动的关键。
运动控制系统一般由控制器、伺服电机和减速器等组成。
控制器通过接收传感器反馈信号，实时控制伺服电机的转动角度和速度，从而精确控制机器人的位置和运动轨迹。
减速器的作用是降低伺服电机的转速，提高机器人的扭矩输出，使其能够应对各种工作负载。
四、视觉系统视觉系统是工业机器人实现自主感知和决策的重要组成部分。
通过视觉系统，机器人可以获取环境中的图像信息，进行物体识别、定位和跟踪等操作。
视觉系统通常由摄像头、图像采集卡和图像处理算法等组成。
利用图像处理算法，机器人可以实现物体的识别和分类，判断物体的状态和属性，并根据需要进行相应的操作。
五、人机协同人机协同是目前工业机器人发展的一个重要趋势。
通过人机协同，机器人可以和人类工作人员共同完成工作任务，并实现更加高效和安全的生产方式。
智能工业机器人的组成特点及优势
智能工业机器人的组成特点及优势随着社会的快速发展，科学技术水平的不断提高，智能工业机器人在流水生产线上已得到广泛的应用。
智能工业机器人的优势主要表现在提高工作效率及产品的品质，提高工件的质量和美观，大大的提高企业的生产效率，所以工业机器人的优势不言而喻的让企业可以获得更多的优势，作为制造业的趋势来讲，未来智能制造肯定会占据国内制造业的全部市场，是企业面临对人工成本上涨的最有力的武器。
标签：智能工业机器人;智能制造;焊接机器人随着人工智能时代的到来，制造业正逐渐从人工的传统制造转向智能制造，在机械行业产品制造的转变中（从传统到智能）更是尤为重要，智能制造技术在流水生产线上的各个环节以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和互联网技术来模拟人类制造职能活动，从而避免人为因素造成的生产影响，极大的降低了人工劳动强度，保证人身安全。
1.智能工业机器人的组成及分类1.1组成智能工业机器人是面向工业方向的多关节机械手或者是多自由度的机器人，目前工业机器人大部分由三大部分和六大系统组成：1.1.1机械部分机械部分是工业机器人的身体组成部分，主要分为两个系统：①驱动系统工业机器人想要运作起来需要每个关节即每个运动自由度安置传动装置，而这就是驱动系统。
驱动系统可以是气压传动，液压传动，电动传动，或者把它们结合起来综合应用，可以是直接驱动或者通过同步带、链条等机械传动进行间接传动使其正常运作。
②机械结构系统工业机器人的机械结构由四大部分组成：机身、背部、腕部和手部，每一个部分具有若干的自由度，可以自由运动。
末端操作器可以根据每个加工工序的不同而安装不同的部件，它可以是抓住检测物品的手爪，是涂颜色的刷子，也可以是电焊中的焊具等，甚至有的工业机器人可以在手爪处安装一支笔通过电脑去控制其写字或者画画的轨迹，来实现机器智能作画。
1.1.2感受部分工业机器人的感受部分就好比人类的感官，可以为机器人工作提供精准的感觉，并帮助其在工作中更加精确的计算。
工业机器人的基本组成
工业机器人的基本组成（正文）一、引言随着科技的不断进步，工业机器人在现代制造业中发挥着重要的作用。
工业机器人通过自动化和智能化的方式，提高了生产效率和质量，减少了劳动力成本，成为现代制造业不可或缺的一部分。
本文将探讨工业机器人的基本组成，以及各个组成部分的功能和作用。
二、机械结构工业机器人的机械结构是其基本组成部分之一，承担着机器人身体的功能。
其中包括机械臂、关节、传感器等。
机械臂是工业机器人最为显著和重要的组成部分之一，它具备多个伸缩的关节，能够在三维空间内灵活移动。
机械臂通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻巧、坚固的特点。
关节是机械臂的关键部分，通过电机和齿轮机构控制关节的转动，使机械臂可以完成各种动作。
三、传感器系统传感器系统是工业机器人的另一个重要组成部分，它能够感知环境的变化，并将这些信息传递给控制系统。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器和压力传感器等。
视觉传感器可以通过图像识别和分析，将环境中的对象识别出来，并确定它们的位置和姿态，从而实现对物体的抓取和处理。
力传感器和压力传感器可以感知物体的力量和压力，使机器人能够根据不同的任务要求进行适应性控制。
四、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责指挥和控制机器人的各个部分协同工作。
控制系统主要由计算机和编程软件组成。
计算机通过接收传感器系统传来的信息，并根据预设的程序进行处理和分析，最终生成控制信号。
编程软件则是程序员用来编写机器人的工作任务和路径规划等功能的工具。
通过控制系统，工业机器人能够实现高度智能化和自动化的操作。
五、执行器执行器是工业机器人的执行组件，它能够根据控制系统的指令进行具体的工作操作。
常见的执行器包括电机、气缸和液压系统等。
电机是工业机器人最常见的执行器，通过转动来驱动机械臂和其他部件的运动。
气缸和液压系统则通过气压和液压力来实现机械臂的伸缩和夹取等动作。
执行器的选择将根据工作任务的要求和机器人的性能来决定。
六、电源与供电系统电源与供电系统是工业机器人的供能组成部分，为机器人提供稳定的电力支持。
简述工业机器人的基本组成及作用
工业机器人是一种能够自动完成工业生产任务的智能化设备，具有高度的灵活性和精准性，被广泛应用于汽车制造、电子设备生产、化工生产等各个行业。
工业机器人的基本组成以及其作用是非常重要的，下面我们将对工业机器人的基本组成及作用进行简要的介绍。
一、基本组成1. 机械结构：工业机器人的机械结构包括机械臂、关节、执行器等部件。
机械臂是工业机器人的主体，它具有多个关节，可以实现自由度的运动。
通过执行器，机械臂可以完成抓取、移动、旋转等动作。
2. 传感器系统：工业机器人的传感器系统包括视觉系统、力传感器、接触传感器等。
视觉系统可以帮助机器人感知周围的环境，识别物体的位置和形状；力传感器和接触传感器则可以帮助机器人控制力度，避免因外力变化而产生意外伤害。
3. 控制系统：工业机器人的控制系统由计算机、控制器、编码器等组成。
计算机为机器人提供智能化的控制能力，控制器负责传输指令、监控系统运行情况，编码器则用于监测机械臂的位置和角度。
4. 末端执行器：末端执行器是工业机器人的“手”，用于实现与物体的接触和操作。
末端执行器的类型多种多样，包括夹爪、吸盘、焊枪等，根据具体的生产任务选择合适的末端执行器。
二、作用1. 自动化生产：工业机器人能够根据预先设定的程序自动完成各种生产任务，如搬运、装配、焊接、喷涂等。
它们可以持续、准确地执行任务，提高生产效率，降低生产成本。
2. 灵活适应：工业机器人具有较强的灵活性，可以根据生产需求进行快速、精准的调整。
不同类型的机器人可以根据需要更换末端执行器，实现不同的生产任务。
3. 人机协作：部分工业机器人能够支持人机协作，通过传感器系统感知人体位置，避让人员或与人员共同完成生产任务，提高生产效率的同时保障工人的安全。
4. 数据处理：工业机器人通过传感器系统获取大量的生产数据，可以实时监控生产过程，对生产参数进行调整，实现智能化的生产管理。
工业机器人作为现代工业生产的重要设备，具有复杂的机械结构和多样化的功能，其基本组成和作用对于提高生产效率、降低生产成本具有重要意义。
工业机器人机械臂的结构优化探讨
工业机器人机械臂的结构优化探讨摘要：工业机器人结构中机械臂部件是实现其功能的主要结构，针对机械臂进行结构优化研究能够对于提升工业机器人的工作效率起到重要作用。
工业机器人运行过程中存在的问题主要集中于机械臂负载能力较差、整体运行的成本较高等方面，针对结构进行优化的目标主要也集中这些方面。
本文通过对于工业机器人机械臂结构进行优化，希望能够为工业生产贡献更大力量。
关键词：工业机器人；机械臂；结构优化1.针对工业机器人机械臂存在问题进行分析（一）工业机器人机械臂承载能力存在不足随着工业科技水平的不断提升，工业上产活动中工业机器人的种类以及应用场景不断增加，对于工业机器人的标准要求也越来越高，高精度和高速度是工业机器人发展的必然趋势，这也对于机器人机械结构的强度、刚性等结构素质提出更高要求[1]。
工业机器人机械臂在设计过程中就已经明确了基本的性能参数，小臂抓取的工业生产品质量规格等必须符合机器人小臂的设计要求，一旦生产过程中小臂抓取的物品质量超过性能指标范围，就会导致工业机器人小臂结构出现损伤，影响生产活动的开展。
影响工业机器人机械臂的承载能力的因素主要有两个方面，一方面是小臂的材料强度，另一方面是承担机械臂运动的伺服电机。
生产实践过程发现，影响机械臂承载能力的原因大都是机械臂材料强度不足，而并不是驱动电机产生的驱动力不足。
因此需要通过对于机械臂材料强度进行优化加强，提升工业机器人机械臂的承载效果。
1.使用环境对于机械臂结构安全造成影响工业机器人主要承担环境要求较高的操作任务，因此使用环境对于工业机器人机械臂结构安全会造成严重的影响。
很多工业机器人工作环境状况较差，高温、高湿、化学材料等会对工业机器人机械臂的正常运行造成严重的影响，例如对于工业机器人机械臂材质、驱动单元以及供电线路等造成腐蚀或者其他损伤，影响工业机器人机械臂的正常运行。
工业机器人设计环节会对于使用环境进行考量，然后在机器人外部材料选择、部件构成设计的过程中进行一些强化，但是在使用环境的长时间侵蚀下，机械臂表面的保护涂层防护效果逐渐降低，使得机器人机械臂结构安全受到影响。
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首先找到整机中的薄弱零件和薄弱部位，然后 对薄弱零件建立数学模型并进行重点优化，以提高 工业机器人的优化效果和效率．其中，需要建立力传 导路径．力传导路径是针对单个零件的有限元分析 方法，它先将零件分为受力部分、支撑部分和主干部 分，然后根据模型结构来判断这三部分的强弱程度．
１．４
（１）在给定各关节的最大加速度和最大运动范 围内运动，使末端运动速度尽量大； （２）使机器人运动到苛刻的位姿，在末端加入
惯性矩足够大的负载．
多目标多约束优化模型
文中结合有限元分析结果和力传导路径来建立
机器人在运动过程中，由初始状态依次经历加 速、匀速、减速运动到水平位置全伸展状态，进而达 到运动空间中的苛刻姿态，故仿真结果具有普遍性． 根据仿真结果，得到各个关节的负载转矩和转 速如下¨２｜：
一个实体模型，并进行拓扑优化［１４删；将拓扑优化 后的模型与原模型进行对比，依据拓扑优化后的模 型并在原模型基础上修改孔洞结构，以实现多参数 尺寸的优化． 零件的拓扑优化采用了基于三维结构的静刚度 拓扑优化方法，文中以最小柔度为目标，建立以应力 条件和几何条件为约束条件的三维结构拓扑优化问 题的数学模型【Ｉ
用性．
关键词：工业机器人；有限元分析；动力学仿真；拓扑优化 中图分类号：ＴＨｌ２８
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００・５６５Ｘ．２０１３．０９．０２１
工业机器人是面向工业生产任务的多关节操作 臂或多自由度机械手，是现代制造业中重要的自动 化装备．目前，国内机器人无论是在设计、制造还是 在应用等方面，与发达国家相比均有较大的差异．国 产工业机器人基本上以国外品牌为模板，以仿制为 主，改进为辅，依靠试凑和经验，在设计过程中往往 缺乏深入的理论分析和优化计算，导致国产机器人 的性能与国外品牌相差较大．为提升机器人的性能， 人们在设计阶段应该采用现代先进的分析和设计方 法对机器人的主要部件和整体结构进行分析与优化． 现代机械结构的优化包括形状优化、尺寸优化 和拓扑优化．前二者比较成熟，后者是一种新兴的优 化方法，是目前连续体结构优化的研究热点之一，是 建立在力学、拓扑学和计算机技术等基础上的结构 优化理论．连续体的结构拓扑优化方法包括均匀化 方法…、密度法旧ｊ、变厚度法旧Ｊ、拓扑函数描述方 法Ｈ１等．目前，复杂的零件拓扑优化建模复杂，难以求 解．就不同的机械系统而言，有关数控机床和加工中 心的优化已有大量的研究∞Ｊ，但机器人系统的结构分
万方数据
华南理工大学学报（自然科学版）
第４１卷
和负荷向量；Ｋ为总体刚度阵；Ｈ，和Ｅ分别为单元ｅ 的位移向量和刚度阵；ｐ，为设计变量；ｐ。抽为设计变 量下限，下限为非零是为了避免优化过程中出现奇 异值，Ｐ为惩罚项，ｑ为指数，／＇ｔ为网格单元数，ｙ为材 料的体积． 对于拓扑优化问题，文中采用优化准则法进行 求解．首先推导出目标函数和约束函数的敏度，然后 根据优化变量的迭代公式对优化问题进行求解． 对于尺寸优化问题，文中将实体拓扑优化后的 模型和原模型进行对比，依据拓扑优化后的模型对 原模型进行孑Ｌ洞处理，并以相关参数为目标值通过 设置孔洞参数来寻找最佳的尺寸．尺寸优化的基本 要素包括：①多目标，要求变形量和最大应力值最 小，固有频率最大，质量最小；②多变量，包括厚度、 圆孔的半径和位置；③约束条件，即基本结构尺寸不 变化，材料不变．
■（）
ｊ
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万方数据
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㈧变形云图 ＬｂＪ应力‘圈
图６整机的总变形量和应力云图
Ｆｉｇ．６ Ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｏｖｅｒａｌｌ ｒｏｂｏｔ
≥
冷
整机的动态振型云图如图７所示，从图可知，容
易发生共振的部件是大臂、小臂和腰部．整机、底座、
腰部、大臂、肘部、小臂、腕关节的变形量分别为 ５７５．０、５８．０、１３２．０、３２５．０、１４．６、２３．９、１．１斗ｍ，依据 各部件的变形量进行调整的顺序从大到小依次为大 臂、腰部、小臂、底座、肘部、腕关节．
实例应用
机器人的构型
为验证文中所提方法的有效性，将文中方法应
用于某型号自由度串联式搬运机器人Ｌ１７１的设计中． 该机器人由底座、腰部、大臂、肘部、小臂和腕关节六 大部件组成，如图３所示．
恒定减速运动，最大扭矩约为１２００Ｎ－ｍ．代入式（Ｉ）、 （２）计算可得到底座的额定力矩值Ｔ。＝８１３ Ｎ・ｍ，
Ｎｌ＝１５．７６ ｒ／ｍｉｎ，Ｐ＝１６１０Ｗ．
依此可以计算其他５个部件的额定力矩，分别为
咒＝８７２．００Ｎ・ｍ，Ｌ＝２９４．００Ｎ・ｍ，ｔ＝５１．００Ｎ・ｍ，瓦＝ ２９．６３Ｎ・ｍ，瓦＝０．５２Ｎ。ｍ．
２．２
鬈萎蓄嚯
底座ｌ
Ｆｉｇ．３
整机分析
Ｉ
为保证正常工况下工业机器人的变形量仍旧在 合理范围内，将整机末端携带１０ ｋｇ负载运动到底 部，在水平全伸展姿态时，各部件达到最恶劣姿态， 此时末端变形量为最大值． 从图６的静态分析结果可知，在一字型姿态下， 应力主要分布在腰部和大臂．
１．３
∑也Ｐｅ≤Ｖ
ｅ＝ｌ
ｃ（ｐ）＝，Ｕ＝Ｕ’ＫＵ＝∑∥ＨＫ比。
｛薹［ｍａｘ（。，三；Ｖ：Ｍ一妄＋ｆ）］９）了≤・．
Ｐ（Ｘ）＝∞（贮） 式中：盯。ＶＭ为载荷作用下单元ｅ的Ｍｉｓｅｓ应力；ｏｒｌ为
模型分析
整机模型用Ａｎｓｙｓ进行有限元分析，以提高刚
度和减轻质量为目标，整个结构优化流程¨列如图２
所示．
材料许用应力；Ｕ和Ｆ分别为结构的总体位移向量
卜ｈ．—一．
ｆ
Ｆｉｇ．５ Ｔｏｒｑｕｅ
ｃＨＩｖｅｓ
地
ｏｆ ｓｉｘ ｐａｒｔｓ
图５六个部件的力矩曲线
从图５可知：底座在０．０５～０．３０ Ｓ时以最大加速 度做恒定加速运动，最大扭矩约为８７０Ｎ・ｍ；底座 在０．３０～０．６８ Ｓ时以最大转速做匀速运动，扭矩约 为３２０Ｎ・ｍ；底座在０．６８～０．９３ Ｓ时以最大加速度做
万方数据
第９期
管贻生等：工业机器人的结构分析与优化
舀
：应力分布！ ：变形量对比：
・模态振型：
攀Ｉ率憾 丢Ｉ空一
《蕊蕊
图ｌ
Ｆｉｇ．１
：一零墅堕一：
：应力分布：
：力传递方向：
・模态振型・
１．．．．…一一Ｉ
结构分析与优化方法的流程图
Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
要考虑减重处理．
Ｆｉｇ．１ｌ
图１ １
大臂的简易实体模型及其约束
Ｓｉｍｐｌｅ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｒｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ
２．３部件的优化
大臂的结构及力传导路径如图８所示，大臂主 要分为三部分：上法兰（承受来自电机箱的作用 力）、主干部分、下法兰（承受来自腰部的支撑力）．
整Ｈｌｎ０动怎ｊ１Ｋ’型二ｉｌ冬Ｉ
Ｄｙｎａｍｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ｏｆ ｏｖｅｒａｌｌ ｒｏｂｏｔ
根据静态、动态和变形量分析可得到整机的六 大部件的优化重要性排列顺序，依次为大臂、腰部、 小臂、底座、肘部和腕关节．因此，在下一步的部件优 化中，应该增加大臂和小臂的刚度，减小底座、肘部 和腕关节的质量，而腰部既要考虑提高刚度性能又
析和优化鲜见报道．在有关串联机器人弹性动力分析 （ＫＥＤ）研究中，文献［６—７］的研究比较具代表性；梁浩 等Ｌ８１针对Ａｎｓｙｓ和Ａｄａｍｓ的特点，首次基于Ａｎｓｙｓ和 Ａｄａｍｓ建立了柔性机器人的动力学仿真系统． 针对目前国内机器人的设计方法和手段相对落
后、国产工业机器人的性能相对较低的状况，文中提
２
２．１
在运动中每个部件均受到一个６维力（Ｆｘ，Ｆ，， Ｆ：，ｔ，０，ｔ）的作用，其中Ｆ，、只、ｔ分别表示沿工、 Ｙ、ｚ轴方向的力；ｔ、Ｔｙ、ｔ分别表示绕ｘ，ｙ、ｚ轴向的 力矩．各个部件的力矩（ｒ）曲线如图５所示．
底座 腰部 ｒ １－１—／—一
一．－、．
ｎ大臂 厂 ＪＬ－—／ｋ、Ｊ
：门ｎ＝
小臂广～
１
工业机器人的结构分析与优化术
管贻生 邓休 李怀珠 尹振能 吴文强 江励
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０）
摘要：文中以Ａｄａｍｓ和Ａｎｓｙｓ为平台，提出了一种工业机器人的结构分析与优化方法． 首先对工业机器人进行有限元静态和动态分析，寻找其最薄弱的零件和部位，然后对最薄 弱的零件和部位进行拓扑优化与尺寸优化，获得Ｐａｒｅｔｏ解集．将该方法应用于某型号搬运 机器人，结果显示，优化后的机器人在整机质量只增加６％的情况下，绝对静态变形降低 了７８．１％，第一阶固有频率提高了４９．６％，表明该方法具有很好的优化效果和工程实
Ｆｉｇ．８ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｃｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒｏｕｔｅ ｏｆ ａｒｍ
根据拓扑优化结果，可保持大臂的基本结构尺
寸和大臂的中空结构，将大臂的主干部分改为与上、
下法兰处持平，并且在主干部分中间偏上法兰处通 孔，对孑Ｌ洞参数（见图１３）进行尺寸优化．
象，结构分析∽１与优化的过程和方法如图１所示． 该方法主要包括两个步骤：①对工业机器人进行 动力学仿真和有限元分析；②通过拓扑优化和尺度优 化对原结构进行改进，并建立新的优化模型．
收稿日期：２０１３—０２—２２
ｔ基金项目：广州数控设备有限公司委托项目
作者简介：管贻生（１９６６－），男，教授，主要从事仿生机器人研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｇｕａｎ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
６Ｉ：
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Ⅳ
（３）
式中，Ｌ为有效负载转矩，∞。为转速，∞。、∞：和∞，分 别为加速过程、匀速过程和减速过程的平均角速度， ｔ。、ｔ２和ｔ，分别为加速时间、匀速时间和减速时间， 瓦、疋和瓦分别为关节在加速过程的最大力矩、在 匀速过程的平均力矩和在减速过程的最大力矩． 根据动力学仿真得到各关节力和力矩的实时曲 线图数据，计算机器人在运动过程中各部件达到的 有效负载值，从而得到接近实际工况的最大变形应 力值．