【56】 第40卷 第10期
2018-10收稿日期：2018-03-27基金项目：山西机电职业技术学院院级课题《基于ANSYS的六自由度工业机器人研究》的阶段性成果（JKY-18006）作者简介：陈继文（1990 -），男，河南登封人，助教，硕士研究生，研究方向为机器人应用、超细水雾对瓦斯煤尘 爆炸的影响等。基于ANSYS WORKBENCH的六自由度工业机器人摆动臂静力学分析与模态分析Static analysis and modal analysis of robot swing arm of six degrees industrial robot based on ANSYS WORKBENCH陈继文CHEN Ji-wen（山西机电职业技术学院，长治 046011）摘 要：工业机器人的刚度和强度直接影响到机器人的精度和寿命，针对六自由度工业机器人摆动臂的静力学特性和结构动力学特性，提出使用Pro/E简化模型，利用ANSYS WORKBENCH有限元分析方法，得到静力学仿真结果和模态分析结果，分析结果对避免应力集中和共振具有一定的指导意义。关键词：工业机器人；摆动臂；静力学分析；模态分析中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2018)10-0056-040 引言六自由度机器人运动灵活，在码垛、搬运、焊接、装配、喷涂等场合有着广泛的应用。为了保证机械臂运行的可靠性，需要对其进行机械结构分析。使用实验方法验证机器人结构设计的合理性，成本高，周期长[1]，传统静力学计算方法精度低，过程繁琐。本文使用Pro/E软件建立并简化六自由度机器人模型，利用ANSYS对摆动臂进行静力学分析，得到了摆动臂的应力和应变分布云图，有效的提高了精度，降低了周期，节约了成本。模态分析可以用来研究结构动力学特性。本文依据数值模态分析理论，使用有限元分析方法得到了六自由度机器人的六阶模态振动特性，得到了各个部件的固有频率和振型，为机器人结构优化设计和改进提供了理论依据，为设计同类产品提供了借鉴。1 六自由度机器人摆动臂有限元模型建立1.1 建立几何模型六自由度机器人由底座、旋转座、摆动臂、摆动关节、旋转臂、腕关节组成。整机构造复杂，需要根据等效刚度代换理论对模型做简化处理[2]。把齿轮啮合简化为孔和轴的配合，忽略固定构件、线路、电位器、外部柔性导线管等对计算机分析影响不大的特征和部件，将质量等效分布，结构中相同材料的刚性作一体化处理[3]，机器人模型如图1所示。
六自由度并联简介
六自由度并联简介
1. 引言
本文旨在介绍六自由度并联的基本概念、结构设计、运动学和动力学分析等内容。六自由度并联是一种能够实现六个自由度运动的系统，具有广泛的应用领域，包括工业制造、医疗手术、半导体加工等。
2. 结构设计
2.1 结构概述
六自由度并联由基座、运动平台和连杆组成。基座固定在地面上，运动平台通过多个连杆与基座相连，形成六个自由度。运动平台上还装配有执行器和传感器等设备，用于控制和监测的运动状态。
2.2 连杆设计
连杆是连接基座和运动平台的关键部件，其长度和形状对的运动性能有重要影响。连杆的设计需要考虑运动范围、负载能力和结构强度等因素。
2.3执行器和传感器 执行器用于驱动的运动，常见的执行器包括电机和液压缸等。传感器用于监测的位置、力量和反馈信息，以实现自适应控制和安全保护。
3. 运动学分析
3.1 坐标系建立
建立的基座坐标系和运动平台坐标系，用于描述的位置和姿态。
3.2 正运动学
通过正运动学方程，计算出给定关节变量下的末端位置和姿态。正运动学方程是解决逆运动学问题的基础。
3.3 逆运动学
逆运动学问题是指已知的末端位置和姿态，求解对应的关节变量。采用数值方法或解析法求解逆运动学问题，以实现精确控制。
4. 动力学分析
4.1 质心和惯性参数
确定各部件的质量分布和惯性参数，建立动力学模型。
4.2 动力学方程
建立的动力学方程，描述在给定控制力和力矩下的运动规律。动力学方程求解可以实现的动态控制和冲击响应分析。 5. 应用领域
6自由度并联在工业制造、医疗手术、半导体加工等领域具有广泛的应用。通过灵活的运动和高精度的控制，该能够完成复杂的工作任务，并提高生产效率和产品质量。
6. 结束语
本文对六自由度并联的结构设计、运动学和动力学分析进行了详细介绍。希望通过本文的阅读，读者能够对该系统有更深入的了解。
1.本文档涉及附件：
本文档附有六自由度并联的结构图、运动学和动力学分析的数学模型和各部件的技术参数表格等。
6-SPS正交机构的运动学传递性分布研究
金振林;高峰
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2001(25)3
【摘 要】并联机器人的运动学传递性能是随其位姿变化而变化的 ,研究运动学传递性能在工作空间内的分布规律 ,对并联机器人驱动器的选择与控制有重要意义。本文介绍一种 6自由度正交三维平台机器人新机型结构特点 ,定义其运动学传递性能评价指标 ,并给出了这些指标在定位姿工作空间内的分布情况。
【总页数】3页(P13-15)
【关键词】6自由度正交三维平台;运动学传递性;工作空间;并联机器人
【作 者】金振林;高峰
【作者单位】燕山大学机械工程学院;河北工业大学机械工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究 [J], 周辉;曹毅
2.6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究 [J], 周辉;曹毅
3.6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究 [J], 曹毅;李保坤;周辉;张文祥
4.基于空间模型技术的新型正交5-DOF并联机床的运动学传递性能分析 [J], 李研彪;计时鸣;谭大鹏;文东辉;王忠飞;都明宇
5.基于三分支非均匀分布球面并联机构腰关节的运动学传递性能分析 [J], 荣誉
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六自由度混联机构运动学分析
周辉;周睿;朱景原;丁泽华;曹浩峰;曹毅
【摘 要】混联机构结合了并联机构和串联机构两者的优点,有效地扩大了机器人的应用范围.提出了一种由两个不同的三自由度并联机构串接而成的混联机构,对其进行运动学分析,分别求取上下两个并联模块的运动学正解方程,从而得到整个混联机构的运动学正解.通过给定机构结构参数和驱动输入参数,用一组算例求得运动学动平台位姿,并画出三维机构位姿状态图模型,更加直观地了解机构的位姿状态.然后求解其运动学逆解,按照运动学正解结果,给定机构的两组位姿,求得此时机构的驱动输入参数及各转动副的状态,对比正反解的结果,进而验证了双并联型混联机构运动学正反解模型的正确性.最后,在运动学分析的基础上,利用极限坐标搜索法,结合混联机构的运动学反解,给出机构工作空间求解的算法.给定机构的结构参数,考虑杆长约束、关节转动副约束及杆件干涉等影响条件下,利用数值搜索法在圆柱坐标系中搜索工作空间的边界.在Matlab软件中仿真得到混联机构在给定不同姿态下的位置工作空间和给定位置下的姿态工作空间.%Hybrid mechanisms combine the
advantages of parallel mechanisms and series mechanisms,which can
effectively expand the application field of robot.A hybrid mechanism is
presented,which is combined by two different 3-DoF parallel mechanisms
connected in series.Through the analysis of the kinematics of the upper
and lower parallel modules,the forward kinematics solution of the whole
