一种机器人倍速平移机构的结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人倍速平移机构的结构设计方法，属于机械设备设计领域，包括：模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷；将所述动态载荷施加到所述主梁上，计算出所述主梁的等效静态载荷；以所述主梁的等效静态载荷为边界条件，采用变密度法对主梁结构进行拓扑优化设计。本发明专利技术的技术方案通过将机器人倍速平移机构主梁的等效静态载荷作为边界条件，基于变密度法得到主梁的最优材料分布，最终得到一种具有最优综合性能的倍速平移机构，能够在减轻结构重量的同时，减小最大变形，满足了机器人快速、高精度的工作要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于机械设备设计领域，包括：模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷；将所述动态载荷施加到所述主梁上，计算出所述主梁的等效静态载荷；以所述主梁的等效静态载荷为边界条件，采用变密度法对主梁结构进行拓扑优化设计。本专利技术的技术方案通过将机器人倍速平移机构主梁的等效静态载荷作为边界条件，基于变密度法得到主梁的最优材料分布，最终得到一种具有最优综合性能的倍速平移机构，能够在减轻结构重量的同时，减小最大变形，满足了机器人快速、高精度的工作要求。【专利说明】
本专利技术属于机械设备设计领域，涉及一种结构设计方法，尤其涉及一种适用于机器人倍速平移机构的结构设计方法。
技术介绍
冲压机器人作为一种自动化系统中的搬运平台，已经被广泛地应用于汽车和航空航天行业。机器人技术日益完善，向着高速、高重复定位精度和小工作空间的方向发展。 但由于移动速度快，机器人倍速平移机构在高速运动中会产生很大的惯性力，导致部件发生变形，影响机构的定位精度。同时，对于驱动机器人来讲，倍速平移机构的重量是附加的负载，因此在满足一定刚度条件下减少倍速平移机构的质量，不仅可提高搬运机器人的操作精度和生产节拍，而且可减小机器人的驱动功率，降低能耗。 目前，对机器人倍速平移机构的设计多数采用经验类比的设计方法。但是这种方法简单、依靠人工经验、精确度不高，同时时间长、成本高，难以适应机器人快速、高精度的工作要求，因此，本领域的技术人员致力于解决机器人平移机构的重量问题，实现平移机构的轻量化设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术通过模拟机器人倍速平移机构的主梁的实际工况，得到主梁的动态载荷，并采用等效静态载荷法计算主梁的等效静态载荷。以等效静态载荷施加于主梁上，基于变密度法得到主梁的最优材料分布，最终得到一种具有最优综合性能的倍速平移机构，能够在减轻结构重量的同时，减小最大变形，满足了机器人快速、高精度的工作要求。 为达到上述目的，具体技术方案如下: 提供了，所述机器人倍速平移机构包括主梁，其特征在于，所述结构设计方法包括: 步骤1，模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷； 步骤2，将所述动态载荷施加到所述主梁上，计算出所述主梁的等效静态载荷； 步骤3，以所述主梁的等效静态载荷为边界条件，采用变密度法对主梁结构进行拓扑优化设计。 优选的，所述步骤I中通过多体动力学仿真分析技术建立所述倍速平移机构的多体动力学模型来模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷。 优选的，所述步骤2中通过瞬态响应分析，得到动态载荷产生的位移场，运用等效静态载荷法，计算等效静态载荷。 优选的，所述步骤3中的拓扑优化设计的数学模型如下式(I)中所示: Minimize Umax s.t.V ^ Vmax(I), 式中Uniax为主梁结构最大应变能，V为主梁结构的体积，Vmax为给定的主梁结构体积上限。 相对于现有技术，本专利技术的技术方案通过将机器人倍速平移机构的主梁的等效静态载荷作为边界条件，基于变密度法得到主梁的最优材料分布，最终得到一种具有最优综合性能的倍速平移机构，能够在减轻结构重量的同时，减小最大变形，满足了机器人快速、高精度的工作要求。 【专利附图】【附图说明】 构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中: 图1是本专利技术实施例中某型号倍速平移机构的主梁结构优化前的结构示意图； 图2是本专利技术实施例中主梁单元密度云图； 图3是本专利技术实施例中优化后主梁结构示意图。 【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 以下将结合附图对本专利技术的实施例做具体阐释。 本专利技术的实施例的，其中机器人倍速平移机构包括具有对称结构的主梁。结构设计方法包括: 步骤I和2，模拟主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷。将动态载荷施加到主梁上，运用等效静态载荷法确定主梁的等效静态载荷。 在不考虑阻尼条件下，等效静态载荷f；,可由以下方式表达: 【权利要求】1.，所述机器人倍速平移机构包括主梁，其特征在于，所述结构设计方法包括: 步骤1，模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷； 步骤2，将所述动态载荷施加到所述主梁上，计算出所述主梁的等效静态载荷； 步骤3，以所述主梁的等效静态载荷为边界条件，采用变密度法对主梁结构进行拓扑优化设计。2.如权利要求1所述的机器人倍速平移机构的结构设计方法，其特征在于，所述步骤I中通过多体动力学仿真分析技术建立所述倍速平移机构的多体动力学模型来模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷。3.如权利要求1所述的机器人倍速平移机构的结构设计方法，其特征在于，所述步骤2中通过瞬态响应分析，得到动态载荷产生的位移场，运用等效静态载荷法，计算等效静态载荷。4.如权利要求1所述的机器人倍速平移机构的结构设计方法，其特征在于，所述步骤3中的拓扑优化设计的数学模型如下式(I)中所示:Minimize Umax s.t.Vfflax(I)， 式中Umax为主梁结构最大应变能，V为主梁结构的体积，Vfflax为给定的主梁结构体积上限。【文档编号】G06F17/50GK104182584SQ201410422385【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日 【专利技术者】杨琴琴, 丁晓红, 汪兵兵, 朱益晨, 童梁 申请人:上海发那科机器人有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人倍速平移机构的结构设计方法，所述机器人倍速平移机构包括主梁，其特征在于，所述结构设计方法包括：步骤1，模拟所述主梁在现实工况中所受的载荷，并分析得出动态载荷；步骤2，将所述动态载荷施加到所述主梁上，计算出所述主梁的等效静态载荷；步骤3，以所述主梁的等效静态载荷为边界条件，采用变密度法对主梁结构进行拓扑优化设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琴琴，丁晓红，汪兵兵，朱益晨，童梁，
申请(专利权)人：上海发那科机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31