[发明专利]基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法

权利要求书

1.基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：对六轴工业机器人的每个零件进行模态分析，确定每个零件的低阶模态频率以及刚度分布；所述六轴工业机器人的零件包括小臂、手腕、大臂、底座、肘座和腰座；

步骤二：根据步骤一确定的每个零件的刚度分布，对每个零件刚度最小的部位进行优化；

步骤三：步骤二对每个零件进行优化后，建立六轴工业机器人整机的有限元模型；

步骤四：对步骤三建立的六轴工业机器人整机的有限元模型进行模态分析，确定六轴工业机器人在三种关节角配置时的前六阶模态频率；

所述三种关节角配置分别为当关节2和关节3均为0度，当关节2和关节3均为60度，当关节2和关节3均为90度；

所述关节2为大臂摆动关节，关节3为小臂摆动关节；

步骤五：采用步骤二优化后的零件在动力学分析软件中进行六轴工业机器人刚柔耦合动力学建模；

步骤六：采用动力学分析软件对步骤五建立的六轴工业机器人刚柔耦合动力学模型进行分析，得到六轴工业机器人每个零件在作业过程中的最大应力节点、出现最大应力的时刻、应力分布图以及末端弹性偏移量；

步骤七：将步骤六得到的最大应力节点、应力分布图以及末端弹性偏移量，与六轴工业机器人的设计要求中的对比，若末端弹性偏移量小于等于设计要求中的末端弹性偏移量，所有零件的最大应力小于等于设计要求中的最大应力，且步骤四中前六阶模态频率收敛，则符合设计要求；否则重新执行步骤一至步骤六。

2.根据权利要求1所述的基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法，其特征在于：所述步骤一中对六轴工业机器人的每个零件进行模态分析采用有限元软件。

3.根据权利要求2所述基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法，其特征在于：所述步骤三中步骤二对每个零件进行优化后，建立六轴工业机器人整机的有限元模型的具体过程为：

在三维建模软件中按照关节2和关节3的不同配置将六轴工业机器人的零件进行装配，并生成x_t中间文件；在有限元分析软件中将各刚性体依照与六轴工业机器人的零件的连接约束用质量块进行等效；对各六轴工业机器人的零件进行网格化生成整机的有限元模型；

所述刚性体包括电机、减速器和驱动器。

4.根据权利要求3所述基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法，其特征在于：所述步骤四中对步骤三建立的六轴工业机器人整机的有限元模型进行模态分析，确定六轴工业机器人不同工作状态的前六阶模态频率的具体过程为：

采用有限元软件进行模态分析，确定六轴工业机器人在三种关节角配置时的前六阶模态频率。

5.根据权利要求4所述基于有限元的六轴工业机器人动态性能优化方法，其特征在于：所述步骤五中采用步骤二优化后的零件在动力学分析软件中进行六轴工业机器人刚柔耦合动力学建模的具体过程为：

步骤五一：利用动力学分析建立六轴工业机器人虚拟样机；

步骤五一一：利用三维建模软件对六轴工业机器人各刚性体的质量、重心和转动惯量进行测量；

步骤五一二：在三维建模软件装配体文件中将各刚性体另存为x_t文件；

步骤五一三：将x_t文件作为零件导入动力学分析软件中，并设置对应的重心位置、质量和转动惯量；

步骤五一四：设置各刚性件的关节约束和驱动；

步骤五二：利用有限元分析软件和动力学分析软件建立了工业机器人的刚柔耦合模型；

步骤五二一：在有限元分析软件中建立新的工程项目，设置材料的属性，导入构件的x_t文件；所述材料的属性包括密度、杨氏模态张量和泊松比；

步骤五二二：设置构件的材料，选择作用面生成刚性连接点；

步骤五二三：设置划分网格的参数，生成构件的有限元模型，从工具栏导出inp文件；

所述网格的参数为网格尺寸和网格渐变比率；

步骤五二四：打开inp文件，只保留有限元建模的信息，删除求解模态的信息；

步骤五二五：打开有限元分析软件，在文件下拉菜单中设置项目目录和名称，读入构件inp建模文件；

步骤五二六：在主菜单中设置分析类型为模态分析，设置模态阶数为6；在动力学分析软件选取刚性连接节点，导出模态中性文件mnf；

步骤五二七：在动力学分析软件中导入mnf文件，同时设置柔性件与刚性件的连接约束，以及刚性件之间的连接约束，得到的刚柔耦合模型。