[发明专利]一种机器人大臂加强筋的设计方法

说明书

本发明一种机器人大臂加强筋的设计方法，适用于一种三轴电机后置、二轴电机与减速机直连的折弯型大臂，对未设置加强筋的大臂，在极限工况下通过有限元分析进行应力分析和位移分析，得出大臂模型的应力和位移云图，采用图像识别去除位移云图主要的位移等线，在改线的方向和垂直方向建立加强筋，能快速得到加强筋的位置、方向和尺寸，得到的加强筋不仅能在结构紧凑和布局无干涉之间达到平衡，还能有效增加大臂强度，提高机器人整体刚性，从而提高机器精度。

技术领域

本发明属于机器人大臂设计领域，尤其涉及一种机器人大臂加强筋的设计方法。

背景技术

针对微型、小型工业机器人大臂的设计，小型机器人的臂展空间通常较小，结构过于紧凑，需要合理布局，防止出现干涉、内部走线困难、运行角度受限等问题。由于小型机器人为实现轻量化，通常壁厚设置较小，其强度会大幅度降低，大臂的连接面能承受的负荷有限，为了增加结合面的强度，需要在两结合体的公共垂直面上增加加强板，俗称加强筋。

布置加强筋是提升结构力学性能的常用手段之一，已被广泛应用于各种装备结构中，快速有效地设计加强筋分布以最大化提升结构力学性能具有重大意义。目前已有多种加强筋分布优化设计方法被有效应用，主要分为基于单元密度的结构拓扑优化方法和基于基结构法的分布优化方法。前者所获得加强筋分布形态不够清晰，需要进一步后处理才能得到真正的加强筋分布，而后处理后的加强筋分布其最优性无法保证；后者所得结果具有清晰的加强筋分布构型，但由于受到基结构几何特性的限制，加强筋具有特定的分布角度，如0°、45°、90°、135°，设计自由度受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人大臂加强筋的设计方法，使得所设计的加强筋，能有效增加大臂强度，提高机器人整体刚性，又能使得大臂结构紧凑和布局合理无干涉。

本发明一种机器人大臂加强筋的设计方法，适用于一种三轴电机后置、二轴电机与减速机直连的折弯型大臂，包括如下步骤：

步骤1、大臂的基本结构设计

折弯型大臂上二轴电机和减速机同心设置，二轴的电机和减速器的共同轴心称为二轴轴心，假定二轴轴心和三轴电机的轴心均处于同一条竖直线上，该三轴电机的轴心、三轴减速机和二轴轴心形成一个三角形；

步骤2、极限工况有限元仿真

在大臂的基本结构设计完成后，对未设置加强筋的大臂通过有限元分析进行强度校核，即通过对大臂在极限工况下进行应力分析和位移分析，判断其受力情况，得到结构薄弱位置或需要加强设计的位置；所述强度校核所施加的边界条件为负载最大的工况和位置，当二轴轴心与三轴减速机轴心位置水平，所受的重力和负载转矩最大；

在应力分析中，发现应力过大的地方，应返回步骤1对大臂的基本结构添加减小集中应力影响的结构，和/或对部分应力较大的位置增加厚度；

在位移分析中，若大臂基本结构刚度不足，则需要在大臂上设置加强筋，增加抗弯能力，进入步骤3；

步骤3、加强筋位置判断

对于折弯型大臂,在其两段折线结构的中间部位，即三轴电机至三轴减速机中间设置加强筋，具体位置由后续步骤结合大臂结构空间、加工工艺、外观进行判断；

步骤4、加强筋方向判断

(1)基于步骤2的有限元分析的位移云图的后处理，在后处理中显示极限工况下大臂主视图上的平面位移云图；

(2)通过后处理得到位移云图后，通过图像识别出主要等位移分界线，此线为大臂在此工况下，发生位移相同的部分，参照步骤3中确定的加强筋位置，选取其中主要的分界线，提取其角度，得到第一角度；

(3)至少在第一条加强筋的受剪方向添加第二条加强筋；

步骤5、加强筋尺寸计算