某機器人框架加強方案的靜力及模態(tài)分析

王富剛 張廣濤

摘? ?要：機器人框架是機器人外部設備的支撐，決定了機器人的穩(wěn)定性。因此在預研階段對框架的力學性能分析尤為重要。文章利用Abaqus進行計算，一方面進行模態(tài)分析，另一方面分析模型靜力，校核是否滿足強度要求。通過對比兩種加固方案，最終確定框架方案。

關(guān)鍵詞：機器人;模態(tài)分析;靜力分析;框架

1? ? 模型介紹

門崗機器人框架采用等邊角鋼進行搭建，其模型如圖1所示，其中A為方案一模型，該方案在框架的兩側(cè)增加矩形框架。B為方案二模型，在框架中周向加4根角鋼。

2? ? 計算分析

2.1? 加載設置

（1）頻率提取。對模型進行模態(tài)分析，獲取框架整體的固有頻率和主要模態(tài)振型。

（2）靜力加載。對框架進行力學加載。根據(jù)框架外設備質(zhì)量，加載200 N靜壓力。再根據(jù)轉(zhuǎn)動電機扭矩，加載5 N·m的扭矩。

2.2? 模態(tài)計算結(jié)果

模型計算后，其主要頻率分布如表1所示。

方案二模態(tài)較方案一有較大改善，體現(xiàn)在前幾階固有頻率值上，有了一定增加，說明整體剛度有了一定提升。

3? ? 靜力學分析結(jié)果

方案一力學分析結(jié)果如下：

圖2中，A為應力分布情況，應力最大位置位于加強結(jié)構(gòu)與支撐角鋼的連接處，最大值為7.4×106 Pa，遠遠小于其材料屈服強度。

B為變形量云圖，最大位移位于頂端，其最大變形量為3.4×10-4 m。

C為方案二應力分布情況，其中應力最大的位置同樣位于加強結(jié)構(gòu)與支撐角鋼的連接處，最大應力值為2.1×107 Pa，小于其材料屈服強度，但較方案一有所增加。

D為變形量云圖，最大位移與方案一相同，其最大變形量約為4.4×10-4 m，表明加強結(jié)構(gòu)對于框架剛度有一定提升。

4? ? 結(jié)語

機器人框架在強度和整體剛度上均滿足使用條件。框架的應力值和變形量都在允許范圍內(nèi)。整體模態(tài)分析結(jié)果表明，方案二的整體模態(tài)更加有利，對于整體剛度也有較大提升，因此建議選用第二種結(jié)構(gòu)方案。

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