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弧焊机器人关键零件的有限元分析和结构可靠性的研究

李倩  
【摘要】:在当今的工业生产中,焊接机器人的地位越来越重要,国外焊接机器人已经实现通用化设计,且产品质量可靠,而我国在焊接机器人设计与使用性上还有一些不足,机器人的可靠性还有待提高。本文将针对现有的载荷为六公斤的弧焊机器人(HHR6)关键零件进行结构可靠性分析。HHR6在设计中以小质量和低成本为目标,采取了各种减重设计,因此结构的可靠性成为重要问题。针对HHR6的可靠性问题,本文进行了以下内容的研究: 对弧焊机器人的关键零件的结构进行了有限元化,分析了弧焊机器人的关键零件的强度和刚度,并且得到弧焊机器人的关键零件的固有频率和振型,进一步分析了单个零件模型的动态特性和刚度。 结合以上分析的结果,进行了关键零件的结构可靠性研究。利用ANSYS软件,通过参数化建模得到有限元模型,利用结构可靠性分析方法中的蒙特卡罗法,得到了零件概率分析的统计结果,分析了影响结构可靠性的因素。 针对基于有限元法和蒙特卡罗法的结构可靠性分析的结果,利用结构可靠性中的一次二阶矩方法和弹性力学基本理论,对关键零件进行了结构可靠性的验证计算,从仿真和推导计算两个方面证明了弧焊机器人的关键零件的结构可靠度水平。 在蒙特卡罗结构可靠性分析方法的基础上,将模式识别中的K-近邻算法引入到结构可靠性的分析当中,提出了基于K-近邻算法和蒙特卡罗法(KNN-MC)的结构可靠性分析方法,并在此基础上结合模糊理论,对K-近邻算法进行了改进,得到基于模糊和K-近邻算法的结构可靠性分析方法(FUZZY-KNN-MC)。利用关键零件(小臂)的模拟数据进行了方法的验证,证明了基于模式识别的结构可靠性方法的可行性,并对方法使用中存在的问题提出了解决方案。


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