工业机器人手臂结构的有限元分析与研究.pdf

工业机器人手臂结构的有限元分析与研究是一项专业领域研究，其中涉及到机器人手臂设计、材料力学特性以及计算机辅助设计等多个方面。以下将根据提供的文件内容，详细说明该研究中所涉及的知识点。 标题中的“工业机器人手臂结构的有限元分析与研究”揭示了研究的核心内容是利用有限元方法对工业机器人的关键组成部分——手臂结构进行力学性能分析。有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种通过离散化将连续体划分为有限个小单元来对复杂结构进行数值计算的仿真方法。该方法广泛应用于机械、土木、航空等工程领域，用于预测物体在各种载荷条件下的响应。 在描述中提到的“平面壳体等参单元”是指在进行有限元分析时采用的一种单元类型。等参单元（Isoparametric Element）是一种单元几何形状与定义其位移场的插值函数的阶数相同的单元。这种单元因为具有较好的适应性，能够较为精确地适应复杂的几何形状，因而适用于研究复杂结构的机器人手臂。 在研究方法上，本研究采用了平面应力问题与弯曲应力问题相结合的方法。平面应力是指物体的某个面内应力状态，不考虑厚度方向的应力变化；而弯曲应力则通常是指薄板受力弯曲时产生的应力。将这两种应力状态叠加起来，可以更全面地模拟机器人手臂在实际工作中的受力情况，从而得到更为精确的分析结果。 在单元选取与划分方面，研究中提到了三节点三角形和四节点矩形平板壳体单元。这两种单元通常用于有限元分析，它们能够根据需要拟合不同的结构形状。对于机器人手臂这种结构来说，单元的选取将直接影响到分析结果的准确性。由于机器人手臂结构通常较为复杂，故研究中采取了等参元单元进行计算，以减少单元划分的精细程度，同时保证了计算精度。 在结构单元划分网格图中，根据所提供的内容，通过节点编号和单元号的分配，将复杂的机器人手臂结构简化成有限数量的单元。研究中提及的节点总数和单元总数是分析的基础，它们影响到计算的复杂度和求解过程的效率。 研究中还涉及到节点编排和总刚阵存储的问题。节点编排对刚度矩阵的半带宽有直接的影响，半带宽越小，计算所需的存储空间就越少，运算速度也相应提高。因此，选择合适的节点编排方式是提高有限元分析效率的关键步骤。 在单元刚度矩阵的计算中，研究采用了高斯积分法进行数值积分。高斯积分法可以提高计算精度，是有限元分析中常用的一种数值积分方法。通过高斯积分法计算单元刚度矩阵，能够确保分析结果的准确性。 坐标系的确定也是有限元分析中的重要环节，整体坐标系和局部坐标系的设置对于后续分析工作的开展至关重要。整体坐标系一般建立在结构的对称轴上，而局部坐标系则建立在各个不同的面上。这种坐标系的设置有助于更准确地描述结构各个部位的受力情况。 这份关于“工业机器人手臂结构的有限元分析与研究”的文件涵盖了多个工程技术领域的知识点。从有限元分析的原理和方法，到机器手臂结构的具体分析，再到计算机辅助设计的应用，展现了现代机器人技术中的复杂性和先进性。通过这一研究，我们能够更好地理解如何设计出性能更加优越、结构更加合理的工业机器人手臂，这对于推动机器人技术的发展具有重要意义。