东华大学学报(自然科学版)2024,Vol.50Issue(1) :55-62.DOI:10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0470

混合结构机械臂的设计与仿真分析

Design and simulation analysis of hybrid structure manipulator

袁雪莲 孟婥 张荣涛 张玉井 左明光
东华大学学报(自然科学版)2024,Vol.50Issue(1) :55-62.DOI:10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0470

混合结构机械臂的设计与仿真分析

Design and simulation analysis of hybrid structure manipulator

袁雪莲 1孟婥 1张荣涛 1张玉井 1左明光1
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作者信息

  • 1. 东华大学机械工程学院,上海
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摘要

为减轻金属机械臂的重量,以六自由度机器人的大臂为研究对象,结合三维编织碳纤维复合材料的成型工艺,设计机械臂结构,提出基于CFRP/QT(碳纤维增强复合材料/QT 500-7铸铁)混合结构的机械臂轻量化设计方法.采用有限元分析方法对混合结构机械臂进行静力学分析,得到满足强度及刚度要求下混合结构机械臂的设计方案.力学仿真结果表明,混合结构机械臂质量减少24%,混合结构机械臂机器人具有良好的运动性能,在J1关节处所需驱动力矩更小.

Abstract

In order to reduce the weight of the metal robot,the big arm of the 6-DOF robot is taken as the research object,and combined the forming process of the three-dimensional braided carbon fiber composite material,a lightweight design method of the manipulator based on the CFRP/QT(carbon fiber reinforced polymer/castiron QT 500-7)hybrid structure is proposed to design the structure of the manipulator.Through the static analysis of the hybrid structure manipulator by the finite element analysis method,the final scheme of the hybrid structure of the mechanical arm is obtained under the requirements of strength and stiffness.At the same time,the dynamic simulation results show that the robot equipped with a 24%weight reduction hybrid structure manipulator has good motion performance,and the driving torque of the hybrid structure manipulator robot at the J1 joint after weight reduction is smaller.

关键词

混合结构/机械臂/碳纤维复合材料/轻质设计/仿真分析

Key words

hybrid structure/robotic arm/carbon fiber composite material/lightweight design/simulation analysis

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基金项目

国家发改委重大技术装备攻关工程项目([2021]168703)

国家自然科学基金青年科学基金(51905088)

出版年

2024
东华大学学报(自然科学版)
东华大学

东华大学学报(自然科学版)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.308
ISSN:1671-0444
参考文献量17
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