【摘 要】
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随着工业化和计算机技术的不断发展,机械臂被广泛的应用在各个领域。传统的刚性机械臂重量大,成本高且人机交互的安全性能低,越来越不适用于诸多场合,在此背景下,柔性机械臂应运而生。其中柔性充气臂凭借着重量轻,成本低的优点,已成为近几年的研究热点。但同时,柔性充气臂也存在着承载力低,刚度差的缺点,使其应用范围大大受限。基于此,本文采用数值模拟的研究方法,对柔性充气臂进行分析。柔性充气臂主体部分由充气臂杆和
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随着工业化和计算机技术的不断发展,机械臂被广泛的应用在各个领域。传统的刚性机械臂重量大,成本高且人机交互的安全性能低,越来越不适用于诸多场合,在此背景下,柔性机械臂应运而生。其中柔性充气臂凭借着重量轻,成本低的优点,已成为近几年的研究热点。但同时,柔性充气臂也存在着承载力低,刚度差的缺点,使其应用范围大大受限。基于此,本文采用数值模拟的研究方法,对柔性充气臂进行分析。柔性充气臂主体部分由充气臂杆和充气关节组成,本文遵循由基本组成构件到整体结构的研究思路,利用Abaqus有限元分析软件,将充气臂杆和充气关节单独考虑,分别研究其力学性能。之后分析充气臂整体的力学性能,并提出一种充气臂的简化模拟方法,用于分析多连杆充气臂的承载能力。所完成工作有以下几个方面:1、充气臂杆的力学性能分析与改进建立了充气臂杆的力学模型,确定了其载荷类型和边界条件,同时选取算例对本文模拟方法进行验证。之后对充气臂杆进行力学性能的参数化分析,得出了不同参数对充气臂杆力学性能的影响规律,并拟合出臂杆承载力的计算公式。最后采用臂杆内壁附加强筋的方法,对充气臂杆的力学性能进行改进,同时对加强筋的数目和几何布置方式进行数值模拟,给出筋的最优布置方案。2、充气关节的力学性能分析针对充气臂领域应用最多的褶皱关节和热焊接关节,本文分别建立了这几种充气关节的有限元模型,之后通过理论分析和有限元模拟两种方法比较了其承载能力和柔性变形能力,最终选取褶皱关节,并对褶皱关节进一步展开分析,得出了不同参数对褶皱关节力学性能的影响规律,给出关键参数的取值建议,同时拟合出关节承载力的计算公式。3、充气臂整体的力学性能分析针对膜结构充气臂有限元模拟的计算时间长、收敛难度大的问题,本文建立了一种充气臂简化模型,将简化模型与实体精细化模型比较,验证了简化方法的正确性。运用简化模型分析多连杆充气臂的力学性能,并通过拟合给出了多连杆充气臂承载力的计算公式,为实际充气臂连杆数目的选择提供理论参考。
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