机械臂是工业机器人的重要形式,被广泛地应用在锻造生产这种环境比较恶劣的场所。针对企业特定生产条件,设计了一种锻造专用机械臂,该机械臂可以周期性地完成将加热炉上的锻件搬运到锻造台上的动作,具体研究内容如下:(1)在深入研读国内外工业机器人研究现状的基础上,根据实际工况确定机械臂为四自由度圆柱坐标型。然后对机械臂进行了方案设计,通过受力分析对比了两种手爪方案,对机械臂进行了详细的结构设计,并对动力装置进行了选型计算,最后应用SolidWorks对机械臂进行了三维装配体建模。(2)在软件Adams中建立了机械臂的动力学仿真模型,得到了机械臂末端执行器的轨迹和运动学曲线,验证了机械臂运动的稳定性和灵活性。然后对手爪的两种结构方案进行仿真,得到了两种方案的驱动力仿真结果。最后通过仿真得到了机械臂四个关节的驱动力或驱动力矩,验证了驱动装置理论计算的正确性。(3)首先通过有限元分析软件ANSYS Workbench对机械臂整体进行了稳态热分析,仿真结果表明局部温度过高,根据仿真结果对机械臂的手爪、上臂等结构进行了更改材料、涂抹隔热层等防热处理,保证了机械臂零件正常工作。然后对机械臂进行了五个动作周期和十个动作周期的瞬态热分析,得到了实际工况下机械臂的温度场情况。最后在稳态热分析的基础上对机械臂进行了热-结构耦合分析,仿真得到了极限位置的机械臂在重力作用下的最大变形量为3.24mm,并且对手爪构件和腕部支撑板进行静力学分析,得到这些零件的变形和应力信息。(4)通过ANSYS Workbench中的优化板块,在热-结构耦合分析的基础上,对机械臂上臂零件结构进行了轻量化优化设计,上臂零件的质量和机械臂总变形量分别减少了10.45%和13.36%。