摘要：针对焊接机器人大臂的结构特点，运用有限云分析方法，建立了大臂的有限元计算模型，对大臂进行静态分析，获取了模型的位移云图与应力云图，对大臂进行模态分析，得到了大臂的前六阶固有频率和相应振型。对影响大臂静动态特性的结构参数进行选择，确定了大臂的结构优化方向。通过改变主要结构参数对大臂进行优化，在大臂质量增加许可范围内，改善了大臂的静动态特性。
关键词：焊接机器人；大臂；静态分析；模态分析；优化
0 引言
焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备[[[1]赵伟, 殷国富, 陈航等. 基于Solid Works和ANSYS的机器人手臂性能分析与优化设计。采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。焊接机器人本体主要由基座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端执行机构组成。焊接机器人大臂是连接腰部和小臂的重要组成部分，也是影响焊接机器人定位精度的关键要素之一。同时，大臂也是焊接机器人的主要支撑部件，必须具备良好的静动态特性，这主要由于当大臂发生微小的振动时，末端将产生很大的位移响应，导致焊接过程不稳定，影响焊接质量，甚至会导致焊接机器人发生损坏[[[] 徐希文, 平雪良, 陈鲁刚, 等. 弧焊机器人大臂结构模态分析。
传统的大臂结构设计大多采用相似设计，没有合理的科学理论依据，对于静动态因素的考虑多以经验修改几何参数和反复测试其性能为主要手段。这大大降低了设计效率，延长了设计周期，增加了设计成本。针对传统结构设计方法的弊端，本文采用有限单元法对焊接机器人的大臂进行静动态特性分析，利用三维建模软件Solidworks对大臂进行建模，利用有限元分析软件ANSYS Workbench对大臂进行静态分析和模态分析，并对大臂进行优化。
静态分析是用来分析结构在给定静力载荷作用下的响应。一般情况下，往往只为获得结构的位移、约束反力、应力以及应变等参数。它是结构疲劳分析、模态分析等的基础。模态分析用于求解设计结构或机器零部件的振动特性，即固有频率和振型。通过模态分析，设计者可以在设计初期对设计结构的固有振动特性有充分的认识，可以发现机械系统的薄弱环节和主振部件，改进结构，使结构避免共振，避免事故的发生。
1 焊接机器人大臂有限元分析
有限元分析过程主要包括下面几个步骤：建模、设定材料属性、划分网格、施加载荷和约束、求解、查看结果及分析。
1.1 实体模型的建立
使用三维建模软件Solidworks 进行实体模型的建立，将Solidworks中建好的三维模型通过无缝接口导入到ANSYS Workbench软件中进行分析。在三维建模过程中将一些不影响分析精度又增加网格划分密度和节点个数的的圆角、倒角特征去除。
作者：李华