基于 ABAQUS 的桁架机器人模态分析

为了确保桁架机器人在智能物流工厂设计阶段满足模态性能要求，在设计前期进行模态分析研究至关重要。本文针对这一需求，从合理确定机器人结构和建立三维模型开始，应用ABAQUS有限元仿真平台提取桁架机器人前十阶固有频率及振型。后续通过模态试验的方法，对实体缩小模型进行分析，以此验证模态分析结果的可靠性。

内容概要：


1. 结构性介绍：

研究目标指向某物流工厂自动化的输送线，将人力输送需求以高速高精度的桁架机器人替代，提高物料运输效率。

工厂的现场条件：立柱间距6米，尺寸500×500mm，设计的桁架机器人尺寸为X轴方钢120×120×5000mm，Y轴方钢120×120×10000mm，Z轴竖梁方钢120×120×3000mm，立柱方钢150×150×3000mm。

使用SolidWorks软件建立了包含横梁、立柱、末端执行器、滑台、传动系统、伺服系统的三维实体模型。

2. 模态理论：

模态分析作为动态特性的核心，通过模态变换把多自由度振动简化为单个自由度振动，进行线性叠加分析复杂结构的振动。




在假设结构刚度矩阵、质量矩阵为常数、不考虑阻尼效应和时间变化载荷的基础上，构建了关于机器人的运动微分方程模型，求解出固有频率ω下自频率方程和系统的n个固有频率。

3. 模式仿真与试验：


ABAQUS平台建立仿真模型，包括合理设置约束（固定约束），确保准确性。

以模式试验获取的1:15缩放比实体模型进行现场分析，模式试验系统由激励系统、测量系统、数据采集处理系统组成。

模拟桁架机器人在物流生产过程中的动态特性，定位关键测点，建立测试模型，分析模式的全阶固有频率及振型。

4. 结果与分析：


开展仿真分析求得桁架机器人的前十阶固有频率，进行振型云图的可视化表示。

通过试验验证，四种特定模态振型与仿真结果高吻合度，说明建模与约束条件设置的正确性。

分析结果指出整体固有频率较低，存在发生共振的风险，对此需进一步优化结构设计，提高固有频率，确保从动力学性能的高度优化桁架机器人。