张 华

(铜川职业技术学院，陕西 铜川 727031)

机械臂是机器人的重要组成部分之一，随着我国工业产业规模的不断扩大，工业机器人的普及速度也在逐年加快，工业机器人的手臂结构也越来越复杂。现阶段国内生产的工业机器人普遍存在机械臂结构过于臃肿、响应速度慢、运动不灵活、质量过大等方面的不足，无法满足工业机器人的灵巧化、轻量化等方面的要求。机械臂的轻量化是实现机器人整体轻量化的一项重要手段[1-2]。因此，此次研究从材料和机械臂2个角度对机械臂实施了轻量化设计，在基本维持机械臂应力结构不变的情况下减轻机械臂质量。在机械臂轻量化的技术研究方面，德国宇航中心(DLR)于2019年推出了Rollin′s Justin类机器人，该设备采用第三代轻型机械臂DLR-LWR-Ⅲ结构，最大伸展长度为936 mm、最大负载15 kg、自重13.5 kg，该款机械臂设备采用模型化的设计理念，从机械器材料结构优化的角度出发进行了分区域式的设计。研究受该款机械臂的启发，决定对机械臂的物理结构进行分区域性的调整，并通过Patran软件对机构臂拓扑结构进行优化。

1 机械臂材料轻量化

材料轻量化是实现机械臂轻量化的一种主要手段，2A12铝合金是机器人常用的连接杆件，但由于2A12铝合金不具备足够大的屈服强度，因而存在整体结构安全系数不足的问题[3-4]。因此，研究选定7075-T6铝合金作为机械臂结构材料，该材料具有轻度密度比高、强度高、固溶处理后塑性好等方面的优势，被广泛应用于航空、航海和汽车等领域。……