随着中国智能机器人产业的发展,桁架机器人的发展也进入了春天,在柔性生产线、自动化工厂等领域,发挥着越来越重要的作用。然而国内的桁架机器人大部分属于经验设计,对机器人结构没有深入的力学分析与优化。HUB10桁架机器人为本文研究对象,其中,基座、横梁、托板为主要支撑部分,因此结合实际工况,对基座、横梁、托板进行力学分析和优化设计。首先,通过对机器人的整体结构分析,得到机器人的危险位姿,对此位姿时的静力平衡进行分析、计算,得到基座、横梁、托板三部分的受力情况。为了验证计算结果的准确性,使用ADAMS对HUB10进行仿真分析,结果表明,理论计算准确。其次,建立支撑件基座、横梁、托板部分的有限元模型,使用Workbench对其进行静力学分析,确定各支撑件均满足安全设计要求,具有加大优化空间,且找出结构中最大应力应变位置。此外,设计形变位移量测量实验,验证有限元模型的准确性。再次,对基座、横梁、托板进行模态分析,得出它们前六阶模态的频率和振型,确定HUB10在运行时,结构不会受到驱动力振动的影响。根据寿命分析理论,对基座、横梁和托板进行寿命分析,得到各部件的寿命,找出各部件中容易发生疲劳损伤的位置。最后,基于以上研究,采用拓扑优化方法对托板上的滑块支架部分进行了刚度优化设计,在质量基本不变的情况下增加了刚度,使最大形变位移量减少了4%左右;使用形貌优化、拓扑优化和尺寸优化三种方法对基座部分进行了等刚度条件下的轻量化设计,使质量减少6.8%的效果。通过优化前后的模型分析对比,确定了优化方案的可行性。综上所述,本文通过对HUB10进行力学分析和优化设计,增大了托板的刚度,实现了基座在等刚度条件下的轻量化。最终实现了HUB10的刚度增大和质量减小。