混凝土布料机器人是一种应用于建筑行业的特种机器人,用于将水泥混凝土精确输送至作业位置。机械臂是混凝土布料机器人的主要承载构件,机械臂结构的好坏直接影响整个混凝土布料机器人的稳定和可靠。作为混凝土布料机器人关键零部件,机械臂本身具有复杂的结构特性,由于瞬时过载造成机械臂架的断裂、由于应力集中造成机械臂铰孔变形、焊点开焊是机械臂的主要失效形式。机械臂安装形式属于悬臂梁结构,固定在可以旋转的底座上,各个节臂之间用销轴铰接。机械臂上铰孔的位置决定了机械臂的卷绕方式,进而影响机械臂的工作范围,由于铰孔处容易出现应力集中,所以直接影响到机械臂使用寿命。在混凝土布料机器人机械臂设计过程中,机械臂的灵活性、工作半径、机械臂的使用寿命的各项指标往往是不能周全。本文提出一种基于有限元静力学分析,利用分析结果约束动力学仿真,再由动力学仿真参数驱动原三维模型重新建模的优化方法,在保证机械臂的灵活性和工作范围的前提下,优化了机械臂的各个设计参数。在阅读大量资料文献与现场调研基础上,第一对混凝土布料机器人的定义和国内外的发展趋势做了分析,对混凝土布料机器人机械臂的组成、作业范围、作业工况、卷绕形式、连接方案、变幅机构等做了详细分析。第二依据混凝土布料机器人实体模型对机械臂测绘建模,并在建模过程中对部分零部件进行优化设计。根据机械臂三维模型进一步计算机械臂在实际作业过程中所承受关键载荷。第三对机械臂进行有限元静力学分析,得出各节臂的应力、安全系数、位移等数据,进一步求得混凝土布料机器人机械臂在各节臂中出现的应力集中情况。第四对机械臂进行动力学仿真分析,建立各节臂运动算例,求解变幅油缸的最大驱动力,进而设计机械臂的设计算例,把限元分析的应力数据作为机械臂优化设计的约束条件,将变幅油缸最大压力作为目标函数对机械臂铰点系统进行优化,第五通过得出的优化数据驱动机械臂的原三维模型重新建模。通过分析、对比仿真结果得出,优化方法明显的改善了机械上应力集中的现象,减小了铰孔、变幅机构的最大应力,优化了机械臂的各个设计参数。