工業(yè)機(jī)器人是匯集機(jī)械、材料、電子、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)等一系列學(xué)科形成的高新技術(shù)集合體，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、化工生產(chǎn)、道橋施工、礦物開采、國防軍工、太空探索等領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人代替人類從事繁重單一的工作，在減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平、提高生產(chǎn)效率等方面意義重大。近年來，工業(yè)機(jī)器人的輕量化技術(shù)已經(jīng)在國際上受到越來越廣泛的關(guān)注。在滿足工業(yè)機(jī)器人高速度高精度等基本性能要求的基礎(chǔ)上，通過輕量化設(shè)計(jì)，可減小工業(yè)機(jī)器人自重，提升機(jī)器人整體動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)可以降低能耗，減小環(huán)境污染。上臂是工業(yè)機(jī)器人主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，也是機(jī)器人的主承力構(gòu)件，對機(jī)器人整體性能有著顯著的影響。本文以工業(yè)機(jī)器人上臂為研究對象，采用有限元方法對T700碳纖維復(fù)合材料工業(yè)機(jī)器人上臂進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文研究工作表明使用碳纖維復(fù)合材料機(jī)械臂替代原有鑄鐵機(jī)械臂能滿足工業(yè)機(jī)器人在噴涂、焊接等輕載荷工作情況下的性能要求，可為下一步進(jìn)行的碳纖維復(fù)合材料工業(yè)機(jī)器人整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論支持和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對鑄鐵工業(yè)機(jī)器人上臂在不同工況下進(jìn)行有限元靜力分析，得到上臂在實(shí)際工作情況下的最大主應(yīng)力以及應(yīng)變，驗(yàn)證了鑄鐵上臂設(shè)計(jì)的合理性，為后續(xù)碳纖維復(fù)合材料工業(yè)機(jī)器人上臂設(shè)計(jì)提供參考準(zhǔn)則。⑵以工業(yè)機(jī)器人上臂剛度為標(biāo)準(zhǔn)對碳纖維復(fù)合材料上臂鋪層進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用有限元軟件對碳纖維復(fù)合材料上臂進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定了碳纖維復(fù)合材料機(jī)械臂的合理性與安全性。⑶對碳纖維復(fù)合材料工業(yè)機(jī)器人上臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，根據(jù)前10階模態(tài)振動(dòng)特性和振型，與鑄鐵上臂動(dòng)態(tài)分析進(jìn)行對比分析，研究了碳纖維復(fù)合材料上臂振動(dòng)特性，進(jìn)一步確定碳纖維復(fù)合材料機(jī)械臂的合理性與安全性，為避免其發(fā)生共振提供了優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)。⑷對碳纖維復(fù)合材料上臂進(jìn)行了成本估算，與鑄鐵上臂制造成本對比分析，分析了復(fù)合材料上臂的應(yīng)用潛力。