Material Optimization of Robotic Arm Using FEM and Rigid Body Dynamics

Das Kapitel befasst sich mit der Optimierung von Roboterarmmaterialien durch die Anwendung der Finite-Elemente-Analyse (FEA) und der Festkörperdynamik (RBD). Es beginnt mit der Diskussion über die Bedeutung der Robotik in verschiedenen Branchen und die Notwendigkeit leichter, hochfester Materialien zur Steigerung der betrieblichen Effizienz. Die Methodik umfasst statische Strukturanalysen mit ANSYS 18.1-Software, einschließlich Vor-, Lösungs- und Nachbearbeitungsschritten. Die Analyse umfasst die Verzahnung des Roboterarmmodells, die Zuweisung von Lasten und Randbedingungen sowie die dynamische Analyse mittels des Designpakets Creo. Die Ergebnisse und Diskussionen beleuchten die Drehmomentanforderungen und Spannungsverteilungen in Roboterarmen aus Kohlenstoff-Epoxid und Aluminiumlegierung und zeigen, dass Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe Vorteile bei der Reduzierung von Scherspannungen und -massen bieten. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen zur weiteren Designoptimierung und dem potenziellen Einsatz von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen zur Erhöhung von Festigkeit und Sicherheitsfaktoren.