随着工业4.0时代的高速发展,工业机械臂逐渐代替产业工人被应用到各行各业的生产线上。目前,与国外相比,我国工业机械臂技术差距较大,存在性能较差以及可靠性低的问题。因此,需要通过工业机械臂动力学方法来分析机械臂本体对动载荷和驱动力之间的响应问题,才能从根源上解决工业机械臂运行过程中抖动过大、定位精度不足、零部件容易劳损等问题,提高整体性能以及可靠性。本文针对UR10工业机械臂,建立了运动学和动力学模型,对整体结构进行有限元建模及简化,在此基础上完成UR10机械臂动力学分析、定位准确度分析以及可靠性分析。本文主要研究内容分为以下几个方面:(1)通过D-H参数法和Lagrange法建立UR10工业机械臂运动学和动力学模型。运用D-H参数法建立该机械臂连杆坐标系,在此基础上,推导出UR10机械臂正运动学与逆运动学方程,利用MATLAB Robotics模块编写机械臂运动学程序,验证运动学模型准确性。运用Lagrange法建立UR10机械臂动力学模型,推导出整体结构的动能、势能以及广义力公式,为后续动力学分析奠定理论基础。(2)通过ANSYS有限元分析软件对UR10机械臂动力学正、逆问题进行仿真求解。利用ANSYS Workbench Geometry模块建立并简化有限元模型,选取特定工况进行动力学分析。通过动力学正问题分析,提取UR10机械臂整体结构应力大小、位置分布与重要关节角位移曲线,对UR10机械臂整体刚度与定位性进行评价。通过动力学逆问题分析,得到运动过程中机械臂关节驱动力矩变化曲线和整体结构应力应变分布,判断设计的合理性。对UR10整体结构进行模态分析,提取前六阶模态振型及振动特性,为避免产生结构共振提供参数依据。(3)通过仿真实验对UR10机械臂进行定位准确度分析。以机械臂实际运行工况为基础,设计其在相同轨迹路线、外部负载,不同内部驱动下的仿真实验,在ANSYS软件中进行分析。提取各实验组整体结构应力分布和仿真轨迹路线,在MATLAB软件中与原定轨迹路线进行分析比较,研究机械臂内部驱动对末端定位准确度的影响(4)通过ANSYS Design Exploration概率分析模块对UR10机械臂进行可靠性分析。选取材料属性、外部负载、内部驱动三大类下的五个变量作为输入变量,等效弹性应变、等效应力、末端位移作为输出变量,研究输入变量对输出变量的影响趋势及可靠度。