材料采用性能较好的Q235材料，材料参数如表1所示。
表1 插袋机械手材料参数
根据材料参数和三维模型，可利用ANSYS 建立有限元模型，通过软件进行分析可得如下结果，如图3所示。我们可以看出工况下最大应力位置在连接轴附近，最大应力约为3.49MPa，远低于所用材料的屈服应力值。机械手综合弹性形变最大值为0.174mm。将机械手所有弹性形变进行矢量叠加，求合得到插袋机械手的总体位移最大值为0.9mm，这一数值在设计的可控范围之内。经以上分析显示，插袋机械手第一位姿情况完全符合强度和精度的要求。
1.2 插袋机械手第二位姿的载荷分析
下面对插袋机械手的第二位姿进行载荷分析，机械手的第二位姿进行载荷分析，即大臂、小臂和手部成一水平直线的姿态，建立插袋机械手的三维模型，如图4所示。考虑最大载荷约束仍为50N如图5，对第二位姿的有限元模型添加约束后进行分析，约束为紧固约束。
根据材料参数和三维模型，利用ANSYS建立有限元模型，通过软件进行分析可得如下结果，如图6所示。我们可以看出第二位姿工况下最大应力点，位置在连接轴附近，最大应力约为3.45MPa，远低于所用材料的屈服应力值。机械手综合弹性形变最大值为0.172mm，这一数值在设计的可控范围之内。经以上分析显示，插袋机械手第二位姿情况完全符合强度和精度的要求。
2 插袋机械手的寿命评估
在工作过程中，零部件会受到交变载荷的影响，进而出现交变应力，并作用于零部件上。只要力的大小仍小于许用应力，便可继续使用。而达到随着工作时长增加，部分位置会产生疲劳现象，可能会出现其部分位置已经损坏，而其力还小于许用应力的情况。根据插袋机械手各关节部位的结构和运动特点，对疲劳可靠性要求较高，现阶段设计的对象还不能达到要求。对于机械手的使用年限分析以及其疲劳强度的分析，采用的方式为进行疲劳试验。而试验中存在很多缺陷，不仅维护成本较高，对年限分析存在局限性，并且其对机械手的结构损伤较大。本文采用最大结构应力评价准则进行保守型寿命评价。
2.1 插袋机械手第一位姿的寿命评估
将之前建立好的机械手第一位姿有限元模型满载荷情况下的寿命进行分析，结果如图7所示。可以看出，结构在最大应力下可运行时间为106小时，属于高周疲劳结构，结果较好。第一位姿狀态下安全系数最小2.47，说明属于合格，并且优化了结构。
2.2 插袋机械手第二位姿的寿命评估
将之前建立好的机械手第二位姿有限元模型满载荷情况下的寿命进行分析，结果如图8所示。可以看出，结构在最大应力下可运行时间为106小时，属于高周疲劳结构，结果较好。第二位姿状态下安全系数最小2.50，说明属于合格，并且优化了结构。
3 结束语
本文利用有限元软件ANSYS对插袋机械手三维模型的两个位置姿态分别进行静力学分析和疲劳分析（寿命评估）。得到结论如下：（1）插袋机械手的结构设计满足工况最大载荷情况;（2）经过机械手寿命评估，寿命属于高周疲劳，能够满足工程使用寿命年限。
参考文献：
[1]王田苗，陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报，2014（09）：1-13.
[2]孙英飞，罗爱华.我国工业机器人发展研究[J].科学技术与工程，2012，4：2912-3031.
[3]Subudhi B， Morris A S. Soft computing methods applied to the control of a flexible robot manipulator[J]. Applied Soft Computing Journal， 2009，9（1）：149-158.
[4]邢静忠，等.ANSYS分析实例与工程运用[M].北京：机械工业出版社，2004.
[5]Insperger T.Stability analysis of periodic delay-differential equations modeling machine tool chatter. Hungary：Budapest University of Technology and Economics， 2002.
[6]崔志琴，杨瑞峰.复杂机械结构的参数化建模及模态分析[J].机械工程学报，2008，44（2）：234-237.