高速重載碼垛機器人動態(tài)特性分析及結構優(yōu)化研究.pdf

1、隨著高速重載碼垛機器人在汽車、冶金、物流等行業(yè)的廣泛應用，自動化生產線對機器人的搬運速度、負載能力、加速度和定位精度提出了更高的要求。針對高速重載碼垛機器人高速、高精度、大負載的工作特性，僅在運動學層面上進行結構設計還不夠，有必要依據動靜力學性能分析，對機器人本體進行重點面向動態(tài)特性的結構優(yōu)化研究。因此，本文從高速重載碼垛機器人的工作特性出發(fā)，提出一種基于動態(tài)特性分析的高速重載碼垛機器人優(yōu)化設計方法。
　　本文首先基于D-H參數法

2、和第二類拉格朗日方程對高速重載碼垛機器人進行運動學和動力學建模，推導出運動學正解及雅克比矩陣，結合減速機簡化模型建立了剛柔耦合動力學模型。利用ADAMS分析軟件，建立了機器人虛擬模型，進行了動力學仿真，驗證了關節(jié)柔性對機器人性能的影響以及動力學方程的正確性。其次，借助有限元仿真分析，對碼垛機器人的三個典型位姿進行了模態(tài)分析。結果顯示，最低階固有頻率主要是由于大臂的關節(jié)柔性引起的搖擺振動，小臂彎曲和大臂扭轉也會對系統(tǒng)產生較大影響。接著通過

3、多點激勵單點拾取的模態(tài)分析方案，借助BOBCAT動態(tài)測試系統(tǒng)，進行了典型位姿下的整體動態(tài)實驗。根據模態(tài)分析結果，提出了采用有限元分析軟件優(yōu)化大小臂桿件柔性，理論建模優(yōu)化關節(jié)柔性指標的碼垛機器人整體結構優(yōu)化方法。最后，考慮桿件柔性，利用有限元分析軟件對大小臂進行結構優(yōu)化。然后，針對關節(jié)柔性對系統(tǒng)帶來的影響，確定了固有頻率，靜剛度和速度特性作為優(yōu)化目標，建立了關節(jié)柔性多目標優(yōu)化模型。根據模態(tài)分析理論，采用振型疊加法進行了碼垛機器人的振動模態(tài)

4、理論分析研究。通過大小臂簡化處理，以及固有頻率相對靈敏度分析，確定了優(yōu)化變量。通過優(yōu)化目標的性能譜圖分析，得到了優(yōu)化目標間的耦合性關系。結合碼垛機器人其他具體工作需求，確定以工作空間、最大加速能力和大小臂剛度作為約束條件。最后，進行了多目標優(yōu)化模型的求解和優(yōu)化結果分析。針對 NSGA-II存在的缺陷，對交叉算子和擁擠度排序進行了改進，并通過典型測試函數和性能評價指標，驗證了改進算法的有效性。通過改進 NSGA-II算法進行優(yōu)化模型的求解