高速重載碼垛機器人動態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)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(yīng)用，自動化生產(chǎn)線對機器人的搬運速度、負(fù)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(fù)載的工作特性，僅在運動學(xué)層面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計還不夠，有必要依據(jù)動靜力學(xué)性能分析，對機器人本體進(jìn)行重點面向動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)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(shè)計方法。
　　本文首先基于D-H參數(shù)法

2、和第二類拉格朗日方程對高速重載碼垛機器人進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)建模，推導(dǎo)出運動學(xué)正解及雅克比矩陣，結(jié)合減速機簡化模型建立了剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型。利用ADAMS分析軟件，建立了機器人虛擬模型，進(jìn)行了動力學(xué)仿真，驗證了關(guān)節(jié)柔性對機器人性能的影響以及動力學(xué)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(jìn)行了模態(tài)分析。結(jié)果顯示，最低階固有頻率主要是由于大臂的關(guān)節(jié)柔性引起的搖擺振動，小臂彎曲和大臂扭轉(zhuǎn)也會對系統(tǒng)產(chǎn)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(jìn)行了典型位姿下的整體動態(tài)實驗。根據(jù)模態(tài)分析結(jié)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(guān)節(jié)柔性指標(biāo)的碼垛機器人整體結(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。然后，針對關(guān)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(biāo)，建立了關(guān)節(jié)柔性多目標(biāo)優(yōu)化模型。根據(jù)模態(tài)分析理論，采用振型疊加法進(jìn)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(biāo)的性能譜圖分析，得到了優(yōu)化目標(biāo)間的耦合性關(guān)系。結(jié)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(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化模型的求解和優(yōu)化結(jié)果分析。針對 NSGA-II存在的缺陷，對交叉算子和擁擠度排序進(jìn)行了改進(jìn)，并通過典型測試函數(shù)和性能評價指標(biāo)，驗證了改進(jìn)算法的有效性。通過改進(jìn) NSGA-II算法進(jìn)行優(yōu)化模型的求解