4-DOF含閉鏈結(jié)構(gòu)碼垛機(jī)器人工作性能評(píng)價(jià)及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、碼垛機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)參數(shù)等關(guān)系到機(jī)器人的工作空間設(shè)計(jì)與優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、作業(yè)功率消耗、機(jī)構(gòu)定位精度等，因此從提升機(jī)器人工作性能的角度對(duì)其機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是產(chǎn)品研發(fā)中的重要工作內(nèi)容，同時(shí)，也是確定關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型方案的一個(gè)重要前提。
　　基于此種背景，本文以滿足碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊和輕量化要求、降低驅(qū)動(dòng)力矩峰值及作業(yè)能耗為目的，對(duì)碼垛機(jī)器人的工作性能評(píng)價(jià)方法及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化等進(jìn)行系統(tǒng)研究

2、。
　　首先，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中將含閉鏈混聯(lián)機(jī)器人簡(jiǎn)化為串聯(lián)機(jī)器人，通過D-H法建立坐標(biāo)系，獲取其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、逆解的解析解，并分析碼垛機(jī)器人任務(wù)空間與工作空間之間的位置關(guān)系，提出一種將最小長(zhǎng)方體任務(wù)空間轉(zhuǎn)化為平面矩形任務(wù)空間的方法，以此基礎(chǔ)上提出一種碼垛機(jī)器人工作空間的量化評(píng)價(jià)方法。
　　另一方面，以Kane法推導(dǎo)含閉鏈碼垛機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，通過SimMechanics仿真模型驗(yàn)證了上述動(dòng)力學(xué)方程的正確性。從驅(qū)動(dòng)力矩峰值與作業(yè)

3、能耗的角度對(duì)其工作性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并考察了機(jī)器人關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能的影響。
　　以上述運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)，提出了一種面向含閉鏈結(jié)構(gòu)碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方案，此方案將優(yōu)化過程分為兩步:首先，從機(jī)器人工作空間滿足任務(wù)空間要求的角度確定最佳桿件長(zhǎng)度與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角活動(dòng)范圍;然后，以驅(qū)動(dòng)力矩峰值與作業(yè)能耗最優(yōu)確定關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的截面尺寸及質(zhì)心位置等參數(shù)。通過算例驗(yàn)證:應(yīng)用此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可以使得優(yōu)化后的機(jī)器人結(jié)構(gòu)剛度不低于原結(jié)構(gòu)