碼垛機器人動態(tài)特性分析及其優(yōu)化.pdf

1、利用工業(yè)機器人自動碼垛，具有人工碼垛所無法比擬的快速性、準確性、持續(xù)性和一致性。碼垛機器人作為典型工業(yè)機器人，歷經(jīng)30多年的發(fā)展，已成為集機械、電子于一體的自動化系統(tǒng)。在碼垛機器人的機構(gòu)本體設(shè)計、控制系統(tǒng)搭建和碼垛軌跡規(guī)劃等方面均達到了較為成熟的水平。但是，日益加快的工業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏和不斷提高的碼垛質(zhì)量要求（如定位精度、堆放平穩(wěn)度等），對碼垛機的工作速度和動態(tài)性能提出了更為苛刻的要求。碼垛機的設(shè)計，已從傳統(tǒng)的靜態(tài)、剛性體設(shè)計，發(fā)展到了動態(tài)、

2、柔性體設(shè)計階段。
　　基于此種背景，本文以提高動態(tài)特性為目的，開展了碼垛機器人的尺寸優(yōu)化工作。
　　首先將碼垛機器人各桿狀零件（包括兩機械臂和三個拉桿）的幾何模型加以合理簡化，最終歸納為20個設(shè)計變量。將簡化后桿類零件劃分為多個空間梁單元；將三大復(fù)雜零件（底座、腰座和手腕）導(dǎo)入ANSYS軟件中生成各自單元陣；將各鉸鏈軸系等剛性部件和幾何尺寸不太大的零件作為集中質(zhì)量處理；將柔性關(guān)節(jié)作為扭簧處理。此即得到機器人有限元模型。

3、>　　另一方面，選取典型碼垛過程，并將整個過程劃分為36段瞬態(tài)，每段瞬態(tài)中機器人被視為固定結(jié)構(gòu)。機器人瞬態(tài)響應(yīng)的分析轉(zhuǎn)變成對該固定結(jié)構(gòu)的彈性動力分析。引入模態(tài)分析、模態(tài)截斷等結(jié)構(gòu)動態(tài)分析方法，即可得出該瞬態(tài)時段內(nèi)系統(tǒng)的固有頻率。在每段瞬態(tài)中，利用逐步積分法求解系統(tǒng)響應(yīng)。
　　綜合考慮本課題對碼垛機器人提出的高基頻、高定位精度、低轉(zhuǎn)矩三項要求，利用加權(quán)思想提出系統(tǒng)動態(tài)性能優(yōu)化指標。針對這一指標，借鑒梯度優(yōu)化思想對20個尺寸設(shè)計參數(shù)加