高速串聯(lián)工業(yè)機器人優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、隨著產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型需求，以工業(yè)機器人為代表的智能裝備發(fā)揮著越來越重要的作用，其對工業(yè)自動化、智能化、以及勞工荒等問題具有非常重要意義。產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高，對工業(yè)機器人運動平穩(wěn)性和運動精度提出了更高的需求。為滿足機器人高速等性能要求，需要從運動學和動力學角度出發(fā)，不斷優(yōu)化機器人參數(shù)，使其具備良好的性能。本文結(jié)合國家863計劃項目“基于CAD/CAE技術(shù)融合工業(yè)機器人設計開發(fā)平臺”，開展高速度工業(yè)機器人運動學和剛體動力學建模；基于運動學

2、和剛體動力學指標對工業(yè)機器人機構(gòu)進行優(yōu)化設計；基于連桿和關(guān)節(jié)柔性體動力學模型對機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設計；最后，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，試制六自由度高速串聯(lián)工業(yè)機器人樣機，驗證優(yōu)化設計結(jié)果。
　　首先，本文依托現(xiàn)有六自由度串聯(lián)工業(yè)機器人構(gòu)型，根據(jù)DH法建立工業(yè)機器人運動學模型，并推導出機器人末端位置、速度的解析表達式；根據(jù)運動學性能參數(shù)，提出了運動學評價指標，并將其作為機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化目標函數(shù)。然后，根據(jù)Lagrange方程建立工業(yè)機器人剛體動

3、力學模型，利用仿真軟件ADAMS對所推導的動力學方程進行驗證。以動力學模型為基礎(chǔ)，提出剛體動力學性能評價目標，以連桿長度和截面積等作為設計變量，將運動桿件的主慣量值、關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩等動力學指標作為目標函數(shù)，建立工業(yè)機器人機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化模型。在設定的約束條件下，運用NSGA-II完成了工業(yè)機器人的機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計。
　　針對高性能工業(yè)機器人高速狀態(tài)連桿柔性與關(guān)節(jié)柔性表現(xiàn)明顯問題，提出一種同時考慮連桿柔性和關(guān)節(jié)柔性的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計方法。

4、首先基于有限元方法中Bernoulli-Euler梁模型對機器人連桿進行離散化，然后運用Lagrange方程建立工業(yè)機器人的柔性動力學模型，并以最大一階固有振動頻率以及最大負載自重比為性能指標，對建立的柔性體動力學模型進行優(yōu)化設計。運用NSGA-II求解該多目標優(yōu)化問題，獲得優(yōu)化目標的Pareto解集。
　　在上述分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)上，確定了工業(yè)機器人的桿件長度、截面等本體參數(shù)，完成了工業(yè)機器人電機、減速器等關(guān)鍵部件的選型，并試制工