發(fā)布時(shí)間：2021-02-25 00:08

　　為提高酒店送貨機(jī)器人機(jī)械臂的穩(wěn)定性能,設(shè)計(jì)了一種機(jī)械臂結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法。在傳統(tǒng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,利用有限元分析模型,確定機(jī)械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍與約束條件,并在此基礎(chǔ)上生成優(yōu)化變量與多目標(biāo)函數(shù),構(gòu)建函數(shù)模型,結(jié)合動(dòng)態(tài)力學(xué)分析法,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化。仿真結(jié)果表明,優(yōu)化前后機(jī)械臂關(guān)節(jié)的角速度波動(dòng)幅值下降明顯,說明通過參數(shù)優(yōu)化使機(jī)械臂的速度波動(dòng)得到抑制,對(duì)穩(wěn)定性能的優(yōu)化效果較好。 

【文章來源】：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程. 2019,48(11)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

傳統(tǒng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

變量與多目標(biāo)函數(shù)引入優(yōu)化變量，包括機(jī)械臂的大臂桿長(zhǎng)P1、小臂桿長(zhǎng)P2、大臂最大旋轉(zhuǎn)角β2和最小旋轉(zhuǎn)角β1、小臂最大旋轉(zhuǎn)角β4和最小旋轉(zhuǎn)角β3共6個(gè)變量，優(yōu)化變量可表達(dá)為e=［e1，e2，e3，e4，e5，e6］。為了增強(qiáng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在滿足桿長(zhǎng)之和最小的情況下，將大臂與小臂組成的平面二級(jí)桿作為優(yōu)化目標(biāo)［6］。當(dāng)機(jī)器人基座關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度范圍一定時(shí)，只要使平面二級(jí)桿的總面積達(dá)到最大，機(jī)器人的送貨范圍便可達(dá)到最大。機(jī)械臂的截面工作圖如圖2所示。圖2機(jī)械臂工作空間截面圖分析圖2可知，S1與S2的空間面積相等，則機(jī)械臂的實(shí)際配送空間是以Ｒ為半徑的外圓周長(zhǎng)，那么機(jī)械臂平面二級(jí)桿的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)f1為:f1=P1+P2e·E(x，y，z)a(3)送貨時(shí)的最大空間目標(biāo)函數(shù)f2為:f2=P3－P4360(πＲ2－πr2)(4)式中:r為內(nèi)圓半徑。為了方便計(jì)算，采用有限元分析模型對(duì)f1與f2進(jìn)行歸一化處理［7］:f=αf1(x)－εf2(x)(5)式中:f為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù);α為加權(quán)系數(shù)，ε為有限元系數(shù)，α與ε均為歸一化處理系數(shù)，且α+ε=1。f的大小決定生成的多目標(biāo)函數(shù)變量的準(zhǔn)確性，根據(jù)酒店配送機(jī)器人的實(shí)際參數(shù)［8］，對(duì)其多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算:F(x)=nf+∑nj=1nVj(6)式中:F(x)為機(jī)械臂的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù);n為內(nèi)部空間網(wǎng)格數(shù);Vj為修正系數(shù)，本次計(jì)算不做定向分析。1．3確定約束條件將上述確定的機(jī)械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍與多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化條件的限定，融合解析法與圖解法對(duì)機(jī)器人的配送軌跡、邊界條件及

齜ㄓ臚冀?法對(duì)機(jī)器人的配送軌跡、邊界條件及極限角進(jìn)行約束計(jì)算。為了保證條件約束過程中機(jī)器人能夠處于平衡送貨狀態(tài)，應(yīng)使β1+β2=β3+β4，此時(shí)機(jī)械臂末端的極限位置為最優(yōu)約束位置，記作點(diǎn)P。根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析方法［9］，得到關(guān)于點(diǎn)P的軌跡函數(shù):x=a+cosβ1+F(x)by=(d－c)sin(β2－β3)Pz=h(x，y{)(7)式中:P為關(guān)于點(diǎn)P的極限值;h為配送軌跡。根據(jù)點(diǎn)P的軌跡函數(shù)，獲取機(jī)械臂進(jìn)行貨物配送時(shí)的邊界條件，其曲線圖像如圖3所示。圖3機(jī)械臂邊界條件示意圖·42·2019年第48卷機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程


本文編號(hào)：3050139