SCARA機器人多領域聯合仿真與結構優(yōu)化研究.pdf

1、SCARA機器人是一種輕型工業(yè)機器人。因為它具有運動速度快、定位準確的特點,所以它在裝配領域應用十分廣泛。近年來我國電子產業(yè)的繁榮,帶動了裝配產業(yè)的發(fā)展,SCARA機器人也承擔了更多的裝配作業(yè)。因此對SCARA機器人進行分析和優(yōu)化設計具有很高的學術和經濟價值。
　　本文針對哈工大機器人研究所海爾實驗室研制的一臺SCARA機器人進行了多領域聯合仿真與結構優(yōu)化研究。首先,對機器人進行運動學和動力學分析,推導機器人的Jacobian矩陣

2、和Hessian矩陣,基于Lagrange方法建立機器人的剛柔耦合動力學方程。其次,確定優(yōu)化時的首要目標是提高機器人的動力學性能。通過對機器人機構的分析,推導出了SCARA機器人的動力學性能指標、運動學性能指標和靜剛度性能指標。以動力學性能指標為第一優(yōu)化目標,以運動學性能指標為第二優(yōu)化目標,以靜剛度性能指標和工作空間為約束條件,以大臂和小臂的桿件參數為優(yōu)化變量建立了機器人的機構尺寸優(yōu)化模型。選用NSGA-II法對該多目標優(yōu)化問題進行求解

3、。在Pareto解集中優(yōu)先選擇可以大幅提高機器人動力學性能的解,同時還要考慮所選的解不能大幅削弱機器人運動學性能。將所選最優(yōu)解帶入機器人動力學方程和運動學方程進行理論計算,證實了優(yōu)化后機器人的動力學性能得到了大幅提高,運動學性能得到了小幅提高,工作空間基本不變。
　　基于多領域仿真建模規(guī)范Modelica,在Mworks上建立了包含機構系統(tǒng)組件、關節(jié)驅動系統(tǒng)組件、軌跡規(guī)劃系統(tǒng)組件的SCARA機器人多領域聯合仿真模型,用于對優(yōu)化結果

4、進行驗證。多領域聯合仿真技術可以解決復雜系統(tǒng)仿真時產生的多領域耦合問題。應用該方法可以建立一個包含機械、電氣、控制等子系統(tǒng)的復雜模型。這種建模方式非常適合于機器人系統(tǒng)的建模。
　　最后,在優(yōu)化前的SCARA機器人本體上進行了實驗,在指定了各關節(jié)的轉角、最大轉速和最大角加速度的條件下,測得各軸電機的輸出數據。同時在SCARA機器人多領域聯合仿真模型上進行了相同的實驗,通過兩次實驗數據的對比,驗證了所建模型的準確性。之后在仿真模型上對