高速重載碼垛機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著高速重載碼垛機(jī)器人在汽車、冶金、物流等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)機(jī)器人的搬運(yùn)速度、負(fù)載能力、加速度和定位精度提出了更高的要求。針對(duì)高速重載碼垛機(jī)器人高速、高精度、大負(fù)載的工作特性，僅在運(yùn)動(dòng)學(xué)層面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不夠，有必要依據(jù)動(dòng)靜力學(xué)性能分析，對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行重點(diǎn)面向動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。因此，本文從高速重載碼垛機(jī)器人的工作特性出發(fā)，提出一種基于動(dòng)態(tài)特性分析的高速重載碼垛機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　本文首先基于D-H參數(shù)法

2、和第二類拉格朗日方程對(duì)高速重載碼垛機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)正解及雅克比矩陣，結(jié)合減速機(jī)簡(jiǎn)化模型建立了剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型。利用ADAMS分析軟件，建立了機(jī)器人虛擬模型，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，驗(yàn)證了關(guān)節(jié)柔性對(duì)機(jī)器人性能的影響以及動(dòng)力學(xué)方程的正確性。其次，借助有限元仿真分析，對(duì)碼垛機(jī)器人的三個(gè)典型位姿進(jìn)行了模態(tài)分析。結(jié)果顯示，最低階固有頻率主要是由于大臂的關(guān)節(jié)柔性引起的搖擺振動(dòng)，小臂彎曲和大臂扭轉(zhuǎn)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。接著通過

3、多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)拾取的模態(tài)分析方案，借助BOBCAT動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了典型位姿下的整體動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，提出了采用有限元分析軟件優(yōu)化大小臂桿件柔性，理論建模優(yōu)化關(guān)節(jié)柔性指標(biāo)的碼垛機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。最后，考慮桿件柔性，利用有限元分析軟件對(duì)大小臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。然后，針對(duì)關(guān)節(jié)柔性對(duì)系統(tǒng)帶來的影響，確定了固有頻率，靜剛度和速度特性作為優(yōu)化目標(biāo)，建立了關(guān)節(jié)柔性多目標(biāo)優(yōu)化模型。根據(jù)模態(tài)分析理論，采用振型疊加法進(jìn)行了碼垛機(jī)器人的振動(dòng)模態(tài)

4、理論分析研究。通過大小臂簡(jiǎn)化處理，以及固有頻率相對(duì)靈敏度分析，確定了優(yōu)化變量。通過優(yōu)化目標(biāo)的性能譜圖分析，得到了優(yōu)化目標(biāo)間的耦合性關(guān)系。結(jié)合碼垛機(jī)器人其他具體工作需求，確定以工作空間、最大加速能力和大小臂剛度作為約束條件。最后，進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化模型的求解和優(yōu)化結(jié)果分析。針對(duì) NSGA-II存在的缺陷，對(duì)交叉算子和擁擠度排序進(jìn)行了改進(jìn)，并通過典型測(cè)試函數(shù)和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，驗(yàn)證了改進(jìn)算法的有效性。通過改進(jìn) NSGA-II算法進(jìn)行優(yōu)化模型的求解