碼垛機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性分析及其優(yōu)化.pdf

1、利用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)碼垛，具有人工碼垛所無(wú)法比擬的快速性、準(zhǔn)確性、持續(xù)性和一致性。碼垛機(jī)器人作為典型工業(yè)機(jī)器人，歷經(jīng)30多年的發(fā)展，已成為集機(jī)械、電子于一體的自動(dòng)化系統(tǒng)。在碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)本體設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)搭建和碼垛軌跡規(guī)劃等方面均達(dá)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(duì)碼垛機(jī)的工作速度和動(dòng)態(tài)性能提出了更為苛刻的要求。碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)，已從傳統(tǒng)的靜態(tài)、剛性體設(shè)計(jì)，發(fā)展到了動(dòng)態(tài)、

2、柔性體設(shè)計(jì)階段。
　　基于此種背景，本文以提高動(dòng)態(tài)特性為目的，開展了碼垛機(jī)器人的尺寸優(yōu)化工作。
　　首先將碼垛機(jī)器人各桿狀零件（包括兩機(jī)械臂和三個(gè)拉桿）的幾何模型加以合理簡(jiǎn)化，最終歸納為20個(gè)設(shè)計(jì)變量。將簡(jiǎn)化后桿類零件劃分為多個(gè)空間梁?jiǎn)卧粚⑷髲?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(jī)器人有限元模型。

3、>　　另一方面，選取典型碼垛過(guò)程，并將整個(gè)過(guò)程劃分為36段瞬態(tài)，每段瞬態(tài)中機(jī)器人被視為固定結(jié)構(gòu)。機(jī)器人瞬態(tài)響應(yīng)的分析轉(zhuǎn)變成對(duì)該固定結(jié)構(gòu)的彈性動(dòng)力分析。引入模態(tài)分析、模態(tài)截?cái)嗟冉Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析方法，即可得出該瞬態(tài)時(shí)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(duì)碼垛機(jī)器人提出的高基頻、高定位精度、低轉(zhuǎn)矩三項(xiàng)要求，利用加權(quán)思想提出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化指標(biāo)。針對(duì)這一指標(biāo)，借鑒梯度優(yōu)化思想對(duì)20個(gè)尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)加