鋁合金澆鑄機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、工業(yè)機(jī)器人作為一種高效的自動化生產(chǎn)工具在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,這也促使著人們對機(jī)器人進(jìn)行更深入的探索;近年,中國汽車產(chǎn)業(yè)的繁榮,帶動了汽摩配產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用提供了更廣闊的舞臺,澆鑄機(jī)器人也承擔(dān)了更多的現(xiàn)場作業(yè),對澆鑄機(jī)器人進(jìn)行分析和優(yōu)化研究具有積極的經(jīng)濟(jì)、學(xué)術(shù)價值。
　　本文主要對一款鋁合金澆鑄機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。
　　首先,利用Pro/E、ADAMS以及Mech/Pro接口建立了機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型;接

2、著,建立機(jī)器人 DH坐標(biāo)系,求取了一、二階影響系數(shù)矩陣,推導(dǎo)了機(jī)器人的拉格朗日和牛頓—?dú)W拉形式的動力學(xué)方程;并采用疊加法對機(jī)器人的工作空間進(jìn)行分析得到了機(jī)器人的工作空間。
　　然后,分析澆鑄過程,得到機(jī)器人性能要求。推導(dǎo)出了機(jī)器人靜剛度性能指標(biāo);提出了速度/加速度綜合性能指標(biāo)以及表征關(guān)節(jié)力矩—末端操作力的動力學(xué)指標(biāo),并利用平面二自由度串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)驗證了其對機(jī)器人性能描述的可行性和正確性。
　　再后,以速度/加速度綜合性能指

3、標(biāo)為目標(biāo)函數(shù),以機(jī)器人的靜剛度指標(biāo)、動力學(xué)指標(biāo)的導(dǎo)出式以及甲方提出的工作空間等具體要求為約束函數(shù),建立機(jī)器人機(jī)構(gòu)尺寸優(yōu)化模型。通過對目標(biāo)函數(shù)耦合性的分析,結(jié)合優(yōu)化模型的非線性和不可微性,選用NSGA-II法對優(yōu)化模型進(jìn)行求解,從Pareto解集中選擇最佳的尺寸組合,通過理論計算證明了優(yōu)化后的機(jī)器人速度、加速度性能得到了改善。
　　根據(jù)優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)尺寸,更改了相關(guān)零部件,重新構(gòu)建了機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型,通過ANSYS和ADAMS建立

4、了剛?cè)狁詈夏Ｐ?通過仿真獲得了關(guān)鍵零部件在最壞情況下載荷數(shù)據(jù),并在ANSYS中進(jìn)行有限元分析校核,確保了更改后的機(jī)器人的可靠性。同時,對機(jī)器人加裝澆鑄器后的平衡性能進(jìn)行優(yōu)化,建立了平衡缸彈簧參數(shù)優(yōu)化模型,利用遺傳算法進(jìn)行求解,得到了平衡效果更優(yōu)的彈簧參數(shù)。
　　最后,利用優(yōu)化前后的虛擬樣機(jī)對兩次優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真驗證。讓優(yōu)化前后的機(jī)器人末端參考點(diǎn)沿著工作空間中同一軌跡運(yùn)行,結(jié)果發(fā)現(xiàn)各關(guān)節(jié)角速度、角加速度幅值有了不同程度的下降,并且變