為提高酒店送貨機器人機械臂的穩(wěn)定性能,設計了一種機械臂結構參數(shù)優(yōu)化方法。在傳統(tǒng)機械臂結構的基礎上,利用有限元分析模型,確定機械臂關節(jié)的轉角范圍與約束條件,并在此基礎上生成優(yōu)化變量與多目標函數(shù),構建函數(shù)模型,結合動態(tài)力學分析法,實現(xiàn)機器人機械臂結構的參數(shù)優(yōu)化。仿真結果表明,優(yōu)化前后機械臂關節(jié)的角速度波動幅值下降明顯,說明通過參數(shù)優(yōu)化使機械臂的速度波動得到抑制,對穩(wěn)定性能的優(yōu)化效果較好。 

【文章來源】：機械設計與制造工程. 2019,48(11)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

傳統(tǒng)機械臂結構簡圖

變量與多目標函數(shù)引入優(yōu)化變量，包括機械臂的大臂桿長P1、小臂桿長P2、大臂最大旋轉角β2和最小旋轉角β1、小臂最大旋轉角β4和最小旋轉角β3共6個變量，優(yōu)化變量可表達為e=［e1，e2，e3，e4，e5，e6］。為了增強機械臂結構的穩(wěn)定性，在滿足桿長之和最小的情況下，將大臂與小臂組成的平面二級桿作為優(yōu)化目標［6］。當機器人基座關節(jié)的旋轉角度范圍一定時，只要使平面二級桿的總面積達到最大，機器人的送貨范圍便可達到最大。機械臂的截面工作圖如圖2所示。圖2機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，則機械臂的實際配送空間是以Ｒ為半徑的外圓周長，那么機械臂平面二級桿的最優(yōu)目標函數(shù)f1為:f1=P1+P2e·E(x，y，z)a(3)送貨時的最大空間目標函數(shù)f2為:f2=P3－P4360(πＲ2－πr2)(4)式中:r為內圓半徑。為了方便計算，采用有限元分析模型對f1與f2進行歸一化處理［7］:f=αf1(x)－εf2(x)(5)式中:f為目標優(yōu)化函數(shù);α為加權系數(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函數(shù)變量的準確性，根據(jù)酒店配送機器人的實際參數(shù)［8］，對其多目標函數(shù)進行計算:F(x)=nf+∑nj=1nVj(6)式中:F(x)為機械臂的多目標優(yōu)化函數(shù);n為內部空間網(wǎng)格數(shù);Vj為修正系數(shù)，本次計算不做定向分析。1．3確定約束條件將上述確定的機械臂關節(jié)轉角范圍與多目標優(yōu)化函數(shù)進行優(yōu)化條件的限定，融合解析法與圖解法對機器人的配送軌跡、邊界條件及

齜ㄓ臚冀?法對機器人的配送軌跡、邊界條件及極限角進行約束計算。為了保證條件約束過程中機器人能夠處于平衡送貨狀態(tài)，應使β1+β2=β3+β4，此時機械臂末端的極限位置為最優(yōu)約束位置，記作點P。根據(jù)動態(tài)力學分析方法［9］，得到關于點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為關于點P的極限值;h為配送軌跡。根據(jù)點P的軌跡函數(shù)，獲取機械臂進行貨物配送時的邊界條件，其曲線圖像如圖3所示。圖3機械臂邊界條件示意圖·42·2019年第48卷機械設計與制造工程


本文編號：3050139