酒店送货机器人机械臂结构参数优化研究

发布时间：2021-02-25 00:08

　　为提高酒店送货机器人机械臂的稳定性能,设计了一种机械臂结构参数优化方法。在传统机械臂结构的基础上,利用有限元分析模型,确定机械臂关节的转角范围与约束条件,并在此基础上生成优化变量与多目标函数,构建函数模型,结合动态力学分析法,实现机器人机械臂结构的参数优化。仿真结果表明,优化前后机械臂关节的角速度波动幅值下降明显,说明通过参数优化使机械臂的速度波动得到抑制,对稳定性能的优化效果较好。 

【文章来源】：机械设计与制造工程. 2019,48(11)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

传统机械臂结构简图

变量与多目标函数引入优化变量，包括机械臂的大臂杆长P1、小臂杆长P2、大臂最大旋转角β2和最小旋转角β1、小臂最大旋转角β4和最小旋转角β3共6个变量，优化变量可表达为e=［e1，e2，e3，e4，e5，e6］。为了增强机械臂结构的稳定性，在满足杆长之和最小的情况下，将大臂与小臂组成的平面二级杆作为优化目标［6］。当机器人基座关节的旋转角度范围一定时，只要使平面二级杆的总面积达到最大，机器人的送货范围便可达到最大。机械臂的截面工作图如图2所示。图2机械臂工作空间截面图分析图2可知，S1与S2的空间面积相等，则机械臂的实际配送空间是以Ｒ为半径的外圆周长，那么机械臂平面二级杆的最优目标函数f1为:f1=P1+P2e·E(x，y，z)a(3)送货时的最大空间目标函数f2为:f2=P3－P4360(πＲ2－πr2)(4)式中:r为内圆半径。为了方便计算，采用有限元分析模型对f1与f2进行归一化处理［7］:f=αf1(x)－εf2(x)(5)式中:f为目标优化函数;α为加权系数，ε为有限元系数，α与ε均为归一化处理系数，且α+ε=1。f的大小决定生成的多目标函数变量的准确性，根据酒店配送机器人的实际参数［8］，对其多目标函数进行计算:F(x)=nf+∑nj=1nVj(6)式中:F(x)为机械臂的多目标优化函数;n为内部空间网格数;Vj为修正系数，本次计算不做定向分析。1．3确定约束条件将上述确定的机械臂关节转角范围与多目标优化函数进行优化条件的限定，融合解析法与图解法对机器人的配送轨迹、边界条件及

龇ㄓ胪冀?法对机器人的配送轨迹、边界条件及极限角进行约束计算。为了保证条件约束过程中机器人能够处于平衡送货状态，应使β1+β2=β3+β4，此时机械臂末端的极限位置为最优约束位置，记作点P。根据动态力学分析方法［9］，得到关于点P的轨迹函数:x=a+cosβ1+F(x)by=(d－c)sin(β2－β3)Pz=h(x，y{)(7)式中:P为关于点P的极限值;h为配送轨迹。根据点P的轨迹函数，获取机械臂进行货物配送时的边界条件，其曲线图像如图3所示。图3机械臂边界条件示意图·42·2019年第48卷机械设计与制造工程


本文编号：3050139