基于刚度性能的机器人臂长优化.pdf

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1、基于刚度性能的机器人臂长优化陈世钟，刘延遂，吴品弘，胡杰，管贻生，刘冠峰(1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510641；2．广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)ArmLinkLengthOptimizationofRobotsBasedonStiffnessPerformanceCHENShizhong，LIUYansui。，WUPinhong，HUJie，GUANYishengz，LIUGuanfengz(1．SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnol

2、ogy，Guangzhou510641，China2．SchoolofElectro—mechanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)摘要：基于机器人静刚度模型，分析如何通过lustratedwiththeSCARArobotdevelopedinour机器人臂长及位形优化提高机器人刚度。首先，在laboratoryasanexample．Thefeasibilityandef—机器人典型传动部件刚度计算的基础上，分析刚度fectivenessofthemethodareve

3、rifiedbytheappli—矩阵的最小奇异值，将之作为评价机器人静刚度性cationofthemethod．能的指标。然后，为了衡量机器人在整个工作空间Keywords：industrialrobot；stiffnessmatrix；中刚度性能的平均水平，提出采用刚度全域性能指stiffnessperformancecriterion；armlinklengthop—标，并以之作为目标函数对机器人臂杆长度进行优timjzatjon化。最后，以本实验室开发的SCARA机器人为例展示了优化方法的应用及其效果。0引口关键词：工业机器人；刚度矩阵；刚度性能指标；臂长优化当今工业机

4、器人已在各行业得到了广泛的应中图分类号：TP24用，随着工业机器人向高速、高精度方向发展，为文献标识码：A了保证机器人的定位精度，机器人本体需要较高文章编号：1001—2257(2015)06—0067—06的刚度。在研究机器人的刚度时，就要考虑系统Abstract：Theproblemofhowtoincreasethe中存在的柔性环节。对于串联机器人而言，柔性’stiffnessofarobotthroughoptimizationofitslink环节主要在于关节柔性和连杆柔性上。机器人操lengthsandconfigurationbasedonstiffnessper

5、—作臂末端刚度矩阵取决于各关节的刚度和雅可比formanceisaddressesinthispaper．Basedonthe矩阵口]。机器人各关节的变形是由于自身重量、staticstiffnessmodelsoftypicaltransmissionsof外部负载以及惯性力的作用，而这些变形又会导roboticjoints，theminimumsingularvalueofthe致末端变形。因此，若要提高机器人的定位精度和动态性能，有必要对机器人进行结构优化设计，stiffnessmatrixisfirstanalyzedandtakenasacri-增大其末端刚度，减小末

6、端变形对定位精度和动teriontoevaluatestiffnessperformance．Tomeas—urethestiffnessperformanceofarobotinits态性能的影响。．通过分析机器人的刚度可以了解其抵抗变形wholeworkspace，aglobalstiffnessperformance的能力、振动频率及振幅等，对提高机器人．末端的criterionisproposedandusedastheobjectiveto定位精度和动态性能，具有重要的意义_2]。关于optimizelinklengthsoftherobot．Finally，anap

7、—刚度的研究以并联机器人居多，而且目前从机器plicationoftheproposedoptimizationmethodisil一人刚度性能角度来对机器人的臂长进行优化的研收稿日期：2015—03—25究还很少。因此，基于机器人刚度性能，考虑机器基金项目：国家基金委一广东省联合基金项目(U1401240)；广东省自人关节弹性，提出一种通用性的机器人臂长优化然科学基金($2o13020oi2797)；国家自然科学基金(51375095)方法。《机械与电子}2015(6)·67·基于刚度性能