基于Matlab的4R搬运机械手机构参数优化设计.pdf

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1、皂DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2016．01．006基于Matlab的4R搬运机械手机构参数优化设计刘玉斌，陶柯，赵佳翠(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：根据工作空间要求，以机械手的工作主截面最小和杆件长度之和最小为优化目标，建立综合优化目标函数，通过Matlab编程得到机械手的结构参数优化解，为机械手的结构设计及运动学与动力学提供基础参数，同时对所优化结果做进一步分析，为机械手的结构修改和调整提供理论依据。关键词：机械手；结构参数；Matlab；优化设计中图分类号：TP241

2、文献标识码：A文章编号：1009—9492(2016)01—0020—04OptimizationDesignofMechanismParametersfor4RCarryingManipulatorBasedonMatlabLIUYu—bin．TAOKe，ZHA0Jia—cui(SchoolofMechanicalEngineering，ShenyangUniversityofTechnologyShenyangl10870，China)Abstract：Accordingtotherequirementsofworkings

3、pace，takingminimizingmainsectionofgraspingmanipulatorworkspaceandmi‘nimi—zingthesumofrodpiecelengthsastheoptimizationgoal，asynthesisoptimizationobjectivefunctionwasestablished．Then，theoptimizedsolutionofmechanismparametersformanipulatorwasobtainedbyMatlabprogramming，

4、providingbasicparametersforstructuredesignandanalysisofthestaticsanddynamics．Atthesametime，furtheranalysisoftheoptimizationresults，providingtheoreticalbasisf0rthestructuralmodificationandadjustmentofthemanipulator．Keywords：manipulator；mechanismparameters；Matlab；optim

5、izationdesign0前言的工件加工流程和空间布局如图1所示。所抓工随着工业自动化生产效率的提高，对机械手件位置距机械手中心为1200mrfl，为方便上下的运动精度、运动的平稳性都提出了更高的要求。料，使抓料位和机床放料位等高度，工件与机械因此，现代机械手设计应重视现代设计方法，结构手机座高度差位500mill。在此工作空间下对4R趋于模块化设计，追求机器人高速、高精度、大工机械手结构参数进行优化设计。作空间u】。工业机器人设计应遵循最小惯量和尺度最优的原则，在满足工作空间的条件下，尽量减小运动部件质量，所以需要对机器人结

6、构尺寸进行寻优p。根据机床、加工工件和机械手的布局，确定优化目标和约束条件，运用优化方法建立目标函数和约束方程，通过Matlab优化工具箱求解，对四自由度搬运机械手的结构尺寸进行寻优。1搬运机械手的工作空间和结构形式囟Q囟上料台’机械手。下料台1．1搬运机械手的工作空间生产线上的数控机床、加工件及搬运机械手图1搬运机械手的工作空间收稿日期：2015一O8—21刘玉赋等：基于Matlab的4R搬运机械手机构参数优化设计1-2搬运机械手结构及其参数设定n——机器人关节的数目；机械手的机构简图如图2所示。机械手具有——m维实数集；四个

7、自由度，驱动关节1、关节2、关节3、关节4qj——关节运动参数。使末端执行器达到不同的位置。对机械手臂长度在实际问题中，希望4R搬运机械手结构参数进行优化设计，不需要考虑到机械臂的实际结能在达到规定工作空间要求的前提下，整体尺寸构，所以用连杆1表示机座，长度用厶表示；连比较小。从这样的思想出发，进行选取机构参数杆2表示机械手的旋转台，长度表示，在实际优化的设计变量、目标函数、约束条件。中机座和旋转台的高度由经验给定，由此将二者2．1设计变量的选取杆长综合记为厶，本例中给定为450mm；连杆3抓取机械手的设计变量为(参数含义如图2

8、表示机械臂1，长度用表示；连杆4表示机械臂所示)：2，长度用厶表示；与机械手抓连接的连杆5表示=，L，L，0。，0：，0，]=，，X2，X3，X，X，X]。机械臂3，长度用厶表示。对各个关节建立独立的2．2目标函数的讨论坐标系，便于表示连杆之间的角度，各转角分别