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《上海工程技术大学》 2016年
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SCARA机器人多目标优化设计研究

魏心友  
【摘要】:SCARA机器人作为智能制造体系中的一种数字化智能装备,具有高速率、高精度、结构简单、轻便易控制等优点。随着工业自动化技术的发展,SCARA机器人在生产过程中应用日益广泛,对机器人在工作过程中大臂应力形变、作业区域面积、末端挠度也提出更高要求。本论文课题依托于上海市科学技术委员会科研计划项目(高可靠精密多轴伺服机械手及关键部件的技术开发,13dz1100501),主要在中国电子科技集团公司第二十一研究所开展研究,并取得较好成果。本文通过分析SCARA机器人整机构成及其传动方案,研究其关节之间的连接属性,建立SCARA机器人运动学模型并对机器人进行正、逆运动学分析,在ABAQUS环境中建立机器人大臂有限元模型;采用Python语言对所建立的模型进行二次开发,并将模型脚本导入到modeFrontier的多目标优化设计模型中,采用多目标遗传算法NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithms),进行SCARA机器人大臂形变最小与质量最小多目标优化分析,得出其Pareto优化解集,并用基于modeFrontier的MCDM(Multi-Criteria Decision Making)法进行大臂Pareto前沿择优。然后采用刚柔耦合多体模型分析得出机器人在工作过程中末端挠度变化曲线,确定SCARA机器人挠度最大位姿,并在最大位姿位置建立机器人整机有限元模型,求解机器人整机末端挠度。在modeFrontier整机多目标优化设计模型中采用NSGA-II算法求解基于作业区域面积最大和末端挠度最小的臂长优化分配Pareto优化解集,并用基于modeFrontier的MCDM法,同时考虑安装空间和精度要求,进行整机结构多目标优化Pareto前沿择优。根据上述择优计算结果在中国电子科技集团公司第二十一研究所制造了样机并进行了定位精度试验,试验结果验证了本文优化计算与分析完全符合设计要求。本文课题来源于工程实际需求,并经工程试验样机检验,效果较好,研究方法和结果具有一定的实用参考价值。
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