一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究

【摘要】： 本文紧密结合提高高速并联抓取机器人动态精度的需要,以Diamond 600型2平动自由度并联机器人为对象,系统研究了考虑运动构件弹性的动力学建模及模型修正、试验方法、优化技术及性能评价等与动态设计相关的理论与方法。论文取得了如下创造性成果: 基于KED精确分析方法建立了Diamond 600并联机器人的弹性动力学模型。通过对比机器人在不同位姿下的模态,分析了其作为时变机构的模态频率的变化规律,修正了前人得出该机构动态特性分布具有对称性的结论,并研究了机器人运行峰值加速度对模态频率的影响。 以Diamond并联机器人动力学试验为例,提出了一种适用于研究时变机构的模态试验技术,通过对比两类模型(动平台模型和整机模型)的模态试验结果,从而准确判断出影响机器人操作精度的关键模态。在时变机构动态特性的模态试验研究中,运用该试验技术可以显著提高试验效率。 在运用静态有限元技术修正并联机器人理论模型的单元参数时,建立了一种适用于多原则的参数修正模型,该模型具有效率高且通用性强的特点。同时利用动态修正技术,以试验模态模型为基准,修正了弹性动力学模型。对比试验结果表明,修正后的模型基本能够反映机器人的动力学特性,可以作为优化设计的基础。 在不降低运行速度条件下,以提高操作精度为目标,提出一种组合递进的全局优化设计方法,借助遗传算法和经典优化算法,完成了Diamond 600并联机器人的动态设计。 基于模态性质分析的全域均值,提出了一种衡量时变机构的动力学评价指标,通过对比优化前后机器人的动力学指标值,表明优化后机器人的动态特性得到很大改善。