多機(jī)械臂協(xié)同加工系統(tǒng)靜剛度建模與優(yōu)化研究 | 顯揚(yáng)科技
發(fā)布時(shí)間：2021-06-24 11:26:03 作者：顯揚(yáng)科技
隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，多機(jī)械臂協(xié)同加工是未來(lái)機(jī)器人發(fā)展的重要方向。剛度是影響機(jī)器人精度和動(dòng)態(tài)性能的主要參數(shù)，本文以多臂協(xié)同加工系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)多臂協(xié)同系統(tǒng)的靜剛度建模與優(yōu)化進(jìn)行了研究。
首先，針對(duì)多臺(tái)UR機(jī)械臂組成的多臂協(xié)同加工制造系統(tǒng)，應(yīng)用D-H 法建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。采用微分變換法，構(gòu)造機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)雅可比矩陣和力雅可比矩陣。根據(jù)多臂系統(tǒng)的協(xié)調(diào)任務(wù)形態(tài)，建立機(jī)械臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)約束方程。基于改進(jìn)的蒙特卡洛法對(duì)多臂系統(tǒng)的協(xié)同工作空間進(jìn)行分析，為后續(xù)的剛度研究奠定了基礎(chǔ)。
提出多機(jī)械臂協(xié)同系統(tǒng)靜剛度的概念，并對(duì)該理論模型進(jìn)行推導(dǎo)。首先綜合關(guān)節(jié)柔性與臂桿柔性的影響，建立機(jī)械臂單元的綜合剛度模型。應(yīng)用虛集中慣性質(zhì)量棒原理對(duì)多臂協(xié)同系統(tǒng)的多閉環(huán)變形約束鏈進(jìn)行力-變形解耦，推導(dǎo)出多臂協(xié)同系統(tǒng)的通用靜剛度模型。在ADAMS 中建立多臂協(xié)同系統(tǒng)虛擬樣機(jī)，對(duì)提出的系統(tǒng)靜剛度模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。基于有效性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)多臂系統(tǒng)與單臂系統(tǒng)剛度性能進(jìn)行對(duì)比。最后設(shè)計(jì)一組仿真實(shí)驗(yàn)，分析加載點(diǎn)變化對(duì)多臂協(xié)同系統(tǒng)剛度的影響。
對(duì)多臂協(xié)同系統(tǒng)的剛度性能進(jìn)行研究，針對(duì)系統(tǒng)剛度模型的多種應(yīng)用場(chǎng)景，提出多臂系統(tǒng)剛度橢球、單元?jiǎng)偠攘Ψ峙錂E球和基于任務(wù)方向的剛度橢球重合度三種剛度性能指標(biāo)。基于多臂協(xié)同系統(tǒng)的冗余特性，以任務(wù)方向的剛度橢球重合度指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法對(duì)多臂協(xié)同加工系統(tǒng)進(jìn)行了剛度性能優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該優(yōu)化方法有助于提升多臂系統(tǒng)的剛度性能和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
基于兩臺(tái)UR 機(jī)械臂搭建雙臂協(xié)同系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用靜變形間接測(cè)量法設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)剛度辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，并確定UR 機(jī)械臂的關(guān)節(jié)剛度參數(shù)。設(shè)計(jì)多臂協(xié)同系統(tǒng)剛度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明多臂系統(tǒng)靜剛度模型的有效性。最后對(duì)UR 機(jī)械臂組成的雙臂夾持系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)優(yōu)化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，證明該剛度優(yōu)化方案的可行性。
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