多機械臂協(xié)同加工系統(tǒng)靜剛度建模與優(yōu)化研究 | 顯揚科技
發(fā)布時間：2021-06-24 11:26:03 作者：顯揚科技
隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，多機械臂協(xié)同加工是未來機器人發(fā)展的重要方向。剛度是影響機器人精度和動態(tài)性能的主要參數(shù)，本文以多臂協(xié)同加工系統(tǒng)為研究對象，對多臂協(xié)同系統(tǒng)的靜剛度建模與優(yōu)化進行了研究。
首先，針對多臺UR機械臂組成的多臂協(xié)同加工制造系統(tǒng)，應(yīng)用D-H 法建立其運動學(xué)模型。采用微分變換法，構(gòu)造機械臂的運動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)，建立機械臂協(xié)調(diào)運動的姿態(tài)約束方程。基于改進的蒙特卡洛法對多臂系統(tǒng)的協(xié)同工作空間進行分析，為后續(xù)的剛度研究奠定了基礎(chǔ)。
提出多機械臂協(xié)同系統(tǒng)靜剛度的概念，并對該理論模型進行推導(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)量棒原理對多臂協(xié)同系統(tǒng)的多閉環(huán)變形約束鏈進行力-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，對提出的系統(tǒng)靜剛度模型進行仿真驗證。基于有效性驗證的基礎(chǔ)上，對多臂系統(tǒng)與單臂系統(tǒng)剛度性能進行對比。最后設(shè)計一組仿真實驗，分析加載點變化對多臂協(xié)同系統(tǒng)剛度的影響。
對多臂協(xié)同系統(tǒng)的剛度性能進行研究，針對系統(tǒng)剛度模型的多種應(yīng)用場景，提出多臂系統(tǒng)剛度橢球、單元剛度力分配橢球和基于任務(wù)方向的剛度橢球重合度三種剛度性能指標。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為優(yōu)化目標，采用遺傳算法對多臂協(xié)同加工系統(tǒng)進行了剛度性能優(yōu)化。對優(yōu)化結(jié)果進行驗證，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UR 機械臂搭建雙臂協(xié)同系統(tǒng)實驗平臺，采用靜變形間接測量法設(shè)計了關(guān)節(jié)剛度辨識實驗，并確定UR 機械臂的關(guān)節(jié)剛度參數(shù)。設(shè)計多臂協(xié)同系統(tǒng)剛度驗證實驗，結(jié)果表明多臂系統(tǒng)靜剛度模型的有效性。最后對UR 機械臂組成的雙臂夾持系統(tǒng)進行姿態(tài)優(yōu)化，通過實驗對優(yōu)化結(jié)果進行了驗證，證明該剛度優(yōu)化方案的可行性。
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