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，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)，應用D-H 法建立其運動學模型。采用微分變換法，構造機械臂的運動雅可比矩陣和力雅可比矩陣。根據多臂系統(tǒng)的協(xié)調任務形態(tài)，建立機械臂協(xié)調運動的姿態(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。
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。首先綜合關節(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。應用虛集中慣性質量棒原理對多臂協(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上，對多臂系統(tǒng)與單臂系統(tǒng)剛度性能進行對比。最后設計一組仿真實驗，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)化結果進行驗證，結果表明該優(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計了關節(jié)剛度辨識實驗，并確定UR 機械臂的關節(jié)剛度參數。設計多臂協(xié)同系統(tǒng)剛度驗證實驗，結果表明多臂系統(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)化結果進行了驗證，證明該剛度優(yōu)化方案的可行性。
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