农业机械学报

作者：畅博彦,朱永杰,金国光,宋艳艳,李晓宁,路春辉

单位：天津工业大学,天津工业大学,天津工业大学,天津工业大学,天津工业大学,天津工业大学,

关键词：串联机器人;碰撞;冲击运动;性能指标;优化设计

基金：国家自然科学基金项目(51475330)、天津市自然科学基金项目(17JCQNJC03900)、天津市教委科研计划项目(2018KJ205)和天津市高等学校创新团队培养计划项目(TD13-5037)

根据操作环境和使用工况的不同，将碰撞问题划分为无约束碰撞问题和有约束碰撞问题，有约束碰撞问题又包括定点碰撞和动点碰撞。首先，基于Lagrange方程建立串联机器人系统的冲击动力学模型，并结合经典碰撞理论与恢复系数方程，推导了碰撞时系统的外部冲量求解模型。其次，针对无约束碰撞问题，在冲击动力学分析的基础上，建立了机器人发生碰撞时的冲击运动映射关系，提出了冲击运动映射矩阵的概念，并以此为基础构造机器人的冲击运动性能评价指标，用以评价系统在外部冲击作用下保持运动稳定性的能力。最后，分析定点碰撞和动点碰撞的已知条件，提出以碰撞时产生的外部冲量最小为目标，对机器人的碰前位姿进行优化，并以平面三连杆机器人为示例，分别进行无约束碰撞和有约束碰撞的冲击运动分析与优化设计。研究结果表明，机器人在处于或接近奇异位型时抵抗外部冲击的能力会显著降低，其结构参数对系统冲击运动性能有较大影响；通过对机器人的碰前位姿进行优化，可有效减小定点碰撞和动点碰撞时所产生的外部冲量，有利于提升系统运行的稳定性和安全性。

来源：2019年第9期

《农业机械学报》期刊编辑部

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