农业机械学报

作者：肖正明，段俊杰，周川，余世科，伍星

单位：昆明理工大学,昆明理工大学,中国船舶第七〇五研究所昆明分部,中国船舶第七〇五研究所昆明分部,云南省先进装备智能制造技术重点实验室,

关键词：工业机器人;静动态性能;拓扑优化;刚柔耦合动力学;层次分析法;定位精度

基金：国家自然科学基金项目（51965025）、云南省重点研发计划——国际科技合作专项（202003AF140007）和云南省基础研究计划面上项目(202201AT070103)

为提高工业机器人整体性能，减小其静动态性能误差，提出一种综合考虑工业机器人连杆和关节柔性的拓扑优化方法。将机器人动力学与拓扑优化相结合，以变密度法(Solid isotropic material with penalization,SIMP)为基础，通过线性加权和法建立工业机器人大臂的多目标拓扑优化函数模型，基于柔性多体动力学理论，利用有限元软件和多体动力学软件建立含关节、连杆柔性的机器人刚柔耦合动力学仿真模型，获得机器人在极限工况下大臂载荷谱，最后，利用层次分析法确定优化目标函数中各子目标的权重系数，并对函数进行求解。优化结果显示，优化后机器人大臂刚度和固有频率都得到提高，并且质量下降18.71%。通过虚拟样机技术重构机器人模型，并对其整体进行分析，结果表明，最大负载作用下，机器人最大变形量从0.208mm降至0.188mm，静态变形量误差减小9.62%；动态定位误差从0.777mm降至0.687mm，定位精度提高11.58%。上述拓扑优化方法为提升工业机器人整体静动态性能提供了有效的理论参考。

来源：2024年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

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