考虑碰撞的冗余串联机器人冲击运动分析与优化

摘要：

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.

关键词：串联机器人、碰撞、冲击运动、性能指标、优化设计

所属期刊栏目：50

分类号：TH112.1

资助基金：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;天津市高等学校创新团队培养计划项目TD13-5037

在线出版日期：2019-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：413-420