[發明專利]一種輕量化機械臂的統一設計方法

有效

• 申請號: 201710262854.0
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106934182B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 尹海斌;李勇光;楊峰;黃善勝
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵;姜學德

1.一種輕量化機械臂的統一設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.結構優化：對機械臂尺寸進行初步定位，建立三維模型，將三維模型導入有限元中，定義優化目標函數、設計變量、約束條件的初始值，并基于二次拉格朗日算法完成結構的首次優化，根據優化結果對設計變量與目標函數進行更新；

S2.驅動系統設計：將完成結構優化后更新得到的自變量與目標函數作為機械臂驅動系統的初始數據，在ADAMS中對驅動系統進行動態仿真與分析，完成驅動系統的設計，并根據設計結果進一步更新設計變量與目標函數；所述的步驟S2具體過程包含：

S21.將結構優化后更新得到的設計變量與目標函數作為設計機械臂驅動系統的初始設計變量與目標函數，在動態模型中假定關節參數為常數，在ADAMS中對驅動系統進行動力學建模，動態分析；

S22.從實際情況出發，利用機械臂在空間中預定的行駛軌跡與速度及機械臂能夠搬運的最大負載進行動態模擬，獲得完成這個過程驅動系統所需的力矩；

S23.根據功率密度圖中所表示的每個驅動系統所需力矩與質量的關系求取每個驅動系統的質量；

S24.將得到的驅動系統的質量與驅動力矩對驅動系統中包含的電機進行重新選型、減速器重新設計，完成之后，將設計變量與目標函數中與驅動系統相關的部分進行更新；

S3.優化結果判斷：將步驟S2中得到的設計變量與目標函數與步驟S1中的初始值進行比較，判斷結果是否滿足要求，如果不滿足，將步驟S2得到的設計變量與目標函數作為步驟S1中的初始值，繼續步驟S1、S2和S3，直到滿足要求。

2.根據權利要求1所述的一種輕量化機械臂的統一設計方法，其特征在于，所述的步驟S1具體包含：

S11.在結構設計軟件中建立初始機械臂的三維模型，初步確定機械臂的結構尺寸和驅動系統數據；

S12.定義機械臂優化目標函數和設計變量；

S13.將三維模型導入到有限元中，在有限元中對導入的機械臂模型進行約束設置，并根據實際情況對機械臂所能承受的最大負載進行設定；

S14.在有限元中對收斂條件進行設置，然后基于二次拉格朗日算法進行非線性編程實現機械臂結構的首次優化；

S15.根據首次優化后的機械臂的結構尺寸，對目標函數與設計變量中相關部分更新替換，得到新的設計變量與目標函數。

3.根據權利要求2所述的一種輕量化機械臂的統一設計方法，其特征在于：步驟S12中所述的目標函數包含結構和驅動系統互相獨立的兩部分。

4.根據權利要求3所述的一種輕量化機械臂的統一設計方法，其特征在于：所述的步驟S3具體過程包含：

將步驟S2中更新得到的目標函數與步驟S1中目標函數的初始值進行比較作差，看其偏差是否在允許范圍內，如果符合要求，則結束優化過程，反之，則將步驟S2中得到的設計變量與目標函數作為步驟S1中的初始值，繼續進行結構優化、驅動系統設計和優化結果判斷這個過程，直到優化結果滿足要求為止。