[發明專利]一種機器人夾爪結構參數快速仿真優化方法

在審

• 申請號: 202211325631.1
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115526004A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 侯賡舜;哈樂;王軍義;徐志剛;劉勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明屬于生產裝備快速設計制造領域，具體說是一種機器人夾爪結構參數快速仿真優化方法，包括以下步驟：構建機器人夾爪結構參數化模型；利用靜力學有限元仿真軟件對機器人夾爪結構參數化模型在不同尺寸、不同負載工況下的應力、形變進行仿真，得到應力、形變仿真數據；構建應力、形變預測模型；通過建立粒子群尋優算法，對在實際負載工況下，符合應力、形變約束條件的尺寸參數進行尋優，得到尺寸參數的最優值代入至應力、形變預測模型，得到實際工況的尺寸參數以及載荷下的應力和形變，實現機器人夾爪結構參數的優化。本發明利用克里金代理模型對應力、形變進行預測，減少了有限元模型的調用，提高了優化效率。

技術領域

本發明屬于生產裝備快速設計制造領域，具體說是一種機器人夾爪結構參數快速仿真優化方法。

背景技術

隨著制造業定制化的快速發展，制造業逐漸從大規模的流水線生產轉向小批量的定制化生產生產。因此自動化是未來智慧車間的發展方向，這對生產線的設計制造提出了更高的要求，要具有更高的柔性和靈活性。桁架機器人是一種應用非常廣泛的生產設備，廣泛用于搬運，焊接等領域。

在機械結構的優化設計中，由于部件所受載荷與尺寸的組合種類數量繁多，傳統方法中每次都進行有限元分析其應力、形變等是否滿足使用工況，則會浪費大量時間，降低設計效率。

發明內容

本發明目的是提供一種機器人夾爪結構快速仿真優化方法，以克服上述機器人夾爪結構參數每次都進行有限元分析其應力、形變等是否滿足使用工況的問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種機器人夾爪結構參數快速仿真優化方法，包括以下步驟：

步驟1：構建機器人夾爪結構參數化模型，以用于靜力學有限元仿真應力、形變提供模型；

步驟2：利用靜力學有限元仿真軟件對機器人夾爪結構參數化模型在不同尺寸、不同負載工況下的應力、形變進行仿真，得到應力、形變仿真數據；

步驟3：根據得到應力、形變仿真數據，采用克里金代理模型構建含有機器人夾爪結構尺寸參數和不同負載工況條件下的機器人夾爪的應力、形變預測模型；

步驟4：通過建立粒子群尋優算法，對在實際負載工況下，符合應力、形變約束條件的尺寸參數進行尋優，得到尺寸參數的最優值代入至應力、形變預測模型，得到實際工況的尺寸參數以及載荷下的應力和形變，實現機器人夾爪結構參數的優化。

所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：在三維建模軟件構建機器人夾爪結構三維模型；

步驟1.2：將機器人夾爪結構的壁厚DH、壁間距DV輸入至機器人夾爪結構三維模型，得到機器人夾爪結構參數化模型。

所述步驟2包括以下步驟：

步驟2.1：在靜力學有限元仿真軟件中對機器人夾爪結構參數化模型進行六面體網格劃分；

步驟2.2：在靜力學有限元仿真軟件中對不同尺寸參數DH、DV加載不同工況下的載荷F，進行靜力學仿真，得到應力、形變仿真數據。

所述步驟2.2，具體為：

(1)在步驟2.1六面體網格劃分后的機器人夾爪結構參數化模型的基礎上，對機器人夾爪結構添加固定約束，表示機器人夾爪上端與夾爪基座緊固連接；

(2)機器人夾爪下端與被夾持目標體相接觸，依靠氣缸提供夾持力，將被夾持目標體的重力與氣缸的夾持力采用三角函數分解法，將力分解到兩個接觸面上，即：

其中，F_夾為氣缸的夾持力，m為被夾持目標體的質量，g為重力加速度，R為夾爪夾角，n為夾臂個數；