多臂机提综臂辅助旋铆并联机器人优化设计

摘要

提综臂是多臂机上实现凸轮开口运动的关键核心部件。为满足多臂机提综臂的自动化加工需求,设计了一种新型辅助旋铆并联机器人,以实现在提综臂旋铆加工过程中对零部件的高速、高精度抓取和摆放,显著提升生产效率和保证加工质量。首先,介绍了新型辅助旋铆并联机器人机构的拓扑结构特征,并结合旋量理论及修正的G-K(Grübler-Kutzbach)公式分析了其自由度类型及数量。然后,构建了该机器人机构的位置闭环矢量方程,推导了其位置正、逆解的解析表达式,进而通过求导法建立了速度和加速度映射模型。接着,为有效评价机器人机构的运动传递性能,基于运动雅可比矩阵条件数的全域均值及波动量,定义了全域综合性能指标;同时,结合虎克铰的空间结构特点,全面考虑杆件干涉以及机构的传动性能和结构紧凑性,综合得到各类转角和杆长的约束条件,进而建立了该机器人的尺度综合模型。在此基础上,借助粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行优化求解,得到了机器人的最优尺度参数,并据此建立了机器人的三维虚拟样机模型。最后,针对多臂机提综臂辅助旋铆作业的工程需求,借助多体仿真软件开展机器人虚拟仿真验证。结果表明,优化后的辅助旋铆并联机器人的综合性能优异,满足工程应用需求。研究结果为多臂机提综臂的自动化加工提供了一种有效的解决方案,并为辅助旋铆机器人的实体样机制造及实验研究奠定了理论基础。