切削机器人任务空间的动力学优化

夏恩帅，张永贵，刘永平，牛 蓉

(兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州 730050)

近年来，六自由度机器人由于其具有操作的机动性和灵活性，以及能够代替人类从事一些单调、繁重的工作，越来越受到各方的重视[1]。

六自由度切削机器人动力学建模，采用牛顿-欧拉法可以得到效率很高的模型递归方程，非常适合数值计算，计算复杂程度也相对较低[2]。本文以六自由度串联切削机器人为研究对象，首先运用SolidWorks软件建立其三维模型，获得切削机器人的动力学参数；然后以牛顿-欧拉法为理论方法建立切削机器人的动力学方程，同时分析切削机器人的工作空间，确定任务空间和机器人基坐标系的相对位置[3]；最后通过遗传算法得到切削机器人的最佳位姿。本文的研究成果可为六自由度串联切削机器人的动力学研究奠定理论基础。

1 运动学模型的建立

运用SolidWorks软件建立的六自由度串联切削机器人三维模型如图1所示。

对图1所示的切削机器人，采用后置D-H法建立其连杆坐标系[4]，如图2所示，切削机器人的D-H参数见表1。

图1 六自由度串联机器人三维模型

表1 六自由度串联切削机器人的D-H参数

(1)

(2)

通过MATLAB中机器人工具箱的link等函数，计算θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6均为0时末端执行器在机座坐标系中的位姿，从而得到式(3)，机器人的MATLAB模型如图3所示。

图3 机器人MATLAB三维仿真模型

(3)

2 动力学模型的建立

为更好地了解机器人运动过程中各关节的速度、加速度和关节力矩等参数，通过建立机器人动力学模型来分析研究机器人的动力学特征[5]。……