在安全、輕質(zhì)、大負(fù)載自重比的約束下要求機(jī)器人具有的較高的剛度與動(dòng)態(tài)性能是協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為解決這一問(wèn)題提供了有效的途徑。在該項(xiàng)研究中，研究人員采用全域彈性變形和一階固有頻率指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)器人的整機(jī)剛度和動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而提出了一種協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
首先，通過(guò)建立機(jī)器人有限元子結(jié)構(gòu)模型實(shí)時(shí)高效地獲得機(jī)器人的多種全局性能指標(biāo)，該建模方法能夠在保證計(jì)算效率的同時(shí)保留有限元法的建模精度；其次，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，從多個(gè)單目標(biāo)有效解中提取多目標(biāo)的最有效解；然后，構(gòu)建正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，求解在不同影響因素水平下的灰色關(guān)聯(lián)度，在不減少優(yōu)化參數(shù)的同時(shí)降低計(jì)算量；最后，通過(guò)極差分析獲得最優(yōu)影響因素水平組合，用于指導(dǎo)協(xié)作機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
基于上述方法，研究人員對(duì)所開(kāi)發(fā)的SHIR5協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，機(jī)器人自重不變，剛度與動(dòng)態(tài)性能得到了明顯的提升，驗(yàn)證了本方法的正確性與有效性。此外，相關(guān)成果發(fā)表于優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊《StructuralandMultidisciplinaryOptimization》。
